VW-Chef stellt Antriebsstrategie vor

Um den immer strengeren Umweltvorgaben gerecht zu werden, will der Volkswagen-Konzern in seiner gesamten Produktpalette künftig neue Maßstäbe setzen. Dies kündigte Prof. Dr. Martin Winterkorn, Vorsitzender der Volkswagen AG, kürzlich auf dem 28. Internationalen Wiener Motorensymposium an. „Dabei setzen wir insbesondere auf die Weiterentwicklung unserer hoch effizienten TDI-, TSI- und TFSI-Aggregate sowie die innovative DSG-Technologie in sämtlichen Fahrzeugklassen“, so Winterkorn. Er erläuterte in seinem Vortrag die Fahrzeug-Antriebsstrategie, das Zusammenspiel von Motor, Getriebe und Fahrwerk.

Von der Rennstrecke zum Kunden

Mit dem spektakulären Sieg des Dieselrennwagens Audi R10 TDI beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans habe man einmal mehr bewiesen, welches Potenzial in der Dieseltechnologie stecke. Mit der jüngsten Motorengeneration will VW die Vorzüge des erfolgreichen TDI-Prinzips auf den Ottomotor übertragen: Hohes Drehmoment und hoher Wirkungsgrad – bei niedrigem Verbrauch.

Hier startet man mit der A00-Klasse, in der wir schon bald ein TDI-Modell anbieten werden. Der Polo BlueMotion ist mit nur 3,9 Liter Durchschnittsverbrauch das sparsamste Auto seiner Klasse in Europa.

Die wichtigste technische Säule bei VW bildet der Drei-Zylinder-TDI-Motor. Er leistet bei 4.000 Umdrehungen pro Minute 80 PS. Unter anderem zeichnet er sich durch eine optimierte Abgasrückführung (EGR) aus. Ein besonders schnell ansprechender Oxidationskatalysator trägt im serienmäßigen Diesel-Partikelfilter dazu bei, die Emissionswerte zu senken. „Die CO2-Emissionen liegen bei nur 102 Gramm pro Kilometer und Sie können sicher sein, dass wir diesen Wert noch in den zweistelligen Bereich bringen werden“ verspricht Techniker Winterkorn.

Dieselmotoren für die USA

In der A-Klasse bietet Audi seit kurzem den A3 1.9 TDI economic an. Er setzt mit seinem Verbrauch von nur 4,5 Litern und Emissionen von nur 119 Gramm CO2 pro Kilometer neue Maßstäbe.

Unter dem Label „Bluetec“ treibt Volkswagen gemeinsam mit Audi und Mercedes eine Dieseloffensive vor allem in den USA voran. Bluetec steht für saubere und verbrauchsarme Dieselmotoren. Der zentrale Aspekt ist dabei die Reduzierung der Stickoxide um bis zu 90 Prozent durch innermotorische Maßnahmen und Katalysatortechnologien.

Bei den Modellen unterhalb der Passat-Klasse, wie beispielsweise Jetta BlueTec, ist eine Technologie mit NOx-Speicherkatalysator zielführend. Er bindet die Stickoxide wie ein Schwamm und erreicht damit einen hohen Wirkungsgrad.

Speicherkat wird von Software gesteuert

Der NOx-Speicherkat ist auf Dieselkraftstoff angewiesen, der extrem schwefelarm ist, weil er sonst durch Sulfatbildung an Wirkungsgrad verlieren würde. In den meisten europäischen Ländern steht dieser Treibstoff schon zur Verfügung, in den USA wird er seit Mitte Oktober 2006 auf breiter Front eingeführt.

Der erste Einsatz dieser Technologie im Jahr 2008 in den USA erfolgt im Jetta mit einem 2.0 l Common-Rail-Diesel, der die kalifornischen Grenzwerte – die strengsten der Welt – erfüllt.

Für den besonders sparsamen Einsatz des 1.9 TDI wurden im Passat BlueMotion verschiedenste Parameter des Direkteinspritzers geändert.

Über eine Software-Anpassung des Motorsteuergerätes hat man zum Beispiel die Leerlaufdrehzahl abgesenkt und die so genannte Emissionsabstimmung modifiziert – unter anderem über den Ladedruck des Abgasturboladers, die Einspritzzeitpunkte und die Abgasrückführrate.

Das Steuergerät des TDI gibt zudem eine „Gangempfehlung“ in Richtung der serienmäßigen „Multifunktionsanzeige Plus“ ab. Dort kann der Fahrer ablesen, welcher von den fünf Vorwärtsgängen gerade am effizientesten ist. Die längeren Übersetzungsverhältnisse senken die Motordrehzahl und damit den Verbrauch.

Standardmäßig sind dem 1.9 TDI ein Zweiwege-Oxidationskatalysator und ein Dieselpartikelfilter nachgeschaltet.

Clean-Diesel-Technologie

Der zum Beispiel im Audi A6 eingesetzte V6 TDI ist der weltweit erste Dieselmotor mit direkt gesteuerter Piezo-Hochdruckeinspritzung und damit das Rückgrad der V-Dieselmotorenfamilie.

Seit 2004 ist er mit einer wartungsfreien Partikelfiltertechnik ausgerüstet. Seit der Einführung im neuen Audi A5 entspricht er mit 240 PS bereits der Euro 5 Abgasnorm, die erst ab September 2009 gelten wird.

Dieser Motor wird bald zusätzlich als Clean-Diesel-Variante zur Verfügung stehen und damit die weltweit schärfsten Abgasgrenzwerte in Kalifornien (LEV II) erfüllen. Dies gelingt durch den Einsatz einer 2000 bar Piezo-Hochdruckeinspritzung und eines SCR-Systems.

Diese Clean-Diesel-Technologie wird zeitnah auch in Europa angeboten werden und damit die Euro 6 Abgasgesetzgebung erfüllen, die erst ab September 2014 gelten soll.

Super-Diesel für den Audi Q7

Der Achtzylinder TDI kam als zweites Mitglied der V-Motorenfamilie mit der neuesten Piezo-Hochdruckeinspritzung im Audi A8 zum Einsatz. Mit seinen 327 PS wurde er der leistungsfähigste Pkw-Dieselmotor weltweit im Audi Q7 eingebaut. Winterkorn: „Wir wollen diese einzigartige Leistung der Diesel-Technologie den Kunden verfügbar machen.“

Im Audi Q7 wird daher ein TDI-Motor mit 500 PS und einem Drehmoment von 1.000 Nm die Audi-Dieselkompetenz unter Beweis stellen: Euro 5 mit einem Kraftstoffverbrauch von nur 11,9 Litern.

Bei VW TSI, bei Audi TFSI

Mit dem 1.8l 5V Turbomotor hat der VW-Konzern 1995 eines der ersten Downsizing-Motorkonzepte in den Markt gebracht. 2004 folgte mit dem 2.0 TFSI der erste aufgeladene Direkteinspritzmotor. Mit der nächsten Generation der TFSI-Motoren (im neuen Audi A4) erreicht man weniger als 160 Gramm CO2 pro Kilometer Emissionen.

Den Grundstein dieser Technologie, bekannt bei VW unter dem Kürzel TSI und bei Audi unter dem Namen TFSI, hat man mit dem Golf GT und dem 1.4 TSI eine Weltneuheit vorgestellt. Er kombiniert Benzindirekteinspritzung und Doppelaufladung mit einem mechanisch angetriebenen Kompressor und einem nachgeschalteten Abgasturbolader.

„Bereits ab Mitte 2007 kommt die Erweiterung der TSI-Strategie in die 90 kW-Klasse“, verspricht Winterkorn. Zusammen mit dem Doppelkupplungsgetriebe werden dann im 122-PS-Golf weniger als 140 Gramm CO2 pro Kilometer erreicht.

Vermehrt Turbo-Otto

In der B-Klasse ist bei den Ottomotoren der neue EA888-TFSI-Motor führend, auch erhältlich in der A-und C-Klasse: Zwei Hubraumvarianten mit 1.8 und 2.0 Litern als Turbo-aufgeladener Motor mit Direkteinspritzung.

Basierend auf dem EA888-Motor soll die Erfolgsstory Downsize-4-Zylinder Turbomotoren fortgesetzt werden. Parallel zu Europa läuft der Motor auch in dem neu gebauten Motorwerk im chinesischen Dalian vom Band. Neben den Benzinvarianten wird es basierend auf dem EA888 Grundtriebwerk auch CNG-und E85-Varianten geben.

VW-Chef Martin Winterkorn: „In den USA werden wir mit dem 2.0 TFSI SULEV in diesem Jahr den weltweit ersten aufgeladenen Motor mit Benzindirekteinspritzung einführen, der auch die kalifornischen SULEV-Grenzwerte erfüllt.“

2006 wurden in dem V6 2.8l-FSI-Motor mit dem Audi valvelift system und einer neuen volumen- und druckgeregelten Ölpumpe innovative Technologien in Serie gebracht. Oberhalb der V6 FSI Motoren kommt „in naher Zukunft“ eine neue Generation aufgeladener V-Motoren.

Doppelkupplungsgetriebe (DSG) etabliert sich

Die ursprünglich aus dem Rennsport stammende Idee des DSG-Doppelkupplungsgetriebes hat Volkswagen mittels einer elektronischen Steuerung optimiert. Das DSG-Doppelkupplungsgetriebe kombiniert die Vorteile von Handschalt- und Automatikgetriebe mit hoher Agilität bei niedrigem Kraftstoffverbrauch.

Beginnend mit dem ersten Einsatz im Golf R32 wurden bisher über 500.000 DSG-Doppelkupplungsgetriebe gefertigt. Aufgrund der enormen Kundennachfrage wurde die Produktion innerhalb des Jahres 2006 fast verdoppelt.

Hybrid ist kein Allheilmittel

Die Hybridtechnologie ist zwar kein Allheilmittel, aber in Metropolen und Ballungszentren kann sie sinnvoll verbrauchsmindernd eingesetzt werden. Neben der Umsetzung des so genannten FullHybrid im VW Touareg und im Audi Q7, die schon nächstes Jahr auf den Markt kommen werden, beschäftigt man sich bei VW mit der entsprechenden Technologien für die Kompaktklasse, für die Mild-Hybrid-Systeme oder Start-Stopp-Systeme prädestiniert sind. Vor kurzem hat man den Touran-Prototypen „Highbrid“ vorgestellt, der mit einer Kombination aus TSI-Motor, Elektroantrieb und Doppelkupplungsgetriebe ausgestattet ist.

VW beteiligte sich im vergangenen Jahr am Aufbau eines Lehrstuhls für Angewandte Materialwissenschaften zur Energiespeicherung an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Forschungsschwerpunkt sind Lithium-Ionen-Batterien. Künftig sollen sie die derzeit in Hybridfahrzeugen üblichen Nickel-Metallhydrid-Batterien ersetzen, da sie eine höhere Leistung und Energiedichte sowie eine längere Lebensdauer versprechen.

Brennstoffzelle in the year 2020?

VW hat eine in dieser Form weltweit einzigartige Hochtemperatur-Brennstoffzelle entwickelt. Sie eliminiert viele Nachteile der bisher bekannten Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen und soll im Jahr 2009 mit ersten Prototypen in die Erprobung gehen. Die Technologie befindet sich allerdings noch im Frühstadium, mit der industriellen Reife ist wohl nicht vor dem Jahr 2020 zu rechnen.

Bosch-Visionen zum Antrieb

Blick in den Antriebsraum der Zukunft

Wie sieht der Automobil-Antrieb in fünf, in zehn und in 20 Jahren aus? Verbrennungsmotoren haben noch viel Entwicklungspotenzial. „Wir wissen heute schon: In 20 Jahren wird der Verbrennungsmotor für das Auto noch immer der Antrieb der ersten Wahl sein“, erklärte Rolf Leonhard, Bereichsvorstand Entwicklung Diesel Systems bei Bosch.

