Zweitakter Reloaded

Früher als zu umweltschädlich verschrien, könnte die einstige Trabi-Antriebstechnik ein Comeback erleben – in neuer, spritsparender Form.

EcoMotors International, ein Start-up aus dem amerikanischen Michigan, verfolgt mit neuen Ideen einen alten Ansatz: Die Firma will den Zweitaktmotor wiederbeleben. Intern komplett überarbeitet soll die in Deutschland vor allem vom Trabi bekannte Antriebstechnik bis zu 45 Prozent effizienter laufen als herkömmliche Viertakter. Außerdem ist der "Zweitakter Reloaded" deutlich umweltschonender als früher.

Der Plan scheint anzukommen: EcoMotors erhielt kürzlich insgesamt 23,5 Millionen Dollar an Risikokapital von Microsoft-Gründer Bill Gates und dem renommierten IT-Kapitalgeber Khosla Ventures. Das Geld soll in die Entwicklung des sogenannten "Opposed Piston, Opposed Cylinder"-Motors (OPOC) fließen. Er nutzt zwei Kolbenbewegungen pro Zyklus statt vier – und jeder Zylinder enthält zwei sich gegenüber liegende Kolben statt nur einem. Eine einzelne Kurbelwelle sitzt zwischen den Zylinderpaaren. Das Design sei nur durch eine präzise, computergesteuerte Kontrolle der einzelnen Komponenten möglich, heißt es von EcoMotors.

Ein konventioneller Automotor benötigt vier Kolbenbewegungen oder auch Takte, um durch die einzelnen Stufen des Ansaugens, Verdichtens, Arbeitens und Ausstoßens zu gehen. Bei einem Zweitakt-Zyklus werden diese Stufen mit nur zwei Kolbenbewegungen erledigt, was den Arbeitshub pro Umdrehung verdoppelt und gleichzeitig Bauteile einspart. Das Problem: Zweitakter tendieren dazu, mehr unverbrannten Treibstoff in die Abgase zu entlassen – sie sind "Stinker". Auch aus diesem Grund setzten sich die Viertakter durch.

Der Einbau von zwei Kolben pro Zylinder beim OPOC bedeutet, dass jeder Kolben sich nur halb so weit bewegen muss wie in einem gewöhnlichen Zweitakter. Das erlaubt dem Motor eine höhere Geschwindigkeit. Das Einsparen der Hälfte der Bauteile eines konventionellen Motors sorgt zudem für weniger Reibung und Wärmeverluste. Außerdem fehlen beim OPOC unter anderem Zylinderköpfe und Ventilkomponenten und auch die Anzahl der Lager ist geringer. Zusammengenommen ergibt sich daraus eine "lange Liste aus Optimierungen im Rahmen von ein bis zwei Prozent", wie EcoMotors-Chef Don Runkle erklärt. Alles in allem komme man auf einen Effizienzgewinn von 15 Prozent.

Hinzu kommen verschiedene Techniken, die es erlauben, die Emissionen des Zweitakters zu verringern. So erlaubt ein elektrischer Turbolader eine variable Kompression, bei der der Ansaugdruck stets auf maximale Effizienz getrimmt wird. Außerdem öffnen sich Ansaug- und Ausstoßstutzen optimiert. Zu guter Letzt wird eine computergesteuerte Hochdruck-Einspritzung zur Ablaufverbesserung jedes Taktes genutzt. Ungewöhnlich seien diese Ideen in modernen Motoren zwar nicht, sagt Runkle. "Aber sie sind viel besser als das, was es gab, als früher mit Zweitaktern experimentiert wurde."

Der OPOC-Standardmotor besteht aus zwei Zylindern auf beiden Seiten der Kurbelwelle. Mehrere Motoren, Module genannt, lassen sich miteinander kombinieren, um die Effizienz eines Fahrzeugs um bis zu 45 Prozent zu steigern. Die Module lassen sich außerdem problemlos deaktivieren, wenn sie nicht gebraucht werden. Zentrales Element dabei ist eine elektrisch kontrollierte Kupplung. Moderne V8-Motoren bieten zwar bereits eine Zylinder-Deaktivierung, doch die Kolben drehen sich weiter, weil sie weiter an der Kurbelwelle hängen. Es entsteht ein sogenannter parasitärer Verlust.

Giorgio Rizzoni, Direktor des Zentrums für Automobilbauforschung an der Ohio State University, sieht im OPOC-Motor "eine Kombination aus verschiedenen Ideen, von denen keine absolut revolutionär" sei. Gegenkolbenmotoren sind für den Experten nichts Neues, so seien sie bereits in Flugzeugen und Motorrädern verbaut worden. Auch elektrische Turbolader seien eine vor Jahren erfolgte Entwicklung. Als interessant stelle sich aber die "Synthese alter Ideen" in Kombination mit dem Gegenkolbenmotor dar.

EcoMotors kann sich über fehlende Nachfrage jedenfalls nicht beklagen. Im Mai wurde ein 18 Millionen Dollar schwerer Entwicklungsvertrag mit dem chinesischen Automobilzulieferer Zhongding geschlossen. Die Firma aus Michigan ist aber nicht das einzige Start-up, das an verbesserten Verbrennungsmotoren arbeitet, die in den USA auch aufgrund strikterer Verbrauchsstandards stark nachgefragt werden. So interessiert sich etwa Achates Power aus San Diego ebenfalls für verbesserte Zweitakter. "Mitte der 90er Jahre hätte niemand geglaubt, dass die jemals die Schadstoffnormen erfüllen könnten", meint Firmenchef David Johnson.

Dave Hurst, leitender Analyst beim Energie-Marktforscher Pike Research, sieht die größte Herausforderung für die jungen Firmen darin, dass sie erst einmal Autohersteller überzeugen müssen, mit ihnen zu sprechen. Für die sind Motoren jedoch selbst eine Kernkompetenz, weswegen sie neue Technologien lieber inhouse entwickeln.

EcoMotors-Boss Runkle ficht das nicht an. Momentan arbeitet die Firma an einer Optimierung des Verbrennungsprozesses und der Emissionsanalyse. Zudem soll der Motor in allen möglichen Betriebszuständen auf seine Effizienz und Leistungsfähigkeit getestet werden. Ohne diese Daten werde man die Hersteller kaum überzeugen können, so Runkle.

Neben dem Verkauf von Produktionslizenzen will EcoMotors zumindest teilweise auch selbst Motoren bauen. Dazu hat die Firma 208 Millionen Dollar an Bürgschaften beim US-Energieministerum im Rahmen des Obama-Konjunkturprogrammes angefordert. In den nächsten zwei oder drei Jahren soll es losgehen. (bsc)