Die Entwicklung des Verbrennungsmotors

Die Entwicklung des Verbrennungsmotors

Die Menschen bauen seit weit über einem Jahrhundert Autos, und unter fast jeder Motorhaube hat ein Verbrennungsmotor gesessen. In den letzten 100 Jahren ist sein Prinzip gleich geblieben: Luft und Treibstoff gehen hinein, in den Zylindern kommt es zu einer Explosion, und die Kraft gibt Antrieb. Aber jedes Jahr verfeinern die Ingenieure den Verbrennungsmotor, um schneller und weiter zu fahren, entwickeln ihn effizienter als früher und erzeugen eine Leistung, wie man sie früher nur bei Superautos sah. Ohne diese großen Sprünge wäre der Zustand des Verbrennungsmotors nie so weit gekommen.

1955 – Kraftstoffeinspritzung

Vor der Kraftstoffeinspritzung war das Ausstoßen von Benzin in eine Brennkammer ein unpräziser und heikler Vorgang. Vergaser mussten häufig gereinigt und umgebaut werden, und sie wurden durch Wetterbedingungen, Temperatur und Höhenlage beeinträchtigt. Im Vergleich dazu war die Kraftstoffeinspritzung einfach: Sie trug dazu bei, dass der Motor ruhiger und gleichmäßiger im Leerlauf lief und effizienter arbeitete. Abgeleitet von Flugzeugen aus Kriegszeiten, fand sie 1955 erstmals Zugang zu einem Automobil. In jenem Jahr fuhren Stirling Moss und Denis Jenkinson den Mercedes-Benz 300SLR Rennwagen über die zermürbende 992 Meilen lange Mille Miglia in Italien und gewannen mit einem Rekord, der nie gebrochen wurde: 10 Stunden, 7 Minuten und 48 Sekunden.

Die Straßenversion von Benz war nicht nur das erste von Bosch entwickelte Serienfahrzeug mit Kraftstoffeinspritzung, sondern auch das schnellste Auto der Welt. Zwei Jahre später verpasste Chevrolet der Corvette einen “Fuelie”-Motor mit einem Rochester Ramjet-Einspritzsystem, das den 300SL überbeschleunigte. Dennoch waren es die elektronisch gesteuerten Systeme von Bosch, die in fast allen Automobilherstellern in Europa Einzug hielten, und in den achtziger Jahren hatte die Kraftstoffeinspritzung die Welt erobert.

1962 – Turbolader

Der Turbolader ist eines der Juwelen der Motorenentwicklung. Als schneckenförmige Turbine, die mehr Luft in einen Zylinder stopfte, ermöglichte er einst 12-Zylinder-Kampfflugzeugen aus dem Zweiten Weltkrieg, höher, schneller und weiter zu steigen. Raten Sie mal. An Land macht sie genau dasselbe. Als 1962 das erste turboaufgeladene Auto debütierte, fand man es nicht unter der Motorhaube eines federleichten europäischen Flitzers, Ihres BMW 2002 oder Saab 99, sondern vom Braintrust von General Motors, der mit Bargeld gespickt und bereit war, neue Technologien auszuprobieren.

Damals erforderte der Oldsmobile Jetfire – mit fast jedem Tank voll Gas – die Zugabe von “Turbo Rocket Fluid”, wie Jetsons Name für destilliertes Wasser und Methanol lautete. GM gab das Konzept Mitte des Jahrzehnts auf. Aber Ende der 1970er Jahre nahmen sich BMW, Saab und Porsche der Sache an, bewiesen ihren Wert im Motorsport, und heute hat jedes Auto einen Turbolader. Beinahe.

Der Turbolader wurde von einem “dirty go-fast trick” in Ihrem 930 Turbo zum Familienbetrieb in Ihrem Mazda CX-9, dessen 2,5-Liter-Motor 2016 mit dem ersten Dynamic Pressure Turbo-System seiner Art ausgestattet wurde. Es ist das “Daumen-über-den-Gartenschlauch”-Prinzip in Aktion: Die verengte Strömung beschleunigt den Ausstoß schneller in die Turbine, wodurch das Ansprechverhalten bei niedrigen Drehzahlen verbessert und das Turboloch reduziert wird. Außerdem ist es angesichts strengerer Emissions- und Effizienzstandards eine notwendige Komponente, um die Leistung großer Motoren aus den kleinsten und leichtesten Motoren herauszupressen. Und das Drehmoment! Sie müssen keine Messerschmitts mehr abschießen, um das Gefühl zu bekommen, in Ihren Sitz geschoben zu werden.

