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AufgeHorcht Ein Verbrennungsmotor als "Brennstoffzellen-Ersatz" Kommen nach wie vor aus Zwickau: Moderne Antriebskonzepte für Automobile Wenn die internationale Automobilindustrie nach modernen Antriebskonzepten sucht, dann sind Forscher aus Zwickau vielfach mit im Spiel. Das Know-how der Fahrzeugexperten von der Westsächsischen Hochschule ist weltweit gefragt. Der Wagen gehörte nicht zu den zahlreichen lack- und chromglänzenden Premieren der diesjährigen AMI - Auto Mobil International in Leipzig. Dennoch kamen viele Technikfreunde bei der Betrachtung des Kompaktfahrzeugs aus dem Staunen nicht heraus. Elektroantrieb unter der Motorhaube und Verbren-nungsmotor unter dem Rücksitz? Noch dazu ein Zweitakter? Was dieser Hybridantrieb bringt, hat das Forscherteam der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) um Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan genau berechnet und im Peugeot Saxo erprobt: Ein preiswerter Verbrennungsmotor produziert weitestgehend im Stationsbetrieb Strom für einen Antriebs- Elektromotor. Das Verbrennungsaggregat wird zum effizienten, kostengünstigeren "Brennstoffzellen-Ersatz". "Die Brennstoffzelle kann dem Verbrennungsmotor in den nächsten zwei bis drei Jahrzehnten kaum nennenswert Paroli bieten", ist Prof. Stan, Vorstandsvorsitzender des Forschungs- und Transferzentrums e.V. an der WHZ, überzeugt. Er verweist auf die Energieprobleme rund um die wasserstoffgespeiste Zelle: "Wasserstoff wird zu 98 Prozent aus Erdgas hergestellt. Dabei entsteht Kohlendioxid. Zur Speicherung ist ein hoher Druck bzw. eine Temperatur von - 253 Grad Celsius nötig. Damit erreicht man allerdings nur einen geringen Teil der Dichte, die Benzin besitzt." Für den Stromerzeuger mit Verbrennungsmotor mussten Her- 32 01/2004 ausforderungen anderer Art gemeistert werden. Extrem kompakt und extrem preiswert sollte er sein. Die Zwickauer Forscher präsentierten eine Lösung, die eigentlich wegen Verbrauch und Emission verteufelt wird: den Zweitaktmotor. Doch die Wissenschaftler haben dessen Makel mit ihrer patentierten Benzin- Direkteinspritzung beseitigt. Dabei wird der Motor nur mit Luft beatmet und erst während der Verdichtung mit Kraftstoff versorgt. Ein System, das in viele Motorgattungen zwischen Scooter und Hochleistungsauto appliziert wird und eben auch dem Zweitakter gut tut. Hybridantrieb made by Zwickau. Forscher der Westsächsischen Hochschule um Prof. Cornel Stan entwickelten diese kompakte und preiswerte Kombination aus Elektroantrieb vorn und Zweitakt- Verbrennungsmotor als "Brennstoffzellen-Ersatz" unter dem Rücksitz. Der "Brennstoffzellen-Ersatz" wiegt als einfacher 2-Zylinder-Boxermotor gerade acht Kilogramm und passt mit seinen Maßen 25 x 30 x 30 Zentimeter unter den Rücksitz eines kompakten Autos samt 15 Liter Benzintank. Er springt automatisch an, wenn die Spannung der als Energiepuffer vorgesehenen Batterie unter den Sollwert gerät oder
