Antriebssysteme

Konzepte für sauberes Fahren in der Zukunft

Die Automobilität ist im Wandel. Hybridantriebe, Elektroautos, der Diesottomotor und vor allem der Wasserstoffantrieb wollen die Antriebsrevolution.

Der Verbrennungsmotor mit Hubkolben-Prinzip und Viertakt-Arbeits-weise hat im Automobil eine steile Karriere hingelegt. Als Benziner und Diesel gibt er als Boxer-, Reihen-, V- und W-Motor seit mehr als einem Jahrhundert den Ton an. Allerdings bekommt er vom Elektromotor immer häufiger Gesellschaft – und Konkurrenz: In Hybridautos arbeiten Verbrenner und Elektromotoren in harmonischer Koexistenz, im Elektroauto dagegen beansprucht der E-Motor gar die alleinige Herrschaft.

Obwohl die Erfindungen von Verbrennungs- und Elektromotor in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts zeitlich eng beieinander liegen, hat sich der Verbrenner als Antrieb für das Auto durchgesetzt. Er wandelt in Benzin oder Diesel gespeicherte chemische Energie mithilfe mechanischer Arbeit in Bewegungsenergie um. Ein Elektromotor dagegen nutzt hierfür elektrische Energie. Den Strom dafür bezieht er aus einer Batterie oder – im Idealfall – aus der Brennstoffzelle. Denn während eine Batterie den Strom nur speichern kann, produziert eine Brennstoffzelle ihn erst dann, wenn er gebraucht wird – analog zum Prinzip der Verbrennungsmotoren. Für die Stromproduktion kehrt die Brennstoffzelle den Prozess der Wasserelektrolyse, also die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, um. Der Clou: Bei dem chemischen Verbrennungsprozess ohne Flamme für die Reproduktion des Wassers entsteht auch Strom, mit dem ein Elektromotor betrieben werden kann.

Ein Hybridantrieb wiederum kombiniert meist Verbrennungs- mit Elektromotoren zu einem Antriebssystem. Das Zusammenspiel der zwei verschiedenen  Energiewandler soll den Einsatz der chemischen Energie senken, die daraus gewonnene Bewegungsenergie aber erhöhen. Das geschieht, indem der eine Antrieb die Nachteile des jeweils anderen ausgleicht, z. B. beim Anfahren oder in bestimmten Drehzahlbereichen. Für die Hybridantriebe in Autos haben sich verschiedene Prinzipien etabliert, je nach-dem, ob sie gleichzeitig oder abwechselnd aktiv sind. Im Parallel-Hybrid sorgen Verbrennungs- und Elektromotor zusammen über einen direkten Kraftschluss mit den Antriebsrädern für den Vortrieb. Beim Seriell-Hybrid liefert nur der elektrische Energiewandler die Kraft direkt an die Antriebsräder, während der andere für die Stromerzeugung zuständig ist. Diesem Prinzip folgt auch der Range Extender. Autos mit dem Reichweitenverlängerer, bei dem meist ein Verbrennungsmotor einen Generator antreibt, der Strom für den Elektromotor erzeugt, wenn die Batterieladung zu tief sinkt, werden aber als Elektroautos verkauft. Hybridautos unterscheidet man zudem nach den Batterie-Aufladungsmöglichkeiten: Im Plug-in-Hybrid kann sie über normale Steckdosen, im Hybrid nur während der Autofahrt aufgeladen werden. Aber auch Plug-in-Hybride nutzen häufig zusätzlich die Rekuperation – die Energierückgewinnung während der Fahrt mittels eingebauter Generatortechnik –, um ihre Batterien aufzuladen.

Doch auch der Verbrenner ist mit seinem Latein noch nicht am Ende, wie der serienreife Diesottomotor beweist. Die Vermischung von Benzin- und Dieseltechnologie hilft ihm, sein Benzin-Luft-Gemisch wie ein Dieselmotor durch Kompression zu zünden, ohne die Hilfe eines Zündfunkens im Brennraum. Das soll die Drehmomentstärke des Diesels mit der Spitzen-leistung und den Emissionen des Benziners kombinieren, den Verbrauch eines herkömmlichen Selbstzünders dabei aber unterbieten.

WLTP – neues Prüfverfahren für realistischere Verbrauchswerte

Die Abkürzung WLTP steht für «Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure» und heisst übersetzt «Weltweit einheitliches Testverfahren für Leichtfahrzeuge». Das WLTP hat den NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) abgelöst. Zahlreiche Änderungen der Prüfanforderungen im Labor sowie die Erweiterung des Testzyklus um den Fahrbetrieb auf der Strasse ab 1. September 2019 sollen realitätsnähere Messergebnisse für den Treib-stoff- und Stromverbrauch sowie den CO₂- und Schadstoffausstoss von Autos in alltäglichen Fahrsituationen bewirken. Beispielsweise verlängern sich die Testdauer und die Wegstrecke, das Streckenprofil und die Fahr-phasen werden verändert, ausserdem die Durchschnitts- und Maximalgeschwindigkeit erhöht. In Europa ist das WLTP seit dem 1. September 2018 für alle neuen Modelle, Motorvarianten und Neuzulassungen obligatorisch.