1964 – Rotationsmotor

Der einzige Motor, der die Form wirklich zerbrach – der einzige, der sie in die Produktion brachte – war das Rotationswunder des Ingenieurs Felix Wankel, ein Dreieck in einem Oval, das sich wie ein Dämon dreht. Es liegt in der Natur der Sache, dass ein Rotationsmotor leichter, weniger komplex und mit höherer Drehzahl arbeitet als ein typischer Kolbenkasten. Mazda und der nicht mehr existierende deutsche Autohersteller NSU waren die ersten, die sich dafür entschieden; 1964 wurde der NSU Spider das erste Serienauto mit einem Wankel.

Mazda war jedoch das einzige Unternehmen, das wirklich mit ihm fuhr – der erste Mazda mit einem Wankel war der Cosmo von 1967, der Urahn einer langen Reihe von Sportwagen, Limousinen und sogar eines gelegentlichen Pickup-Trucks, bis 2012 der letzte RX-8 vom Band rollte. Das Konzept RX-Vision 2016, das auf der Tokio Motor Show 2015 vorgestellt wurde, glaubte an ein anzügliches Gerücht: dass eine engagierte Gruppe von Ingenieuren, die nichts zu verlieren haben, immer noch den nächsten großen Rotationsmotor entwickeln, irgendwo in einem Skunkwork in Hiroshima.

1981 – Zylinderdeaktivierung

Die Idee ist einfach. Je weniger Zylinder gezündet werden, desto besser ist die Laufleistung. Wie verwandelt man einen V8 in einen Vierzylinder? Wenn Sie Cadillac um 1981 waren, führten Sie den treffend als 8-6-4-Motor bezeichneten Motor ein, der elektronisch gesteuerte Magnetventile verwendete, um die Ventile von zwei oder vier Zylindern zu schließen. Dies sollte die Effizienz beispielsweise beim Fahren auf einer Autobahn erhöhen. Aber die daraus resultierende Unzuverlässigkeit und Ungeschicklichkeit war so berüchtigt, dass es zwanzig Jahre lang niemand wagte, es noch einmal zu versuchen.

Jetzt funktioniert die Idee endlich bei mehreren Herstellern – und sie hat sich auf kleinere Motoren übertragen.

2012 – Kompressionsverhältnisse

Die Wissenschaft funktioniert so: Je kleiner man im Zylinder eines Motors Luft und Kraftstoff verdichten kann, desto mehr Leistung erhält man, wenn er explodiert. Das Volumen, das der Kolben zusammendrücken kann, ist das Verdichtungsverhältnis. Aber die Hersteller können die Verdichtungsverhältnisse nicht zu hoch aufdrehen, sonst entzündet sich das Gemisch von selbst; das anschließende “Klopfen” reißt einen Motor auseinander.

Im Tiefpunkt der 1970er Jahre, erstickt durch die Smogvorschriften und gezwungen, mit bleifreiem Benzin zu kämpfen, bauten die Hersteller massive V8, die keuchten. Diese großen Jungs wurden durch schmerzhaft niedrige Verdichtungsverhältnisse zurückgehalten – das Blei, das einst im Benzin war, verhinderte das Klopfen. Mit elektronischem Kraftstoffmanagement und einem besseren Verständnis der Emissionskontrolle begannen die Motoren mehr Leistung zu produzieren, während der Hubraum schrumpfte.

Im Jahr 2012 ging der SKYACTIV-G-Motor von Mazda mit dem für einen Serienmotor höchsten Verdichtungsverhältnis in die Produktion, einem erstaunlichen Verhältnis von 14:1 (in Amerika 13:1), was es ihm ermöglicht, die Energie aus fast jedem Tropfen Benzin ohne eine Schar von Smoggeräten zu gewinnen. Die nächste Innovation von Mazda brachte die Hochverdichtung auf ein neues Niveau. SKYACTIV-X verwendet die funkengesteuerte Kompressionszündung (Spark Controlled Compression Ignition, SPCCI), um Luft/Kraftstoff-Gemische mit möglichst wenig Benzin zu entzünden, wobei das Drehmoment eines Dieselmotors mit der Hochdrehzahl eines Benzinmotors kombiniert wird.

Selbst nach einem Jahrhundert und selbst mit alternativen Kraftstoffen und Antriebsmethoden bleibt der Verbrennungsmotor THE BIGGEST GAME in der Stadt. Nach so langer Zeit haben sich die Grundlagen nicht geändert. Aber es wird immer einen Autokonzern geben, der bereit ist, etwas Neues einzuführen, und dass ständige Verfeinerung der Technik der Schlüssel dazu ist, den Verbrennungsmotor auch in den kommenden Jahren relevant zu halten.

Mai 6, 2020 / von / in

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