Dieseloffensive in den USA und Asien

Die CO2-Emissionen neu zugelassener Pkw sinken in den nächsten zehn Jahren

Bosch setzt nun den Hebel beim Diesel an: Moderne Selbstzünder mit Direkteinspritzung verbrauchen gut 30 Prozent weniger Kraftstoff als vergleichbare konventionelle Benzinmotoren mit Saugrohreinspritzung. Die CO2-Emissionen liegen dabei rund 25 Prozent niedriger. Deswegen wird Bosch „alles“ tun, um dem Diesel auch in Nordamerika und Asien zum Durchbruch zu verhelfen.

Nächste Generation an Dieselpartikelfilter

Die Dieselpartikel-Frage hat die Automobilindustrie im Griff: Mit optimierter Einspritztechnik eliminiert man die „Rohemissionen“ noch vor der Nachbehandlung im Abgasstrang, zudem senkt der zusätzliche Dieselpartikelfilter die Rußemissionen lassen sich künftige schärfere Emissionsgrenzen erfüllen. Schon 2009 bringt Bosch eine neue Generation von Dieselpartikelfiltern auf den Markt.

Hohe Dieselgrenzwerte weltweit

Abgasgrenzwerte sind erreichbar

Schwieriger sind dagegen die Entwicklungsaufgaben zur Reduzierung der Stickoxid- oder NOx-Emissionen. In den USA sind die NOx-Grenzwerte schon heute sehr streng, mit der Verschärfung von BIN 8 auf BIN 5 wächst die Herausforderung: Statt 200 Milligramm Stickoxide pro Meile sind dann nur noch 70 Milligramm erlaubt. Auf einen Kilometer umgerechnet sind das rund 124 Milligramm oder 43 Milligramm. Auch in Europa sinken die NOx-Grenzwerte schrittweise: von heute 250 Milligramm pro Kilometer auf 180 Milligramm mit der Euro-5-Norm im Jahre 2009. Mit Euro 6 werden von 2014 an nur noch 80 Milligramm erlaubt sein.

Technische Lösungen für anspruchsvolle Abgaslimits

Selbst für diese anspruchsvollen Grenzwerte will Bosch die notwendigen technische Lösungen parat haben. „Das gelingt uns über gezielte innermotorische Maßnahmen, die das Brennverfahren weiter optimieren“, sagte Leonhard. Gemeint sind insbesondere

– höhere Ladedrücke des Turboladers bei gleichzeitig höheren Abgasrückführraten in der Teillast,

– mehr als 500 bar höhere Einspritzdrücke in der Teillast und

– einen noch flexibleren Einspritzverlauf mit bis zu acht Einspritzungen pro Arbeitstakt.

Druck mit Piezo-Technologie

Höhere Einspritzdrücke für mehr Effizienz

Zu den Innovationen gehören zum einen die Piezo-Injektoren für Einspritzdrücke bis 2.000 bar und optimierte Magnetventil-Injektoren. Sie sind ähnlich leistungsfähig wie Piezo-Injektoren und konzeptionell sogar für Einspritzdrücke von mehr als 2.000 bar geeignet.

In den Druckbereich oberhalb von 2.000 bar stößt die neue Common-Rail-Pumpe „Bosch CP4“ vor. Eine Version mit einem Druck bis 1.800 bar fertigt man seit 2006 in Serie. Die 2.000-bar-Variante soll noch in diesem Jahr auf den Markt kommen.

Viele Diesel-Pkw mit dieser Einspritztechnik werden von 2014 an die Euro-6-Grenzwerte auch ohne NOx-Abgasnachbehandlung einhalten können. Für schwerere Automobile sowie für die noch strengeren US-Grenzwerte ist eine NOx-Abgasnachbehandlung unverzichtbar.

Denoxtronic in der Pipeline

Abgasnachbehandlung mit Denoxtronic

Auf dem Nutzfahrzeugsektor hat Bosch seit 2004 die Bosch-DeNOxtronic zur Stickoxid-Reduktion im Programm. Dieses System spritzt flüssigen Harnstoff – besser als Adblue bekannt – in den Abgasstrang. Im nachfolgenden SCR-Katalysator – Selective Catalytic Reduction – reagiert das Adblue mit den Stickoxiden im Abgas zu harmlosem Wasserdampf und Stickstoff. Damit liegt die NOx-Konvertierungsrate derzeit bei mehr als 80 Prozent.

Alternativ zum NOx-Speicherkatalysator hat man auch die DeNOxtronic-Technik soweit entwickelt, dass sie im nächsten Jahr in den USA eingeführt werden. Dort wollen Audi, BMW, Mercedes und Volkswagen ihre Clean-Diesel-Fahrzeuge mit der DeNOxtronic ausrüsten.

Neben dem Partikelfiltern aus Siliziumcarbid kommt bei Bosch – gemeinsam mit Denso – ein Filter aus der leichter zu bearbeitenden Cordierit-Keramik zum Einsatz. „Wir entwickeln die neue Filtergeneration für einen Serieneinsatz ab 2009 – rechtzeitig zur erwarteten steigenden Nachfrage durch die verschärften Abgaslimits“, erklärt Leonhard.

Benziner lernt vom Diesel

Erste direkteinspritzende Benzinmotoren mit Schichtladung und wandgeführter magerer Verbrennung brachten Automobilhersteller schon vor zehn Jahren auf den Markt. In Kombination mit der Turboaufladung ging die Direkteinspritztechnik 2004 erstmals in Serie. Solche Motoren garantieren auch bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehmomente von 150 bis 200 Newtonmeter pro Liter Hubraum. Dies garantiert hohe Fahrdynamik bei reduziertem Kraftstoffverbrauch. Die Motoren arbeiten mit homogener Verbrennung und brauchen deshalb keine NOx-Speicherkatalysatoren.

Benzindirekteinspritzung für Downsizing

Die technische Basis dazu liefert Bosch mit der zweiten Generation der Benzin-Direkteinspritzung DI-Motronic. Flexibel gestaltbare Mehrloch-Einspritzventile, der auf 150 bar erhöhte Einspritzdruck und die kompakte Einzylinder-Hochdruckpumpe sind deren wesentlichen Merkmale. Mit der zweiten Generation der DI-Motronic bringt man gerade bei niedrigen Drehzahlen mehr Frischluft in den Zylinder und erzeugt damit mehr Drehmoment, das so genannte Scavenging (reinigende Spülung). Die DI-Motronic steuert dabei die Öffnung der Ein- und Auslassventile so, dass sie für einen Moment gleichzeitig geöffnet sind: Es entsteht im Brennraum ein Durchzug und damit eine bessere Zylinderfüllung mit Frischluft. Erst nachdem die DI-Motronic die Ventile wieder geschlossen hat, wird der Kraftstoff direkt eingespritzt. Kraftstoff gelangt nicht in den Abgastrakt, die Schadstoffemissionen sinken. In Kombination mit einem reduzierten Hubraum bringt diese Technik zehn bis zwölf Prozent weniger CO2-Emissionen.

SULEV wird mit Benziner-DI erreicht

Art des Antriebs beeinflusst Einsparpotenzial

Die neuen Benziner unterschreiten damit selbst die strengsten US-Emissionsgrenzwerte für „Super Ultra Low Emission Vehicles“ (SULEV), bei gleichzeitiger Verbrauchseinsparung. Deshalb sieht Bosch in den USA große Chancen für die Benzindirekteinspritzung. Hatte 2006 die Benzindirekteinspritzung am Nafta-Markt noch einen Anteil von weniger als ein Prozent, so rechnet Bosch für 2015 mit mehr als zehn Prozent.

Zeitgleich mit dem 150-bar-Mehrloch-Einspritzventil präsentierte Bosch 2006 als erster Zulieferer im Mercedes CLS 350 CGI ein 200-bar-Piezo-Einspritzventil mit nach außen öffnender Düse. Dieses Einspritzventil erschließt den Motorenherstellern das neuartige, „strahlgeführte Brennverfahren“ mit Ladungsschichtung im Teillastbereich. Gegenüber konventionellen Saugrohreinspritzern bringt es rund 15 Prozent weniger Verbrauch und CO2-Emissionen. Die Piezo-Technik ist aber aufwändig. Deshalb arbeitet Bosch an einer anderen Lösung: dem strahlgeführten Brennverfahren sowie einem Flexfuel-Betrieb – also den Betrieb mit Benzin, Alkohol oder Erdgas – auch mit einem magnetventilgesteuerten Mehrloch-Einspritzventil.

Start/Stopp senkt Verbrauch

Smart Electronic Start/Stopp-Systems

Eine wesentliche Veränderung wird der Triebstrang bei den elektrischen Nebenaggregaten erfahren. Beispielsweise ein neues Start/Stopp-System, das den Verbrennungsmotor im Stau oder an der roten Ampel abschaltet. Tritt der Fahrer die Kupplung, um den Gang wieder einzulegen, startet das System automatisch den Motor. Je nach Fahrzeug sind im Stadtverkehr bis zu acht Prozent Einsparung möglich. Im neuen 1er BMW kommt das System erstmalig zum Einsatz.

Auch den Wirkungsgrad des Generators, der Lichtmaschine, haben die Entwickler im Fokus. Mit einem entsprechend optimierten Generator lassen sich ein bis zwei Prozent Leistung gewinnen. Durch intelligenten Eingriff in die Regelung nutzt man beim Bremsen einen Teil der Energie für die Batterieladung. Zwei bis drei Prozent Verbrauchs- und CO2-Vorteil sind erreichbar.

Mit Hybrid durch Metropolen

Bosch beschäftigt sich seit mehr als 30 Jahren mit elektrischen Antrieben. Voraussichtlich noch im nächsten Jahr liefert man die Hybridtechnik für den ersten Einsatz in Fahrzeugen von Volkswagen, Audi und Porsche.

Mehr Potenzial an CO2-Reduktion hat man mit den Hybridkonzepten: Mehr als 25 Prozent sind mit einem Benzinhybrid einzusparen, 40 Prozent mit einem Dieselhybrid im Vergleich zum konventionellen Benzinmotor.

Entscheidend für den Erfolg dieser Konzepte ist die Akzeptanz der Autokäufer. Hier bietet der Strong Hybrid das meiste Potenzial. Der elektrische Antrieb hat ausreichend Leistung, um über kurze Strecken rein elektrisch zu fahren.

Brennstoffzelle kommt – in 20 Jahren

In einem Forschungsprojekt untersucht Bosch das Betriebsverhalten

Am weitesten reicht die Bosch-Prognose für die Brennstoffzelle als Energiewandler. Mit regenerativ hergestelltem Wasserstoff als Kraftstoff und Elektromotoren für elektrischen Antrieb kommt man der Vision vom schadstofffreien Automobilantrieb am nächsten. Hoch erscheinen aber noch die technologischen Hürden der Wasserstoff-Wirtschaft, bei der Lebenserwartung für Brennstoffzellen oder der Speicherung von Wasserstoff. So wird die Brennstoffzelle über die nächsten 20 Jahre lediglich für kleine Marktnischen den Verbrennungsmotor ersetzen können. Doch die Bosch-Entwickler sind emsig: Schon heute liefert man Komponenten für Prototypen von Brennstoffzellen-Fahrzeugen.

Alternative Antriebe und alternative Kraftstoffe

Zahlreiche Gründe sprechen für Alternative Antriebe: die Abhängigkeit vom begrenzten Rohstoff Öl und der rasch wachsende Verkehr mit den zwangsläufig steigenden Emissionen sind wohl die wichtigsten.

Zudem beeinflussen zahlreiche Vorgaben die Suche nach dem optimalen Antrieb. Meilensteine sind durch die EU-Kommission und die Selbstverpflichtung der Automobilindustrie festgeschrieben: 2005 greift die Euro-IV-Norm und bis zum Jahr 2008 will die Automobilindustrie die Kohlendioxydemission pro gefahrenem Kilometer im Flottenverbrauch von jetzt 200g auf unter 140g drücken. Dieses Ziel versuchen die Automobilingenieure mit unterschiedlichen Systemen zu erreichen.

