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Downsizing von Verbrennungsmotoren

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Definition: die Verkleinerung von Verbrennungsmotoren, meist ohne Verlust an Leistung

Englisch: downsizing of engines

Kategorie: Kraftmaschinen und Kraftwerke

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 30.05.2015; letzte Änderung: 31.01.2016

Mit dem Downsizing z. B. von Verbrennungsmotoren ist die Reduktion ihrer Größe und ihres Gewichts gemeint, und zwar häufig auf eine Weise, die einen Verlust an Antriebsleistung vermeidet. Dies ist vor allem bei Motoren für den Antrieb von Fahrzeugen von Interesse, und zwar aus den folgenden Gründen:

Vor allem die Reduktion des Kraftstoffverbrauchs durch Downsizing kann erheblich sein.

Das Downsizing kann also vor allem eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und damit auch der klimaschädlichen CO2-Emissionen ermöglichen. Eine Reduktion der Herstellungskosten erfolgt jedoch trotz reduziertem Materialeinsatz nicht unbedingt; Maßnahmen für Erzielung der gleichen Leistung aus kleinerem Hubraum können das Antriebssystem sogar verteuern.

Bei stationären Verbrennungsmotoren wird das Downsizing kaum praktiziert, da hier die spezifischen Vorteile geringer sind. Ähnliches gilt für Elektromotoren; bei diesen gibt es häufig sogar einen Kompromiss zwischen möglichst geringer Baugröße und einem möglichst hohen Wirkungsgrad.

Technische Maßnahmen für das Downsizing

Das Downsizing ohne Leistungsverlust, also die Erhöhung der hubraumspezifischen Leistung, kann durch unterschiedliche Maßnahmen erzielt werden, von denen die wichtigsten im Folgenden genannt werden:

Eine Vielzahl technischer Maßnahmen kann die hubraumspezifische Leistung erhöhen – meist freilich mit einem deutlich vergrößerten technischen Aufwand.

Es können auch Maßnahmen eingesetzt werden, die die spezifische Leistung des Motors nur kurzzeitig erhöhen können, beispielsweise weil sonst Belastungsgrenzen überschritten würden. Eine kurzzeitige Leistungserhöhung ist nämlich häufig für die Anwendung völlig ausreichend, beispielsweise für Überholmanöver. Eine Sonderform dieses Ansatzes ist die Verwendung von Energie aus einer Batterie im Falle eines Hybridantriebs.

Mögliche Nachteile des Downsizing

Je nachdem, auf welche Weise die hubraumspezifische Leistung eines Motors erhöht wird, können auch gewisse Nachteile auftreten:

Wenn das Downsizing mit einer gewissen Reduktion der Motorleistung einhergeht, sind weitere Nachteile möglich:

Gute Verbrauchs- und Abgaswerte gemäß offiziellen Messverfahren bedeuten nicht unbedingt Vorteile im Praxisbetrieb!

Wie genau sich das Downsizing auswirkt, hängt letztendlich auch von den Prioritäten des Herstellers ab.

Inwieweit solche Nachteile auftreten, hängt natürlich stark von den Prioritäten bei der Gestaltung des Antriebs ab. Beispielsweise treten entsprechende Nachteile in höherem Maße auf, wenn ein Hersteller prioritär die Kosten minimiert und deswegen die Volllastanreicherung nur insoweit vermeidet, wie es zur Einhaltung der Vorschriften nötig ist, auf den praktischen Fahrbetrieb hingegen keine Rücksicht nimmt.

Es sei auch angemerkt, dass Downsizing nicht zwangsläufig die Energieeffizienz erhöht, und dass umgekehrt auch manche Verfahren zur Erhöhung der Effizienz den Motor sogar eher vergrößern. Beispielsweise gilt dies für die Realisierung eines sogenannten Atkinson-Motors und ebenfalls für die Verwendung von Dieselmotoren anstelle von Ottomotoren.

Optimierung aus ökonomischer und ökologischer Sicht

Das Downsizing unter Inkaufnahme einer reduzierten Motorleistung würde eine wesentlich stärkere Reduktion von Kraftstoffverbrauch und Klimabelastung ermöglichen.

Wenn Kraftfahrzeuge überwiegend nach ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten optimiert würden, würde daraus gegenüber heute üblichen Fahrzeugen ein erhebliches Downsizing resultieren, und zwar unter Inkaufnahme einer erheblich reduzierten Motorleistung. Der Antrieb würde dann so ausgeführt, dass bei einer Fahrgeschwindigkeit von z. B. 120 km/h bereits der wirkungsgradoptimale effektive Mitteldruck im Motor auftreten würde, d. h. dass ein Großteil der verfügbaren Leistung abgerufen würde. Bei heutigen Fahrzeugen dagegen ist der Motor beispielsweise bei einer konstanten Geschwindigkeit von 100 km/h (und erst recht bei niedrigeren Geschwindigkeiten) selbst bei Wahl eines relativ hohen Getriebegangs unzureichend ausgelastet, sodass er seinen maximalen Wirkungsgrad nicht annähernd erreicht.

Der beschriebene Ansatz hätte freilich zur Folge, dass wesentlich höhere Spitzengeschwindigkeiten nicht mehr möglich wären und dass das Beschleunigungsvermögen spürbar geringer wäre. Vor allem letzterer Effekt könnte freilich dadurch reduziert werden, dass die durch das Downsizing mögliche Gewichtsersparnis bei Motor und anderen Komponenten des Fahrzeugs konsequent realisiert würde. Die Bedeutung der reduzierten Spitzengeschwindigkeit wäre ohnehin geringer – in fast allen Ländern der Erde gibt es schließlich ein generelles Tempolimit auf Autobahnen, welches die technisch mögliche Spitzengeschwindigkeit irrelevant macht.

Siehe auch: Verbrennungsmotor, Hubraum, Turboaufladung, Kraftstoffeinspritzung, Volllastanreicherung
sowie andere Artikel in der Kategorie Kraftmaschinen und Kraftwerke

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