wenn der Antriebs-Elektromotor länger hoch belastet wird. Sonst ist er stand-by. Ein Prototyp mit 900 Kilogramm Gewicht erreichte im normierten Stadtzyklus einen Verbrauch von 2,4 Liter pro 100 Kilometer! Der Kohlendioxid-Ausstoß lag gerade mal bei einem Drittel im Vergleich zu einem ähnlichen Fahrzeug mit modernem Ottomotor. Das Auto fuhr mehr als 400 Kilometer, ehe ein Stopp für Strom und Benzin notwendig wurde. Mit 120 Kilometern pro Stunde ist das Fahrzeug ein guter Kurzstreckenläufer und vor allem agil in der Stadt. Letzteres vor allem deshalb, weil der Elektromotor im Vergleich zu japanischen oder US-amerikanischen Hybridmotorisie-rungen kein Getriebe hat. Die Effizienz im Stadtbetrieb dürfte beim künftigen Praxiseinsatz des Zwickauer Hybrids vor allem in Europa ein entscheidender Pluspunkt sein. Rund 80 Prozent der Europäer wohnen in Städten, von denen fahren wiederum 80 Prozent weniger als 50 Kilometer pro Tag. Das ergibt absolut 64 Prozent: ein Absatzmarkt mit Perspektiven bei einem sehr konkurrenzfähigen Preis. Für Zweitakt-Kritiker hat das Team von Prof. Stan einen sehr kompakten Vierventil-Viertaktmotor mit Direkteinspritzung parat, der ein Novum darstellt: Es ist ein Ottomoto ohne Drosselklappe, etwa wie ein Diesel mit Zündkerze. Die Effizienz und das Reaktionsver-mögen sind entsprechend hoch. Das alternative Hybridkonzept aus Zwickau macht zugleich deutlich, dass der Verbrennungsmotor noch lange nicht pensionsreif ist. Prof. Stan prophezeit ihm eine mindestens 50-jährige Zukunft:. "Die vielfältig vorhandenen Entwicklungspotenziale sind enorm. Auch durch die unvergleichliche technologische und ingenieurtechnische Basis behält er seine dominierende Rolle. Allerdings wird sich seine Funktion im gesamten Antriebssystem ändern. Das hängt damit zusammen, dass sich die Entwicklung der Antriebssysteme für zukünftige Automobile nicht mehr nur auf die Antriebseinheit selbst konzentriert, sondern darauf zielt, das Gesamtsystem zu optimieren - vom Energieträger über seine Speicherung und Umwandlung bis zum Antrieb selbst." Die Brennstoffzelle könne dabei zu einer effizienten Stromversorgungseinheit unabhängig von der AufgeHorcht Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan leitet das Forschungs- und Transferzentrum e. V. an der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ). Er ist studierter Diplomingenieur für Flugzeugmotorenbau (Technischen Universität Bukarest 1976), promovierter Dr.-Ing. auf dem Gebiet Verbrennungsmotoren an der Technischen Hochschule Zwickau (1984) sowie habilitierter Dr.-Ing. auf dem Gebiet Kraftfahrzeugtechnik an der gleichen Einrichtung (1989). Prof. Stan unterrichtet Technische Thermodynamik, Verbrennungsmotoren und Alternative Antriebssysteme an der WHZ sowie an den Universitäten in Paris, Pisa und Perugia. Seine Forschungsgebiete sind die Direkteinspritzsysteme für Ottound Dieselmotoren, die Gemischbildungsvorgänge und die Entwicklung von Verbrennungsmotoren. Antriebsart werden. Was den Energieträger der Zukunft betrifft, so hält Prof. Stan Pflanzenkraftstoffe für die seriöse Alternative gegenüber fossilen Brennstoffen bzw. Wasserstoff, der letztlich auch aus Erdgas gewonnen wird. "Wenn nur 40 Prozent der auf der Erde noch brachliegenden Flächen bepflanzt werden, kann damit der weltweite Kraftstoffbedarf vollständig aus Biomasse gedeckt werden. Die Speicherung ist mit wenig Aufwand in üblichen Benzintanks möglich. Große Veränderungen in der Motoren- wie auch der Tankinfrastruktur sind nicht notwendig", zeigt der Motoren-experte ein verheißungsvolles Zukunftsszenario auf. 01/2004 33
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