Verschiedene Hybrid-Antriebe

So genannte Hybrid-Antriebe unterteilen sich in parallele und serielle und verbinden die Vorteile von zwei Antriebssystemen, beispielsweise Elektro- und Dieselmotor. Beim parallelen Hybrid sind Elektro- und Verbrennungsmotor mechanisch mit den Antriebsrädern gekoppelt, sie können einzeln aber auch gleichzeitig genutzt werden. Vorteil: beide Motoren können klein und ohne Leistungsverlust ausgelegt werden.

Parallelhybrid aussichtsreich

Der serielle Hybridantrieb schaltet die Energiewandler – ohne direkten Anschluss an die Antriebsräder – in Reihe: Der Motor treibt den Generator an, der Strom für die Fahrt oder an die Batterie liefert. Seit Jahren beschäftigt sich das Institut für Kraftfahrwesen der Technischen Hochschule in Aachen mit der Entwicklung von Hybridfahrzeugen. Geschäftsführer Professor Henning Wallentowitz: “Die Tendenz geht ganz klar hin zum Parallelhybrid.”

Toyota Prius erster Serienhybrid

Das weltweit erste Parallel-Hybridfahrzeug in größerer Stückzahl ist der Toyota Prius. Sein Antriebsmanagement gliedert sich in: rein elektrisches Rollen bis etwa 20 km/h, normales Fahren, boostern, Bremsrückgewinnung und Batterie laden. Etwa 30.000 DM kostet der Wagen in Japan, nächstes Jahr steht er auch in europäischen Showrooms. Ende des Jahres will auch Honda mit dem zweisitzigen Coupe J-VX auf den europäischen Markt. Er hat einen Benzinmotor, der von einem Elektromotor unterstützt wird. Ebenfalls zum Jahresende soll der Multipla Ibrida bei Fiat die Hybrid-Generation einläuten, der erste europäische Groß-Serienwagen mit Hybridantrieb.

Fiat startet mit Ecodriver

Ganz auf Hybrid setzt deshalb die Fiat Entwicklungsabteilung: in drei Jahren soll das System “Ecodriver” serienreif sein, mit dem bis zu 30 % Kraftstoffersparnis möglich sind. Ecodriver steht als Kürzel für “Energy Conversion and Driveline Efficient Reengineering”. Das heißt: während der Fahrt wird Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt, die dann beim Beschleunigen, während der Fahrt oder zum Laden der Batterie zur Verfügung steht. Technisch stellt Ecodriver eine Kombination aus einem Verbrennungs- und Elektromotor dar. Generell deuten zunehmende Umweltprobleme darauf hin, dass der Hybridantrieb sich bei den Käufern durchsetzen kann.

Zulieferer entwickeln neue Elektromotoren

Null Emissionen lassen sich im Straßenverkehr – nach heutigem Stand – nur mit reinem Elektroantrieb erreichen. So entwickeln auch die Zulieferer Elektromotoren, die als Fahrzeugantriebe genutzt werden können. Beispielsweise erprobt Mannesmann Sachs Antriebskomponenten für Elektro- oder Hybridfahrzeuge in einem Opel Astra ‘Impuls’. Den parallelen Hybridantrieb testet man im Sachsenring Uni 1 und im Renault Hymne. Zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe ist dazu eine Sachs-Synchronmaschine integriert, die entweder als Elektromotor oder als Generator arbeiten kann.

Sachs entwickelt Transaxle

Beim seriellen Hybridantrieb, der beispielsweise in der Mercedes C-Klasse ‘Hybridantrieb’ und im Renault ‘Vert’ erprobt wird, wandelt ein Generator die mechanische Energie des Verbrennungsmotors in elektrische Energie um, mit der ein Sachs-Transaxle an der Achse angetrieben wird. Alternativ auch möglich: ein reiner, völlig emissionsfreier Elektroantrieb. Der Transaxle-Antrieb ist eine Kombination von Elektromotor, Untersetzungs- und Ausgleichsgetriebe in einer kompakten Baueinheit. Einsatzgebiet: in Klein- und Mittelklasse-Fahrzeugen mit Elektro-, seriellem Hybrid- und Brennstoffzellen-Antrieb.

Ist die Brennstoffzelle der Antrieb der Zukunft

DaimlerChrysler setzt dagegen ganz auf die Brennstoffzelle. Mit der kleinen A-Klasse, die fünf Sitzplätze hat, gelang es DaimlerChrysler ein Serienfahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb auszustatten. Das NECAR 4 wird mit Flüssigwasserstoff angetrieben, in Serie produziert soll Methanol zur Stromerzeugung dienen. Das Auto schafft Tempo 145 und bis zu 450 Kilometer weit. Nächstes Ziel: der Methanol-Prototyp NECAR 5 mit Mini-Reformereinheit, der kaum noch von einem normalen Serienmodell unterscheidbar sein wird. Ab 2004 laufen dann jährlich 100.000 Brennstoffzellen-Autos vom Band.

DaimlerChrysler produziert seriennahe Modelle

Bis es soweit ist, begnügt man sich mit Prototypen. Auf der Los Angeles Autoshow präsentierte DaimlerChrysler das Concept Car “Jeep Commander” mit Brennstoffzelle: Allerdings läuft der Jeep derzeit noch mit elektrischem Antriebsstrang, der Brennstoffzellenantrieb fehlt noch. Bis Ende des Jahres soll ein funktionsfähiger mit Methanol gespeister Brennstoffzellen-Hybridantrieb im Jeep präsentiert werden.

Auch Brennstoffzellenautos brauchen Kat

Auch die Zulieferfirmen engagieren sich vermehrt mit DaimlerChrysler: Die BASF beispielsweise will einen Katalysator für das methanolbetriebene Elektroauto “Necar” weiterentwickeln und vermarkten. Ein Vertrag mit der DBB Fuel Cell Engines sei unterzeichnet. Der Katalysator erzeugt aus Methanol Wasserstoff, der von Brennstoffzellen in Strom für den Motor umgewandelt wird. Bei dem neuen Projekt soll unter anderem die Lebensdauer des BASF-Katalysators verlängert und die Verträglichkeit gegen unterschiedliche Methanolqualität vergrößert werden.

Benzin als Kraftstoff für die Brennstoffzelle

Gleichzeitig arbeitet DC auch mit der Deutschen Shell zusammen, um Benzin für den Brennstoffzellenantrieb nutzbar zu machen. Gegenüber dem “normalen” Benzin verträgt der Brennstoffzellenantrieb jedoch nur ein spezielles, wesentlich reineres. Dies ist heute noch nicht an deutschen Tankstellen vorhanden.

Weltweite Flottenversuche mit Bussen

Geht es um den praktischen Einsatz konzentriert sich die Aufmerksamkeit der Ingenieure momentan vor allem auf eine verbesserte Antriebstechnologie und auf Alltagstests mit Linienbussen in Chicago und Vancouver. Wie Brennstoffzellen-Experte Ferdinand Panik auf der Tagung des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) zum Thema “Innovative Fahrzeugantriebe” referierte, ist 2004 auch mit der “breiten” Markteinführung für Busse zu rechnen. An die erste Phase mit insgesamt 7 Fahrzeugen schließt sich jetzt das Versuchsprogramm mit 27 Bussen an. Sie werden in der Phase 4 in den nächsten zwei Jahren für kleine Flottenversuche gebaut. Die geplanten 120 Busse in 2002 und 2003 sind dann Vorseriefahrzeuge.

Auch Skoda testet Busse

Laut einer Bloomberg-Meldung arbeiten die tschechische Skoda Pilzen AS ““ nicht identisch mit Skoda Auto a.s. – und DaimlerChrysler/Ballard bei der Vermarktung von Brennstoffzellen-Bussen zusammen. Skoda liefert Chassis, Karosserie und Steuersysteme für die neuen elektrischen Busse, Ballard die Brennstoffzelle. Skoda, das nach eigenen Aussagen einen Weltmarktanteil von 60% am Trolleybusmarkt hat, könnte die ersten Busse im Jahr 2000 in Vancouver fahren. Bei erfolgreichem Test soll Skoda pro Jahr 50 Busse nach Vancouver liefern.

Wasserstoffverbrennung bereitet noch Schadstoffprobleme

Antriebe und Kraftstoffe müssen aber als Gesamtsystem optimiert werden. “Da die Mineralölindustrie beispielsweise im Bereich Schwefelgehalt von Otto- und Dieselkraftstoffen nicht in die Gänge kommt, gilt es parallel intensiv mit alternativen Energieträgern zu arbeiten”, meint Klaus-Dieter Vöhringer, Entwicklungs-Vorstand von DaimlerChrysler. DaimlerChrysler erprobt nicht nur die Brennstoffzelle, sondern auch als eigenständiges System – mittlerweile über fast eine Million Kilometer – den Wasserstoff-Verbrennungsmotor. Wasserstoff bietet die Chance für einen generell umweltfreundlichen, insbesondere C02-freien Fahrzeugbetrieb. Problematisch sind Stickoxid-Emissionen, mangelnde Verfügbarkeit, fehlende Infrastruktur sowie die Speicherung des Wasserstoffs. Gegen den großflächigen Einsatz von Wasserstoff spricht auch die geringe Reichweite der Fahrzeuge.

BMW hat die Nase bei Wasserstoff vorn

Auch BMW steigt in den Wasserstoff-Markt ein. Mit verflüssigtem Wasserstoff (LH2) erreicht man bei einem Tankinhalt von 140 Litern Reichweiten bis zu 400 Kilometer. Seit Mai diesen Jahres ist am Flughafen München eine öffentliche Wasserstoff-Tankstelle in Betrieb. 20 Hydrogen-Limousinen sollen im Alltag erprobt werden. Das 34-Millionen-Mark-Projekt soll in zwei Jahren Erkenntnisse zum Wasserstoffbetrieb liefern. Als weltweit erster Hersteller präsentierte BMW schon 1995 dem 316g compact und dem 518 touring zwei Erdgasautos in Serie. Derzeit experimentiert BMW mit verflüssigtem Erdgas: Liquied Natural Gas (LNG). Da die Reichweite dreimal höher als bei komprimiertem Gas sein soll, benötigt man keinen Benzinmotor mehr.

Weltweit Erdgasautos im Einsatz

Erdgasoptimierte Fahrzeug haben heute den höchsten Entwicklungsstand: Weltweit sind annähernd eine Million Autos unterwegs, davon allein in Deutschland fast 4000. Nachteil: Nur rund einhundert Tankstellen in Deutschland. Und auch die Gasspeicherung ist problematisch, was geringe Nutzlast und Reichweite bedeutet. Vorteile: Erdgas stellt 20 Prozent der weltweit verfügbaren Energiereserven dar und verursacht 20 Prozent weniger Kohlendioxid-Emissionen als Benzin oder Diesel. Für Erdgasfreunde bietet der Gesetzgeber Steuervorteile bis zum Jahre 2010.

Volvo und Fiat mit Serienautos in Deutschland

Auf mehr Erdgasfahrzeuge setzt auch Fiat, die auf dem Topmarkt Italien über hohe Anteile verfügen. So bietet Fiat mit dem Multipla Bipower und dem Multipla Blupower zwei Kompaktvans an. Auch Volvo fährt erfolgreich mit Erdgas. Der V70 Bi-Fuel schafft mit einer Gasfüllung 250 Kilometer. Die knapp zwanzig Kilogramm Erdgas kosten etwa 20 DM. Der 140 PS (103 kw) Motor beschleunigt im Gasbetrieb den 1,6-tonner in elf Sekunden auf 100, Spitzengeschwindigkeit 195 km/h. Preis: knapp 60.000 DM.

Berlingo Dynavolt von Citroen mit neuem Konzept

Liquied compressed Gas (LPG) – ein Flüssiggas-Gemisch aus Butan und Propan. Es fällt meist als Nebenprodukt in der Mineralölindustrie an und ist in den Benelux-Staaten weit verbreitet. Ein interessantes Konzept stellt die Studie des Citroen Berlingo Dynavolt dar. Grundlage des Concept Car ist der Berlingo Electrique mit Elektroantrieb, der in der Dynavolt-Variante zusätzlich über einen Flüssiggas-Hilfsantrieb (GPL) verfügt.

Kurbelwellen-Start-Generator liefert zusätzliche Energie

Das Energiesteuerungssystem regelt über verschiedene Funktionen Elektromotor, Hilfsaggregat, Batterien. Vorwiegend für Stadtfahrten ist ‘Citelogic’ gedacht: Im Elektrofahrzeug-Modus schaltet sich der GPL-Hilfsantrieb erst bei etwa 70 km/h zu oder bei einem definierten Lastbetrieb. Damit steigt die Reichweite des Elektroautos von 80 km auf 150 km. Im ‘Autologic’-Modus steuert der GPL-Hilfsmotor bis zu einer Reichweite von 260 km. Die Notfunktion ‘Secours’ erlaubt selbst das Fahren bei komplett entladener Batterie, mit einer Höchstgeschwindigkeit von 60 km/h. Das Hilfsaggregat ist mit einem Kurbelwellen-Start-Generator ausgerüstet, der bei geringem Platzbedarf die thermische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die Citroen-Kombination (Elektro und Hilfsaggregat) scheint eine interessante Alternative zu sein.

Methanol viel versprechend

Methanol könnte der Stoff der Zukunft für Brennstoffzellenantrieb werden: geringe Kohlenwasserstoff-Emissionen und etwa 10 Prozent weniger Kohlenmonoxid bei der Verbrennung. Nachteil: bei der Herstellung des Methanols aus Erdgas, Kohle oder Schweröl treten Energieverluste von 30 bis 50 Prozent auf.

Ethanol in Brasilien erfolglos

Vor allem in Brasilien sollte Ethanol den Siegeszug antreten, erwies sich aber als unwirtschaftlich. Derzeit wird er nur nach angeboten in Mischungen von 20 bis 25 Prozent Ethanol im Benzin.

Taxiflotten erproben RME

Ein anderer erprobter Biokraftstoff ist Rapsölmethylester. Großversuche mit Taxiflotten ergaben: Rapsölmethylester kann in allen modernen Dieselmotoren nahezu problemlos eingesetzt werden. Die Rußemission liegt deutlich niedriger, und auch die anderen Abgasbestandteile CO, HC und NOx sind günstiger. Aus technischer Sicht wäre eine Serieneinführung möglich. Die weitgehende Verbreitung verhindert allerdings der hohe Flächenbedarf: Wollte man den Kraftstoffbedarf aller Dieselfahrzeuge in Deutschland mit Rapsölmethylester decken, so müsste die Hälfte der alten Bundesländer zum Rapsfeld werden.

Ölkrise der 70er Jahre treibt Forschung voran

Da es weder den optimalen Antrieb noch die entsprechende Energie gibt, laufen in den Labors auch weiterhin die Entwicklungsarbeiten auf Hochtouren. Denn der Straßenverkehr ist heute nahezu vollständig vom fossilen Primärenergieträger Mineralöl abhängig, obwohl jeder weiß: die weltweiten Erdölvorräte sind auf etwa 40 Jahre begrenzt. Klaus-Dieter Vöhringer: “Außerdem sind die gesicherten und wirtschaftlich erschließbaren Reserven zu rund zwei Dritteln im Vorderen Orient. Wie abhängig eine Volkswirtschaft von diesen Importen werden kann, zeigen die leidvollen Erfahrungen aus den 70er Jahren.”

Allradantrieb

Software steuert aktive Allradsperre

Mit ETM (Elektronische Drehmoment-Verteilung) hat der GKN-Geschäftsbereich Automotive Driveline Division (ADD) eine Sperre für SUVs und Allradfahrzeuge des gehobenen Fahrzeugsegmentes entwickelt, die eine neue Ära der Fahrdynamik einläutet. Porsche Cayenne und VW Touareg nutzen sie in ihrem Antriebsstrang.

Geländegängige Fahrzeuge erreichen in Deutschland einen Zulassungsrekord: Im ersten Halbjahr 2002 wurden über 63.000 Allradautos zugelassen – 18 Prozent mehr als im Vergleichszeitraum des Vorjahres. Überwiegend gehören diese Fahrzeuge zum Segment der Sport Utility Vehicles (SUV). Wesentliches Merkmal dieser so genannten Freizeitfahrzeuge: der ideale Mix aus Kupplungen, Sperren, Lamellen, Klauen, Vorgelegen und Freiläufen, die die Fahrstabilität verbessern, in dem sie Traktion – Längsbewegung – und Fahrdynamik – Querverhalten (in Kurven, bei Seitenwind) – optimieren. Die Konzepte reichen vom einfach zuschaltbaren bis zum elektronisch geregelten Allradantrieb.

Schon seit Jahren sorgen Schwächen in der Fahrdynamik für Schlagzeilen – vom Elchtest bis zum Audi TT. Meist fordern Experten des elektronische Stabilitätsprogramm ESP als Lösung, teils eine veränderte Achsgeometrie, aber selten eine optimierte Antriebsmomentenverteilung. Ohne Zweifel ist ESP eine nötige und sinnvolle Komponente für die Stabilität, doch kann mit einer “aktiven Sperre” das Fahrverhalten, abhängig von der Gierwinkelgeschwindigkeit, über alle vier Räder gleichmäßig gesteuert werden.

Die Automotive Driveline Division von GKN hat eine elektronisch gesteuerte Reiblammellenkupplung als Differenzialsperre entwickelt, die in kritischen Situationen “vorbeugend” eingreift. Sie ergänzt ESP verbessert die Fahrstabilität. Mit der aktiven ETM erreicht man gerade bei Hochleistungsfahrzeugen eine neue Dimension an Fahrzeugsicherheit.

GKN Automotive ist der weltweit führende Hersteller von Visko-Kupplungen. Schon für den 911er Allrad-Porsche steuerte man Anfang der 90er Jahre die Viscodrive-Kupplung bei, allerdings weniger um die Vorteile eines Allradantriebs zu nutzen, sondern um die Grenzen der Fahrdynamik weiter zu stecken und damit sehr sportliche Fahreigenschaften zu erreichen.

Zu dieser Zeit dachten die Entwicklungsingenieure bei GKN schon über eine ETM nach, doch fehlten die entsprechenden Sensoren als Datenlieferanten und die Verkabelung. Mit dem heutigen Can-Bus und den ABS-Sensoren stehen diese Messwerte zur Verfügung. ETM passt in jeden Antriebsstrang und kann mit bestehenden Systemen zusammen arbeiten, beispielsweise mit ABS, ESP und TCS (Traktionskontrollsystemen). Statt sich aber eines Eingriffes der Bremsen zu bedienen, überträgt es das gesamte Motordrehmoment an die Räder, um die Traktion zu verbessern.

Die elektronisch geregelte Kupplung ETM wird über einen Elektromotor aktiviert. Innerhalb von wenigen Millisekunden sendet ein elektronisches Steuergerät das Steuersignal, das von der Raddrehzahl, die Drosselklappenposition, der Lenkwinkel- oder der Giergeschwindigkeit abhängt. Wird der Elektromotor (bis zu 2000 U/min) angesteuert, aktivieren die Zahnräder die Kupplungsscheibe und damit die Sperre. ETM greift vorausschauend ein, verhindert brenzlige Situationen. So erkennt es beim so genannten “Kavalierstart” den “überflüssigen” Fahrerwunsch an der schnellen Änderung der Gaspedalstellung. Damit die Räder keine Traktion verlieren und damit weder die Reifen den Boden polieren noch qualmen, greift die Software blitzschnell regulierend über die Drosselklappenstellung und die Fahrzeugbeschleunigung ein. Ebenso beim Herausbeschleunigen aus der Kurve: ETM vermeidet “Dreher”, da es den Fahrerwunsch schon am Treten aufs Gaspedal erkennt.

Übliche Systeme reagieren auf solche Fahrsituationen erst, wenn diese eingetreten sind, laufen mit ihrer verzögerten Reaktionszeit dem Geschehen hinterher. Über eine leicht anpassbare Software kann ETM für unterschiedliche Konzepte genutzt werden, vom Sportwagen bis zum Allradler.

Erste Wintertests mit der M-Klasse von DaimlerChrysler sollen erfolgreich gewesen sein: Der Spurwechseltest (Elchtest) auf Eisfläche war mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h möglich. Erstmalig in einem Serienfahrzeug eingebaut, steuert ETM im Antriebsstrang des Cayenne innerhalb des “Porsche Traction Management”. Die kennfeldgeregelte Längssperre – kombiniert mit einer Hinterachs-Differenzialsperre -gleicht mangelnde Traktion an Vorder- oder Hinterachse aus: Das vorausschauende Elektroniksystem bietet hohe Fahrstabilität und sicheren Spurwechsel in allen Geschwindigkeitsbereichen und auch auf Eis und Schnee. Automobilhersteller wie BMW und Mercedes sollen an der neuen Regelstrategie sehr interessiert sein.

Die künftige Entwicklung des Allradantriebs dürfte sich weiterhin zweigleisig abspielen: abhängig von der Preisklasse und von technischen Lösungen. Dabei scheinen die besten Chancen bei der Viskokupplung oder der Viskosperre zu liegen, die sowohl in der Momentzuteilung als auch für den Drehzahlausgleich sinnvoll ist.

Geht es um Kosten, ist eine “virtuelle” Sperre durch einen automatischen Bremseingriff (in Fahrzeugen mit ESP inzwischen üblich) an den durchdrehenden Rädern fast ohne Konkurrenz. Mit ETM hat AAD aber eine Sperre für die SUVs und Allradfahrzeuge des gehobenen Fahrzeugsegmentes entwickelt, die eine neue Ära der Fahrdynamik einläutet.

Vorteile des Allradantriebes:

– Traktion bei allen Straßenzuständen, bei Nässe, im Winter,

– gleichmäßiges Anfahren und gutes Steigvermögen,

– spurstabiles Beschleunigen bei hoher Motorkraft,

– verringerte Seitenwindempfindlichkeit,

– günstiges Aquaplaningverhalten,

– sehr sicherer Anhängerbetrieb,

– ausgewogene Achslasten,

– wenig Reifenverschleiß.

Allradantrieb – Zuschaltbar oder Permanent?

Einfachste Art des Allradantriebes ist die manuell zuschaltbare Achse, die sich – wegen der Verspannungen im starren Antrieb – aber nicht für Kurvenfahrten oder Einparken eignet. Mit relativ wenig Bauteilen ist sie besonders bei reinen Geländefahrzeugen und bei preisgünstigen Pkw zu finden: Antriebswellen und Differenzial für die zweite Achse, Kardanwelle und Klauenkupplung. Systeme, die sich automatisch zuschalten, sind dagegen komfortabler. Damit das ABS beim Bremsen ordentlich arbeiten kann, haben sie einen Freilauf. Echter permanenter Allradantrieb setzt ein zentrales Differenzial zwischen den Achsen voraus. Das Fahrwerk kann dann optimal darauf abgestimmt werden.

Allradantrieb – Gibt es den idealen Allradantrieb?

Jeder Automobilhersteller hat die Möglichkeit aus theoretisch mehr als 2000 Kombinationen eine Allrad-Lösung zu finden. Welches Prinzip das vorteilhafteste ist, liegt vermehrt am Kunden: in der Einstiegsklasse erreicht man mit möglichst einfachen Mitteln befriedigende technische Ergebnisse, in der Oberklasse sind fast perfekten Lösungen möglich – um jeden Preis.

Der Porsche unter den Rollstühlen

Alber-Elektrorollstuhl entwickelt von Porsche

Porsche-Ingenieure sind Meister des Sportwagenbaus: 911er, Boxster, Cayenne und Cayman belegen dies. Kürzlich haben die Weissacher-Ingenieure einen weiteren Volltreffer gelandet: Der Elektro-Rollstuhl „Adventure“ wurde vom Design-Zentrum Nordrhein-Westfalen mit dem „red dot award: product design 2004″ ausgezeichnet.

Hersteller des Adventure ist das auf Rehatechnik spezialisierte Unternehmen Ulrich Alber in Albstadt. Gemeinsam mit der Porsche Engineering Group entwickelte man Fahrwerk und Design des Elektro-Rollstuhls. Im Vordergrund stand ein ansprechendes Design sowie eine komfortable Federung. Patrick Ade, Produktmanager bei Alber: „Während normale Rollstühle nur einen einfachen geschweißten Rohrrahmen mit Motor und Sitz haben, hat der Adventure ein vollgefedertes Fahrwerk und einen Antrieb wie im Automobilbau – mit dem sogar ein Abstecher ins Gelände möglich ist.“

Vier unabhängig voneinander gefederte Räder erlauben höchste Mobilität: Bis zu acht Zentimeter hohe Bordsteinkanten kann man so überwinden. Das Feder- und Dämpferelement arbeitet im Zusammenspiel mit einem Stabilisator in einem zentralen Rahmenkasten. Er verringert im Gelände deutlich die Seitenneigung, der Rollstuhl bleibt standfest, der Fahrer fühlt sich stets sicher.

Angetrieben wird der Elektro-Rollstuhl über Radnabenantriebe in den Hinterrädern, gesteuert über einen Joystick. Verschiedene Fahrprogramme für Haus und Straße lassen sich damit einstellen, ebenso verschiedene Parameter wie beispielsweise Beschleunigungs-, Kurven- oder Bremsverhalten.

Eine Eigenentwicklung aus dem Hause Alber ist der Radnabenmotor mit einem hohen Wirkungsgrad. Mit deutlich kleineren Akkus als in herkömmliche Elektro-Rollstühlen soll man eine Reichweite von 45 Kilometern erreichen. Im Gefälle speisen die Antriebe sogar Energie in die Akkus zurück.

Für Rollstuhlfahrer wichtig ist die Modularität. „Räder, Sitz und Akkupacks lassen sich beim Adventure mit wenigen Handgriffen abnehmen, dann kann der Rollstuhl beispielsweise in einen Renault Twingo oder gar in einen Smart geladen werden“, erläutert Patrick Ade. Der Adventure wird zum Stückpreis von rund 9000 Euro verkauft, die in vollem Umfang von den Krankenversicherungen erstattet werden, verspricht Ade. Mittlerweile haben schon 800 Behinderte den Elektro-Rollstuhl bestellt.

Airbag

Airbag-Diebstahl nimmt zu

Autoknacker gehen mit der Zeit: Nachdem Autoradios und Navigationsgeräte mittlerweile häufig auf das Fahrzeug codiert sind, wenden sie sich Airbags zu, die sich mit wenigen Handgriffen ausbauen lassen und mit denen schnell Geld zu verdienen ist.

Ob in Autohäusern oder gar direkt bei Autoherstellern, mehrmals hintereinander hat die Airbag-Mafia zugeschlagen. Bei Opel in Rüsselsheim drangen beispielsweise Diebe nachts, bewaffnet mit Bolzenschneider und Schraubenzieher, in einen umzäunten Verladeplatz ein und bauten zweiundzwanzig Airbags aus. Zum Abtransport nahmen sie gleich einen Pkw vom Gelände mit. Der Schaden liegt bei mehr als 100.000 Euro.

Innerhalb von wenigen Minuten ist solch ein wertvoller Luftsack ausgebaut: Seitenscheibe einschlagen, Stromzufuhr unterbrechen, zwei Schrauben lösen. Je nach Fahrzeug-Fabrikat liegt sein Wert zwischen 1000 und 1500 Euro. Die Hehlerware geht vor allem an dubiose Gebrauchtwagenhändler, die sie gegen gezündete Airbags in Unfall-Fahrzeugen auswechseln, um einen höheren Verkaufspreis zu erzielen. Da aber oft die zugehörige Steuerelektronik fehlt oder beim Diebstahl beschädigt wurde, lösen sie bei einem Unfall nicht mehr aus.

Innerhalb weniger Wochen haben organisierte Banden im Rhein-Main-Gebiet etwa 300 Airbags gestohlen. Im hessischen Hofheim erbeuteten Diebe aus 40 Neuwagen mehr als 80 Stück. „Die gestohlene Ware geht überwiegend in den osteuropäischen Raum“, weiß die Kripo Hofheim. Im Visier der Diebesbanden sind Opel- und VW-Modelle, die auf osteuropäischen Gebrauchtwagenmärkten zu den gängigsten gehören. Nach Einschätzung der Kripo handelt es sich bei den Diebstahlserien um systematisch abgearbeitete Auftragsbestellungen.

Auch die Kripo in Zwickau kämpft mit dem Delikt „Autoteilediebstahl“: Aus fünf Autohäusern wurden dort mehr als 90 Airbags gestohlen. Im sächsischen Reinsdorf schlugen Kriminelle in einem Autohaus gar zum zweiten Mal zu, nahmen zwanzig Bags mit. Wahrscheinlich hatten sie sich als interessierte Autokäufer getarnt und dabei das Autohaus ausspioniert. Volkmar Stöcker, Geschäftsführer des Opel-Hauses Friedrichsgrün: „Da die Lenkräder schon mit Lenkradkrallen gesichert waren, haben die Täter mit Gewalt die Beifahrer-Airbags herausgerissen.“ So musste Stöcker beschädigte Armaturenbretter im Wert von rund 50.000 Euro ersetzen.

Erleichtert wurde der Diebstahl durch die verkehrsgünstige Lage. Nach Erkenntnissen der Kripo sind Autohäuser in dünn besiedelten Gegenden oder Industriegebieten besonders gefährdet: Dort besteht üblicherweise eine gute Anbindung zur Autobahn. So erreichen überregionale Banden schnell ihren Fluchtweg.

Ob Profi- oder Gelegenheitsdiebe, Autohändler Volkmar Stöcker hat keine Angst mehr vor ihnen. Er hat sein Autohaus mit Kameras gesichert und zur Festung ausgebaut. Zudem hat er sich für einen Wachdienst entschieden, der rund um die Uhr Patrouille läuft. „Wir hatten uns sogar schon überlegt, vorsichtshalber die Airbags aus den Neuwagen auszubauen“, erklärt Stöcker.

Airbag mit Ohren

Der heutige Fahrerairbag ist grundsätzlich rund, denn dies ermöglicht den Herstellern eine unkomplizierte und preiswerte Produktion, zudem bildet er in jeder Lenkradstellung ein gutes Schutzpotenzial. Ein neuer asymmetrischer Airbag, der so genannten Ohren-Airbag, bietet dem Fahrer künftig im Crashfall noch mehr Schutz – vor allem bei einem Schrägaufprall. „Wir eröffnen mit dem asymmetrischen Airbag ein neues Kapitel im Airbagdesign“, erklärt Mehran Khazami, Entwicklungsleiter „Fahrerairbag und Lenkrad“ bei der TRW Automotive in Aschaffenburg. Künftig können somit unterschiedliche Unfallarten mit nur einem Airbag abgedeckt werden.

Möglich wurde diese Innovation erst nach der Entwicklung des weltweit ersten Lenkradsystem mit feststehender Nabe (von Autoliv) im Kleinwagen Citroen C4. TRW entwickelte für das System ein neues Kegel-Getriebe. Mehran Khazami: „Damit wird der Verschleiß der Zahnräder am Lenkradkranz auf ein Minimum reduziert und auch an der Lenksäule sind keine weiteren Änderungen nötig.“ Die neue Luftsack-Generation eignet sich vor allem für Fahrzeuge mit tief liegendem Windlauf, flacher Windschutzscheibe oder für Sportwagen und Cabrios, in denen Fahrer einem höheren Verletzungsrisiko ausgesetzt sind.

Erste Tests bei TRW haben bestätigt, dass allein die Verschiebung der Luftsackmitte um 100 Millimeter nach unten einen um 20 Prozent niedrigeren Brustbeschleunigungswert und damit ein deutlich niedrigeres Verletzungsrisiko in diesem Bereich bedeutet. Mit einem asymmetrischen Airbag sollen auch die neuen US-Crashvorschriften kein Problem mehr darstellen: Um den Schutz für gegurtete und ungegurtete Insassen zu erfüllen oder die teils gegenläufigen Anforderungen an Rückhaltekomponenten beim Test gegen die feste und deformierbare Crash-Barriere, müssen Hersteller ab 2006 dort einen Schrägaufprall absolvieren. In der nächsten Generation des Citroen C4 soll der Ohren-Airbag erstmals in Serie gehen.

Airbag in der Kopfstütze

Nach einem Verkehrsunfall machen Verletzungen an der Halswirbelsäule (HWS) und im Schulter- und Nackenbereich nicht nur den Betroffenen, sondern auch Ärzten und Versicherungen zu schaffen. Denn häufig verlangen Autofahrer wegen eines so genannten Schleudertraumas Schmerzensgeld. Tatsächlich haben Mediziner am Institut für Rechtsmedizin der Uni München mehr als einhundert Gutachten zu HWS-Verletzungen ausgewertet, von denen nur jedes fünfte berechtigt war.

Falsch eingestellte Kopfstütze ist gefährlich

Die Ursache für ein HWS-Syndrom liegt oft bei der Kopfstütze, die in Design und Handhabung teils kompliziert ist: da ist die Kopfstütze zu niedrig eingestellt, der Abstand zum Kopf zu groß oder sie ist schlicht im Blickfeld des Fahrers.

Eine Lösung soll die Kopfstütze mit einem kleinen integrierten Airbag sein. Der Autozulieferer TRW Occupant Restraint Systems stellte auf der Tagung “Airbag 2000” in Karlsruhe den Prototypen einer aufblasbaren Kopfstütze vor.

Statt flexible Rückenlehne besser Airbag

Saab, Volvo und Renault haben mittlerweile passive Systeme eingeführt, die im Crashfall die Kopfstütze zum Kopf hin bewegen, aktiviert von einer ausgelenkten Rückenlehne.

Alexander Heilig, Entwicklungsingenieur bei TRW: “Ein passives System ist sicherlich hilfreich, offen bleibt jedoch die Frage, inwieweit dies für die Vermeidung von HWS-Verletzungen im Crashfall ausreichend sein kann.”

Grundlage der neuen Airbagentwicklung sind Studien und Versuche verschiedener Kopfstützenkonzepte, welche nach Effektivität, Sicherheit, sowie Kosten verglichen wurden.

Anforderungen an einen Kopfstützen-Airbag

Dabei stellten die Ingenieure fest: ein optimales System muss alle Insassengrößen und Positionen berücksichtigen und im Crashfall sehr schnell reagieren. Es muss auf allen Fahrzeugsitzplätzen einsetzbar sein und unabhängig von jeglicher Kopfstützenvoreinstellung die Verletzungsgefahr verringern. Es entstand eine Kopfstütze mit Airbagsystem, dass von einem Schaumblock umgeben ist.

Das Zündsignal fließt von der Fahrzeug-Crashsensorik über ein Kabel in die Kopfstütze. Zündet das System bei einem Heckcrash, bläst ein pyrotechnischer Gasgenerator innerhalb von 30 Millisekunden einen 3-Liter-Luftsack sehr sanft auf.

Mehrere Lösungen möglich

Um Styling und Design möglichst offen zu halten, wählte man mehrere Konstruktionen: ein Kopfstützenüberzug aus Stretchmaterial, eine Kopfstütze mit Reißnähten und ein auswechselbares Luftkissen mit befestigtem Frontpolster, das vorne in die Kopfstütze eingeklipst wird. Alexander Heilig: “Alle Varianten wurden in dynamischen Versuchen erfolgreich geprüft”.

Erfolgreich mit Schlittenversuch getestet

Gemeinsam mit der Technischen Universität Graz wurden mittlerweile etwa 170 dynamische Versuche mit Dummies und Freiwilligen gefahren. Ergebnis: Die Versuche zeigten eine deutlich niedrigere Halsbelastung, keiner der Testpersonen – Schlittenversuch bei 10 km/h – verletzte sich. Das aufblasbare Kopfstützensystem wurde subjektiv als komfortabel empfunden, ein Zündknall war nicht störend – das Crashknall der Versuchsanlage schien sogar lauter zu sein.

TRW entwickelt derzeit im Auftrag von Automobilherstellern weiter an dem System, “schon bald” sollen die ersten Pkw mit Kopfstützen-Airbag vom Band rollen.

Forschungsergebnisse zu Dieselschadstoffen

Umstritten ist die Fragestellung: Wie gefährlich sind Partikel für die Gesundheit? Die Partikelmenge wird wie gesetzlich vorgeschrieben im verdünnten Abgas gemessen, kann aber nicht in der Atmosphäre verfolgt werden. So liegen derzeit auch keine ausreichenden Kenntnisse über das Reaktionsverhalten der Partikel in der Atemluft vor, obwohl Lungenfachärzte vor den sehr feinen Partikeln warnen, die tief in die Lunge eindringen können, dort möglicherweise Entzündungen verursachen und damit auch ein potentielles Krebsrisiko bilden.

Vergleich Tier-Mensch umstritten

Seit 40 Jahren forschen Wissenschaftler nach den Auswirkungen der Dieselabgase. So ergaben toxikologische Untersuchungen der Medizinischen Hochschule Hannover mit ungefilterten Dieselabgasen lediglich bei Ratten eine Steigerung der Lungenkrebsrate – allerdings lag die Konzentration um mehr als das Tausendfache höher als im Straßenverkehr. Vergleichende Untersuchungen zwischen Affen und Ratten zeigten ebenfalls, dass die Ergebnisse der Tierversuche nicht ohne weiteres als Grundlage für die Risikoabschätzung für den Menschen geeignet ist.

Studien beweisen keinen Zusammenhang

Und während beispielsweise Greenpeace auf den Zusammenhang zwischen Diesel-Rußpartikeln und allergischen Atemwegserkrankungen hin weist und auch japanische und australische Mediziner dieses bestätigen, zeigt eine Auswertung wissenschaftlicher Studien kein eindeutiges Bild. Denn das Berufsgenossenschaftliche Institut in St. Augustin stellte im letzten Jahr fest, dass keine der 91 epidemiologischen Studien einen Zusammenhang zwischen Dieselmotor-Abgasbelastung und Lungenkrebs beweist. Die Krebsgefahr durch Dieselruß scheint – je nach Auftraggeber – bewiesen oder eben nicht.

Fragen an Professor Dr. Hans Peter Lenz vom Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau der Technischen Universität Wien (Veranstalter des Wiener Motorensymposiums)

1.) Immer wieder Streitpunkt beim Diesel sind die angeblich krebserregenden Stoffe. Wie bewerten Sie die Diskussion und die Forschungsergebnisse?

A: Es gibt bisher keinen Nachweis, dass die Konzentrationen, in denen die Rußpartikel emittiert werden, Krebs fördernd sind. In der letzten Zeit wurde die Behauptung aufgestellt, moderne Dieselmotoren hätten zwar weniger Partikelmassenemissionen, aber die verbleibenden Partikel hätten kleinere Durchmesser und seien somit schädlicher. Diese Vermutung hat sich als unrichtig herausgestellt.

2.) Mit welchen technischen Maßnahmen könnte man den Partikelausstoß schnell reduzieren?

A: Der Partikelausstoß wird durch viele Details im Hinblick auf bessere Verbrennung vermindert, beispielsweise eine intensivere Ladungsbewegung, höhere Einspritzdrücke oder eine größere Zahl der Einspritzstrahlen. Die drastischste Maßnahme zur Partikelverminderung ist das Partikelfilter, das aber noch Probleme in der Dauerhaltbarkeit und Regeneration macht.

3.) Wie könnte man über die Kraftstoffqualität, im Besonderen mit schwefelfreiem Kraftstoff, die Partikelemissionen senken?

A: Die Qualität des Kraftstoffs beeinflusst sowohl die Zahl wie auch die Masse der emittierten Partikel. Schwefelfreier Kraftstoff senkt beide Emissionen drastisch. Leider sträubt sich die Mineralölindustrie bei einer schnellen Einführung. Die für 2005 vorgeschriebene Grenze von 50 ppm Schwefel ist deutlich zu hoch, gefordert werden muss eine Grenze von 10 ppm.

4.) Hat der Dieselmotor größere Chancen, wenn die Geruchsprobleme beseitigt sind und wie ist dabei der Stand der Technik?

A: Das Geruchsproblem der Dieselmotoren hängt auch mit dem Schwefelgehalt des Kraftstoffes zusammen. Je besser generell die Dieselmotoren im Hinblick auf die Schadstoffemissionen entwickelt werden, desto geringer wird auch das Geruchsproblem.

5.) Welche Zukunftschancen geben Sie dem Diesel im Pkw-Bereich und hat die Brennstoffzelle, die 2004 serienreif sein soll, eine Chance den Verbrennungsmotor zu ersetzen?

A: Beim PKW rechne ich in der Zukunft mit einem Dieselmotoranteil von etwa 50 %. Die Brennstoffzelle hat meiner Ansicht nach erst Chancen zu einer größeren Serienfertigung in etwa 20 Jahren; bis dahin gibt es keine Alternative zum konventionellen Verbrennungsmotoren.

Vielen Dank Herr Professor Lenz

Schwefelfreier-Kraftstoff

Ohne schwefelfreien Sprit ist beim Diesel wenig zu machen. Weniger Schwefelgehalt verringert den Sulfatanteil. Schwefelarmer Kraftstoff, beispielsweise der so genannte Schwedendiesel, weist weniger als 10 ppm (zehn von einer Million Teile) Schwefel auf. Ein heutiger Euro-2-Dieselmotor verursacht damit deutlich weniger Schadstoffe: bis zu 50 % weniger Kohlenmonoxid (CO) Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOX) um 10 % und die Partikel um mehr als 40 %. Das Startverhalten des Kat wird in der Warmlaufphase um fast 100 % verbessert.

Revolutionärer Diesel-Partikelfilter von Peugeot

Peugeot 607
Grafik zur Funktionsweise des Dieselpartikel-Filters

Ein Dieselmotor ohne Rauch und Partikel – klingt unglaublich. Schon seit Jahrzehnten forscht man nach solch einem Motor. Mit der Entwicklung eines revolutionären Partikelfilters bietet PSA Peugeot-Citroen genau diesen sauberen Dieselmotor für das Topmodell 607 an. Auch die deutsche Automobilindustrie sucht nach einem Reinmacher.

Dieselanteil gestiegen

Vordergründig basiert der Erfolg des Diesels auf den steigenden Kraftstoffpreisen. So stieg innerhalb des letzten Jahres der Neuwagen-Dieselanteil in Deutschland von 22 auf 28 %. Doch auch die typischen Nachteile des Diesel- gegenüber dem Ottomotor, wie Stickoxide (NOX) und Rußpartikel, haben die Techniker mittlerweile gut im Griff: Der Diesel verliert sein Dreckschleuder-Image. Werbewirksam präsentiert jetzt Peugeot ein zukunftsweisendes Schadstoffreinigungssystem, das Partikelfilter FAP (Filtre à particules).

Ruß-Grenzwerte nur mit Filter einzuhalten

Während grundsätzlich ein Dieselmotor immer mit der gleichen Luftmenge arbeitet, kann beim Beschleunigen das Gemisch schnell zu fett werden, dann verbrennt es nur unvollständig. Abgasrückführung (AGR) und selektive katalytische Reduktion (SCR) mindern NOX, reichen aber nicht aus, um Forderungen zur Partikelemission nach EURO 5 und US EPA 2007 zu erfüllen. Dies geht nur mit Filter, der zwar die ultrafeinen Rußpartikel auffangen kann, sich aber schnell zusetzt und deshalb regeneriert werden muss. Mit der Peugeot-Technologie soll es problemlos möglich sein, das Filter in bestimmten Zyklen zu reinigen.

Schwierige Vorarbeiten

Die natürliche Abbrenntemperatur der Partikel liegt bei etwa 550 Grad Celsius, die weder mit einem Kammerdiesel noch mit einem Direkteinspritzer zu erreichen ist. Beispielsweise wird der Motor im Stadtverkehr nur so gering belastet, dass lediglich Abgastemperaturen zwischen 150 und 200 Grad entstehen. In den 80er Jahren scheiterte deshalb bei Mercedes die Einführung eines Filtersystems und auch VW legte damals in den USA ein Konzept ohne Erfolg vor.

Anders soll das neue Superfilter sein, das PSA gemeinsam mit vier führenden Zulieferern entwickelt hat: Die Steuer- und Regelelektronik kommt von Bosch, das Filter von der japanischen Firma Ibiden, das Dieseladditiv (Eolys) von Rhodia (früher Rhône-Poulenc). Die Herstellung des Auspuffsystems übernahm Faurecia.

Additiv senkt Abbrenntemperatur der Partikel

Das FAP besteht aus einem Siliziumkarbid-Keramikwabenelement, der Steuersoftware der Common-Rail-Einspritzung und dem Behälter für das Kraftstoffadditiv. Im reinen Filter setzt sich zunächst die Oberfläche des porösen Innern zu, dann die Wände der eintretenden Kanäle. Ein Drucksensor überwacht das Filterinnere, nach etwa 400 bis 500 Kilometern (Filter ist etwa zu 80% beladen) brennt er dann innerhalb von zwei bis drei Minuten vollständig die Partikel ab. Dazu spritzt man zusätzlich Kraftstoff ein, er erhöht die Abgastemperatur von etwa 150 auf 450 Grad Celsius. Um die Verbrennungstemperatur für die Partikel von den natürlichen 550 auf 450 Grad zu senken, wird dem Dieselkraftstoff eine geringe Menge des Additivs Eolys beigemengt. Dieses entscheidende Additiv, entwickelt vom Chemiekonzern Rhodia, enthält eine Verbindung auf Ceriumbasis. Dies gilt Vereinfacht dargestellt “verbindet” sich das anorganische Cerium schon in der Bennkammer des Motors mit dem Ruß. Später lassen sich dann die Rußpartikel einfacher spalten und abbrennen. Nach etwa 80.000 km müssen die Verbrennungsrückstände des Filters ausgewaschen werden, das Additiv wird aufgefüllt. Auch Renault hat mittlerweile angekündigt, 2002 seine Dieselmodelle mit Partikelfilter und einer ähnlichen Additivlösung auszustatten.

Deutsche Autoindustrie skeptisch

Gegenüber dem neuen Filtersystem von Peugeot gibt sich die deutsche Autoindustrie zurückhaltend. Gunter Zimmermeyer, Geschäftsführer beim Verband der Automobilindustrie (VDA): “Derzeit ist das angekündigte Peugeot-Filter noch immer nicht in Deutschland im Serieneinsatz, dies lässt auf Probleme schließen”. So sehen auch die Ingenieure bei DaimlerChrysler das Problem des zusätzlichen Kraftstoffverbrauchs (3 bis 4%) durch die Nacheinspritzung und der vermehrten Aschebildung. Für Autofahrer bedeute dies “nur bedingt alltagstaugliche” Wasch- und Wechselintervalle bei verstopftem Filter.

Doch die Peugeot-Ingenieure kontern: Da das Topmodell 607 schon seit Jahresbeginn beispielsweise in Österreich, Belgien, Frankreich und der Schweiz verkauft wird – mit einem Dieselanteil von fast 70 % -, liegen dort positive Erfahrungswerte vor. So stellte auch die Schweizer Umweltbehörde Buwal fest, dass das Element Cerium die Verbrennung deutlich verbessert. Auch die amerikanische Umweltbehörde EPA prüft derzeit die Zulassung. Rhodia entwickelt schon einem Filter der neuen Generation, der die Aschespeicherung mindert. Weiter bescheinigen auch andere unabhängige Schweizer Institute und das Berliner Umweltbundesamt dem Peugeot Filter in allen Disziplinen Bestnoten und als Fazit: “Die deutschen Hersteller können nicht mithalten”.

CRT – die Rettung?

VDA-Experte Gunter Zimmermeyer: “Im Gegensatz zur Lösung von Peugeot ist unsere Philosophie eine andere. Wir wollen mit innermotorischen Maßnahmen die Partikel im Motor erst gar nicht entstehen lassen.” So hat die deutsche Autoindustrie mit dem “aktiven CRT” (Continious Regeneration Trap) ein aussichtsreiches System entwickelt. Bei CRT wird das Filter nicht wie üblich mit Sauerstoff (O2) regeneriert, sondern mit dem im Oxidationskat entstehenden Stickstoffdioxid (NO2). Die Arbeitstemperatur muss bei über 300 Grad Celsius liegen, die entweder mit einer elektrischen Beheizung oder durch “sanfte” Nacheinspritzung erreicht wird. Im unteren Lastbereich häufen sich die Rußpartikel solange an, bis das Filter etwa zu 30 % voll ist, dann setzt die aktive CRT-Funktion ein: Ein nah am Motor platzierter Oxidationskat reinigt das Abgas von Kohlenmonoxid (CO), sowie Kohlenwasserstoffen (HC), im zweiten Kat kann das für die Rußoxidation benötigte NO2 erzeugt werden. Abhängig von Druckdifferenz vor und nach dem Filter und abhängig von der Temperatur beginnt der Reinigungsprozess.

Unterschiedliche Konzepte bei VW

So sieht beispielsweise bei VW das CRT-Konzept vor, für das Jahr 2005 (EU4) in Oberklassemodellen ein Partikelfilter und zusätzlich einen Kat zu integrieren, der die Stickoxide aus dem Abgas holt. Für einen Passat genügt ein Partikelfilter in Verbindung mit dem Pumpe-Düse-TDI der mit bis zu 2050 bar den höchsten Druck aller heute gebräuchlichen DI-Systeme hat. So erfüllt der Lupo 3L TDI als erster Seriendiesel weltweit die Euro 4 Abgasnorm.

Toyota setzt auf neu entwickelten Keramikfilter

Auch Toyota bereitet für 2003 die Einführung eines Schadstofffilters für Dieselmotoren vor: Mit dem DNPR-System (Diesel Particulate NOX Reduction) sollen Rußpartikel und Stickoxide gleichzeitig reduziert werden. Innerhalb des Gesamtkonzepts verwendet Toyota dabei vorhandene Systeme: Gemeinsam mit den neuen Common-Rail-Motoren übernimmt ein neu entwickeltes Keramikfilter, das mit einem Stickstoff-Dreiwege-Speicherkatalysator beschichtet ist und ursprünglich für den Einsatz bei Magermix-Motoren entwickelt wurde, die Reinigung.

Schwefelfreier Kraftstoff auf jeden Fall erforderlich

Erste Ergebnisse sollen eine mehr als achtzigprozentige Reduktion bei Rußpartikeln und Stickoxiden während der ersten Verbrennungsphase ergeben haben – gemessen nach den japanischen Abgasbestimmungen. Während viele Detailfragen zu dem DNPR-System noch offen sind, steht aber fest, dass nur schwefelfreier Kraftstoff zu diesen Werten führt. Diesen fordert auch Gunter Zimmermeyer: “Wann CRT in Serienfahrzeugen zu finden sein wird, steht derzeit noch nicht fest, denn vieles hängt mit der Einführung schwefelfreien Kraftstoffs zusammen.”

Gesetzgeber will neue Abgasmessung

Mit dem FAP ist es Peugeot gelungen, die Partikel auf das Niveau eines Benzinmotors und auf das Messbare von vier Milligramm pro Kilometer zu senken. Damit hofft man auch alle künftigen Abgasvorschriften einhalten zu können. Doch der Gesetzgeber macht Druck. So fordert nicht nur Umweltminister Jürgen Trittin den Partikelfilter für alle, sondern auch Bernd Lange, Verkehrsexperte der SPD und Mitglied im Europäischen Parlament verkündete kürzlich auf einer VDA-Tagung: “Wenn wir deutliche Erkenntnisse haben, wollen wir nicht nur die Masse, sondern auch die Anzahl der Partikel zum Gegenstand der Gesetzgebung machen”. Da aber immer nicht zweifelsfrei bewiesen ist, ob die Größe der Partikel oder ihre Anzahl für Gesundheitsschäden verantwortlich sind, steht eine “Erkenntnis noch aus.

Mercedes S-Klasse mit Zylinderabschaltung

Va­riable  An­saugsysteme, mehr Aufla­dung, reduzierter Hub­raum oder flexible Ventil­steue­rung: Maßnahmen, die den Wirkungsgrad des Motors erhöhen sollen und damit letztlich den Kraftstoffverbrauch senken. Zu diesen vielversprechenden Ideen gehört auch die Zylinderabschaltung, wie sie im 500er der neuen S-Klasse von Mercedes-Benz zu finden ist.Mit der Zylinderabschaltung läßt sich vor allem der sogenannte Teillastbetrieb des Motors nachhaltig verbessern. Denn im unteren Lastbereich fällt der Wirkungsgrad aufgrund der geringen Turbulenzen in den Brennräumen, der geringeren Zylinderfüllung und der hohen Ladungswechselverluste üblicherweise ab.

Auch von den acht Zylindern des S 500 arbeiten zeitweise nur vier. Denn in der dritten, vierten und fünften Fahrstufe des Automatikgetriebes schaltet die Elektronik  die Hälfte der Zylinder ab. Allerdings nur dann, wenn der Motor zwischen 1000 und 3500 mal je Minute dreht, entsprechend dem Tempobereich 40 bis 160. In diesem Teillastbereich arbeitet der S-Klasse-Motor nur noch mit den Brennräumen 1 und 4 auf der rechten Zylinderseite und 6 und 7 auf der linken. Ein- und Auslaßventile sowie die Kraftstoffzufuhr für die jeweiligen Zylinder sind dann abgeschaltet. Parallel dazu gleicht die Elektronik einen möglichen Drehmomentsprung aus, indem sie die Drosselklappen und den Zündzeitpunkt entsprechend steuert.

Der Effekt dieses automatischen Schließvorgangs ist groß: Im Teillastbereich vermindert sich der Kraftstoffverbrauch bei Fahrten mit konstant 120 km/h um mehr als 12%, bei 90 km/h um 15%. Maximal 20 % Ersparnis sind bei konstanten 60 km/h möglich. Trotzdem soll die Drehmoment-Charakteristik des Triebwerks in vollem Umfang erhalten bleiben. Lediglich die Nennleistung verringert sich geringfügig von 5  (7PS)  auf 220 kW (299 PS).

Das Prinzip der Zylinderabschaltung ist in Serienfahrzeugen nicht neu. Cadillac startete schon 1981 mit dem „Fleetwood“ das „Cylinder Cut-off“. Das sogenannte Cadillac-Eaton-System schaltet dabei die nicht benötigten Zylinder ab. So sind in der Anfangsphase noch alle Achtzylinder aktiv, doch bei einer Geschwindigkeit zwischen 43 und 76 km/h arbeiten nur noch vier. Nach 120.000 verkauften Fahrzeugen mußte die Produktion allerdings eingestellt werden. Grund: die unzuverlässige Elektronik.

Auch in der Porsche-Forschungszentrale in Weissach beschäftigen sich die Ingenieure mit der Zylinderabschal­tung.  Bald soll eine Porsche-Zylinderabschaltung serienreif sein. Schon beim   Sechszylinder-Boxermotor des letzten 911er waren 13 Prozent Einsparung möglich. Unter optimalen Testbedingungen erreichte man im Leerlauf eine Kraftstoffersparnis von 41 Prozent.  Doch spürten die Entwicklungsingenieure bei hohen Lasten und niedrigen Drehzahlen Fahrzeugschwingungen. Dies gehört mittlerweile der Vergangenheit an.

Ohne Einbußen im Bereich Laufruhe und Geräuschentwicklung soll es auch beim Mercedes S 500 zugehen, wenn die Hälfte der Zylinder ruht. Mercedes-Benz setzt sogar weiter auf dieses System: Im Topmodell Maybach arbeitet ein V12-Triebwerk mit knapp sechs Litern Hubraum und Zylinderabschaltung im Teillastbereich. Marketingexperten stellen allerdings skeptisch die Frage, ob einem Maybach-Käufer, der für seinen 12-Zylinder-Traumwagen mehrere hunderttausend Mark hinblättert, temporär auch 6 Zylinder reichen?

 

 

Zylinderabschaltung – Update

In  den  Bereich  großvolumiger  V-Motoren  mit Zylinderabschaltung  reihte  sich  2003  auch  Honda  mit  einem  3,5l-V6-Motor ein, DaimlerChrysler 2004 mit einem 5,7l-V8-Motor und 2009 Bentley mit einem 6,75l-V8-Motor. 2011 brachte Mercedes-AMG  einen 5,5l-V8 Saugmotor auf den Markt. Jüngst wurden weitere Motoren mit Zylinderabschaltung von Audi (4l-V8) und VW (1,4l-I4) angekündigt, die schon bald auf den Markt kommen werden.

Historie: ESP auf dem Siegeszug

Die A-Klasse von Mercedes und der legendäre Elchtest haben ESP (Electronic Stability Program) zu einem hohen Bekanntheitsgrad verholfen. Mittlerweile hat die Robert Bosch GmbH das 1.000.000-ESP-System ausgeliefert. Jetzt veröffentlichte der Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) die ersten wissenschaftlichen Daten zum Verkehrssicherheitspotenzial von ESP und die Entwickler von Bosch erhielten sogar eine Auszeichnung für ihre Arbeit. ESP ist auf dem Siegeszug.

Verkehrssicherheitspotenzial wurde bewertet

Den höchstdotierten Technikerpreis Europas, den “Professor-Ferdinand-Porsche-Preis” der Technischen Universität Wien erhielten im Oktober 1999 der Niederländer Dr. Anton Theodor van Zanten und der Dipl. Ing. Armin Müller für die Entwicklung des ESP und dessen ersten Serieneinsatz in der Autoindustrie.

Van Zanten, Techniker bei Bosch, gelang es in Zusammenarbeit mit der DaimlerChrysIer AG auf Basis ABS und ASR ein komplexes Sicherheitssystem zu entwickeln. Dipl.Ing. Armin Müller lieferte bei DaimlerChrysIer den entscheidenden Beitrag für den erstmaligen Serieneinsatz von ESP in der Mercedes S-Klasse. Wir sprachen mit dem “Vater” des ESP.

Interview mit Herrn Anton Th. van Zanten, Abteilungsleiter Systementwicklung ESP bei der Robert Bosch GmbH

(1) Die Fahrdynamik umfasst das Verhalten Fahrer-Fahrzeug-Umwelt. Welche Grundlagen haben Sie genutzt um auf diesen teils “unsicheren” Faktoren ESP zu entwickeln?

Antwort: Das Verhalten des Fahrers wird wie folgt gemessen: Der Lenkradwinkelsensor ermittelt den Lenkwunsch des Fahrers, der Bremsdrucksensor den Bremswunsch und das Motormanagementsystem liefert die Information über den Antriebswunsch des Fahrers. ESP beurteilt nicht das Verhalten des Fahrers, sondern interpretiert seine Vorgaben zur optimalen Umsetzung in eine gewünschte Fahrzeugbewegung. Schätzalgorithmen im Steuergerät liefern Daten über die Fahrbahn, die bei der Berechnung des erforderlichen Giermoments und damit der notwendigen Reifenkräfte benötigt werden. Bei der Berechnung der Fahrzeugbewegung kommen neben modernen Schätztechniken, beispielsweise einen ´Beobachter´ für die Schätzung der Fahrzeugquerbewegung, auch physikalische Daten des Fahrzeugs zum tragen.

(2) Zu den “geschätzten” Werten: Sehen Sie Wege, diese Werte künftig beispielsweise direkt am Reifen abzunehmen?

Antwort: In der Kfz-Industrie wird momentan der Ansatz eines intelligenten Reifen diskutiert, mit dem es möglich sein soll, Reifenkräfte zu messen. Ob die Genauigkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit der Signale für die ESP-Regelung ausreicht, muss noch nachgewiesen werden. Die integrierte Intelligenz muss auch genormt werden, damit die Regelsysteme mit allen freigegebenen Reifen funktionieren. Da der Reifen ein Verschleißteil ist, wird zwangsläufig mit dem Reifen auch die integrierte Intelligenz ersetzt. Weiter gibt es noch andere Möglichkeiten, Reifenkräfte zu messen, zum Beispiel direkt an der Radachse.

(3) Der Gierwinkelsensor stellt in Aufbau und Messprinzip ein absolutes Novum im Automobilbau dar. Worin lag die Herausforderung?

Antwort: Den ersten Giergeschwindigkeitssensor haben wir teuer eingekauft. Dieser Sensor zeichnete sich durch folgende Vorzüge aus: Robustheit für den Kfz-Gebrauch, hohe Auflösung und Selbsttestfähigkeit. Allein über das Steuergerät prüft sich der Sensor 25 mal in der Sekunde selbst. Die große Herausforderung lag nun darin, die Kosten für den Sensor in den üblichen Bereich der Kosten für KFZ-Sensoren herunter zu bringen. In einem zweiten Schritt haben wir 1998 den ursprünglich feinmechanischen durch einen mikromechanischen Sensor ersetzt und damit die Kosten noch weiter gesenkt.

(4) Schwierigkeiten bereitet auch der schnelle Druckaufbau der Bremsflüssigkeit bei niedrigen Temperaturen. Wie haben Sie dieses Problem gelöst?

Antwort: Zum schnellen Druckaufbau haben wir anfänglich eine Vorladepumpe eingesetzt. Die Vorladepumpe ähnelt eine Zahnradpumpe und hat deshalb kein Einlassventil, weiter saugt sie direkt aus dem Vorratsbehälter, so dass der Strömungswiderstand im Ansaugtrakt minimal ist. Letztlich beliefert die Vorladepumpe die Rückförderpumpe des ESP-Hydroaggregats mit Bremsflüssigkeit, deren Druck etwa 15 bar beträgt, und den Bremsdruck in den Rädern auch bei Tieftemperaturen schnell aufbaut. Als Alternative zur Vorladepumpe wird heute auch der `smart Booster` eingesetzt. Durch Aktivierung des smart Boosters vom ESP aus gelangt die Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder mit dem gleichen Druck zur Rückförderpumpe.

(5) In der neuesten Generation des ESP entfallen die Vorladepumpe und die Ladekolbeneinheit. Wie viel Gewicht und Bauraum konnten Sie dadurch einsparen?

Antwort: Die Vorladepumpe hat ein Gewicht von etwa 2,5 Kilogramm und ein Boxvolumen von etwa 500 Kubikzentimeter. Die Ladekolbeneinheit etwa 1,5 Kilogramm und ein Boxvolumen von 300 Kubikzentimeter. Durch Reduzierung der Abmessungen des ESP-Hydroaggregats konnten wir in den letzten drei Jahren weitere Einsparungen erreichen: beim Gewicht 1 Kilogramm und beim Boxvolumen 700 Kubikzentimeter.

(6) Das erste in Serie gegangene ABS kam noch mit 4 Kilobyte ROM- und 128 Byte RAM-Speicher aus. Was benötigt das heutige ESP?

Antwort: Der erste ESP-Regler benötigte 48 KByte ROM und etwa 1000 Byte RAM. Durch Erweiterungen der Software ist der ROM-Bedarf auf ungefähr 128 KByte und der RAM-Bereich auf 4kByte gestiegen. Zur Abdeckung der verschiedenen Fahrzeugvarianten werden die Reglerdaten für jede Variante in ROM gespeichert. Der jetzige Rechner hat eine ROM-Größe von 256 KByte.

(7) Elektronik ist anfällig. Was passiert bei einer Fehlermeldung, wenn das ESP kurzzeitig nicht richtig funktioniert oder wenn es ganz versagt?

Antwort: Kurzzeitige Fehler, die vielleicht in Sensorsignalen durch äußere Einflüsse entstehen, können ausgefiltert werden ohne den Regler abzuschalten. Bei Fehlern anderer Kategorien wird je nach Fehlerart entschieden, welche Funktion noch beibehalten bleiben kann: bei Ausfall der Vorladepumpe beispielsweise muss ESP für den gesamten Bremsbereich weiterhin verfügbar sein, fällt die Rückförderpumpe des Hydroaggregats aus, bleibt die Betriebsbremse ohne Einschränkung erhalten, fällt ein Raddrehzahlsensor aus, dann bleibt die Elektronische Bremskraftverteilung noch erhalten.

(8) Wo und zu welchem Zeitpunkt kam Ihnen die Idee zu einer Fahrdynamikregelung mit Ziel ESP?

Antwort: Bereits 1972 habe ich in meiner Doktorarbeit an der Cornell Universität in Ithaca (USA) berechnet, wie die Brems- und Seitenführungskräfte verteilt sein müssen, damit das Fahrzeug einer vorgegebenen Spur optimal und mit optimaler Stabilität folgt. Bei Bosch konnte ich diese Gedanken 1983 wieder aufgreifen. 1985 fingen wir an, einen Algorithmus für die Vollbremsung, dem späteren ABS zu entwickeln, mit dem wir Seitenführungskräfte präzise schätzen und einstellen konnten. Es entstand ein neuer ABS-Regler: der Schlupfregler. 1988 haben wir den Schlupfregler in einen ´Fahrzeugregler` eingebettet, der die Bewegung durch eine genaue Einstellung des Reifenschlupfs an jedem Rad regeln konnte. Das war dann der Anfang des jetzigen ESP-Konzepts.

Vielen Dank für das Gespräch

Studie: Mehr Verkehrssicherheit mit ESP

Nach den Ergebnissen einer Studie der GDV-Unfallforschung ist von ESP ein entscheidender Schritt zu mehr Verkehrssicherheit zu erwarten. Bei einem Workshop im Bosch-Prüfzentrum Boxberg forderte Unfallforscher Professor Klaus Langwieder, Leiter des Instituts für Fahrzeugsicherheit im GDV (Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft), möglichst alle Fahrzeuge serienmäßig mit dem Fahrzeugstabilitätsprogramm ESP auszustatten. Dann lassen sich nicht nur gefährliche Schleuderunfälle reduzieren, sondern auch die Gefahr der Risikokompensation verringern (ESP gehört dann wie selbstverständlich zur normalen Ausstattung). Mit ESP lässt sich laut Langwieder “ein Sprung auf ein neues Niveau der Fahrsicherheit” erwarten: Mit 20 bis 25 Prozent haben Schleuderunfälle einen wesentlich höheren Anteil an Pkw-Unfällen mit schweren Verletzungsfolgen als bisher angenommen. Bei Unfällen mit tödlichen Verletzungen ist sogar von einem Anteil von mindestens 30 Prozent auszugehen. Das erhöhte Risiko, verletzt oder getötet zu werden, ist demnach darauf zurückzuführen, dass der Unfallverursacher oft in schwere Seitenkollisionen verwickelt wird.

Studie wertet 1000 Unfälle aus

Langwieders Erkenntnisse basieren auf der Unfallstudie RESIKO (REtrospektive Sicherheitsanalyse von Pkw-KOllisionen mit Schwerverletzten), in der umfangreiche Unfalldaten ausgewertet wurden. In der Analyse von Schadenakten aller deutschen Versicherungsgesellschaften wurden 15.000 Pkw/Pkw-Unfälle und 1.000 Pkw-Alleinunfälle unter die Lupe genommen. Aus diesem Material filterten die Experten alle Fälle mit schweren oder tödlichen Insassenverletzungen: 1.100 Pkw/Pkw- und 524 Pkw-Alleinunfälle. Dieses Material enthält somit Daten über Unfallverursacher und Beteiligte, über alle Altersgruppen und alle Pkw-Unfallarten.

Viele Alleinunfälle bei jungen Fahrern

40 bis 60 Prozent der Schleuderunfälle waren es Alleinunfällen, besonders häufig verursacht von jungen Fahrern. Bei Pkw/Pkw-Unfällen mit Personenschaden ist der Anteil der Schleuderunfälle etwa 12 %. Langwieder schätzt, dass mindestens 20 bis 25 % aller Unfälle so genannte Schleuderunfälle sind.

Weitere Untersuchungen zeigen, dass zudem der Anteil der Schleuderunfälle mit der Unfallschwere ansteigt: Bei tödlichen Unfällen ist mit einem Anteil von mindestens 30 %, möglicherweise sogar 40 %, zu rechnen.

Versicherer fordern Stabilitätsprogramm für alle Autos

Die Forderung nach einem serienmäßigen elektronischen Stabilitätsprogramm wird nach Langwieders Ansicht auch dadurch bestärkt, dass elektronische Fahrdynamikregler nicht nur die aktive Sicherheit verbessern, sondern auch einen Beitrag zur passiven Sicherheit liefern: Selbst wenn eine Kollision wegen der physikalischen Grenzen nicht mehr vermeidbar ist, so erhöht ESP zumindest die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit der Fahrzeugfront, da soweit möglich das Fahrzeug “auf Kurs” bleibt ohne quer zu schleudern.

ESP-Zukunft

ESP (Electronic Stability Program) ergänzt ABS und ASR mit weiteren Sensoren, die die Schleuderbewegungen des Wagens berechnen. Genau dosierte Bremsimpulse an einem oder mehreren Rädern und/oder ein verringertes Drehmoment korrigieren Fahrfehler wie auch Schleuderbewegungen. Die Stabilisierung erfolgt permanent. Nachdem ESP vor einigen Jahren in der Oberklasse für etwa 2.500 DM zu haben war, ist es derzeit schon für unter 1.000 DM in der Kompaktklasse zu finden. Mittlerweile hat Bosch mehr als eine Million ESP-Systeme produziert. Nach Ansicht der Boschexperten wird in etwa drei Jahren ESP auch in Kleinwagen einziehen.

Porsche-Preis für ESP-Entwickler

Zum elften Mal vergab die Technische Universität Wien den von Louise Piech, der Tochter Ferdinand Porsches, gestifteten Automobil-Technikerpreis. Der von der Porsche Holding (Salzburg) und der Porsche AG mit 50.000 DM dotierte “Ferdinand-Porsche-Preis” gilt als herausragende Auszeichnung für Techniker, deren technische Innovationen die Entwicklung des Automobils nachhaltig beeinflussten. Bisherige Preisträger entwickelten beispielsweise das ABS oder die Aluminium-Karosserie.

TU Wien vergibt Porsche-Preis

Der Preis wurde von Louise Piech zum Gedenken an ihren Vater Ferdinand Porsche gestiftet und 1979 erstmals verliehen. Nach ihrem Tod im vergangenen Februar übernahm ihr Sohn Ferdinand Piech den Vorsitz der Jury, zu der Porsche-Chef Wendelin Wiedeking und drei Professoren der TU. Die Verbindung der Familie Porsche und ihres Piech-Zweiges mit der TU Wien hat Tradition: Schon vor 80 Jahren ernannte die Technische Hochschule Wien Ferdinand Porsche zum Doktor der Technischen Wissenschaften, vor 15 Jahren erhielt Ferdinand Piech von der TU Wien den Doktortitel ehrenhalber verliehen.