Nissan STARC: Benzinmotor erreicht 50% thermischen Wirkungsgrad

Nissan strebt 50% thermischen Wirkungsgrad an

Die effizientesten Benzinmotoren erreichen heute einen thermischen Wirkungsgrad von 40%, wobei die meisten mehrere Prozentpunkte darunterliegen. Nissan erklärt jedoch, einen Prototyp eines Benzin-Verbrennungsmotors entwickelt zu haben, der 50% erreichen kann. Damit läge er sogar über Dieselmotoren, deren Wirkungsgrad sich zwischen 43-45% bewegt.

Ein hoher thermischer Wirkungsgrad beschreibt, wie gut die bei der chemischen Verbrennungsreaktion entstehende Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird. Er ist entscheidend, um Verbrauch und CO₂-Emissionen zu senken. Damit der hohe Wert von 50% erreicht werden kann, hat Nissan allerdings die Aufgabe des Verbrennungsmotors verändert.

Statt das Fahrzeug anzutreiben und dafür mit den Rädern verbunden zu sein, soll der Motor künftig ausschließlich als Generator dienen. Ohne Verbindung zu den Rädern erzeugt er Energie für einen elektrischen Fahrmotor.

Ein effizienterer Benzinmotor für Nissans Elektroantrieb

Dass Nissan diese Entwicklung im Zusammenhang mit seiner Hybridtechnologie e-POWER vorgestellt hat, überrascht daher nicht. Sie kommt bereits in Modellen wie dem Note zum Einsatz und soll auch die dritte Generation des Nissan Qashqai antreiben.

Wie bereits mehrfach erwähnt, sind die e-POWER-Modelle von Nissan im Grunde Elektrofahrzeuge. Die für den Betrieb benötigte elektrische Energie stammt jedoch nicht aus einer großen, schweren und teuren Batterie. Stattdessen übernimmt ein Verbrennungsmotor die Rolle des Generators. Eine Batterie ist zwar ebenfalls vorhanden, sie ist aber deutlich kleiner und speichert die vom Verbrennungsmotor erzeugte Energie.

STARC: der Motorprototyp

Wenn der Verbrennungsmotor nur noch als Generator arbeitet, lässt sich sein Betrieb auf den effizientesten Drehzahl- und Lastbereich beschränken. Das ist der erste Schritt zum thermischen Wirkungsgrad von 50%. Nissan zeigt nun im Rahmen der Entwicklung der nächsten e-POWER-Generation die weiteren Schritte zu diesem ambitionierten Ziel. Dabei ist bereits ein Motorprototyp namens STARC entstanden.

STARC ist ein Akronym für „stark, überschlagend und angemessen gestreckter robuster Zündkanal“ – auch mit dieser Beschreibung waren wir etwas ratlos … Laut Nissan lässt sich das sinngemäß etwa als „robuste, eigens gestaltete und erweiterte Zündkammer“ übersetzen.

Hinter der Bezeichnung steht vor allem die Arbeit der Nissan-Ingenieure an einer Beschleunigung der Einlassströmung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder während der Zündung. Dadurch soll ein stärker verdünntes Gemisch bei höherer Verdichtung vollständiger verbrennen können.

Bei einem Verbrennungsmotor, der für den Fahrzeugantrieb eingesetzt wird, ließ sich dies bisher nicht erreichen. Ein solcher Motor muss laufend auf wechselnde Last- und Leistungsanforderungen reagieren, etwa beim Beschleunigen, Verzögern oder an Steigungen. Deshalb sind Kompromisse bei seinen Betriebsparametern nötig, darunter die Strömung des Gemischs im Zylinder, der Zündzeitpunkt und das Verdichtungsverhältnis. Das beeinträchtigt seinen Wirkungsgrad.

Als Generator entfallen diese Hindernisse: Der Verbrennungsmotor arbeitet dann ausschließlich im idealen und deutlich engeren Drehzahl- und Lastbereich, in dem er am effizientesten ist. Schon dadurch lassen sich Verbrauch und Emissionen senken.

Erste Testergebnisse des Nissan STARC

Die ersten Entwicklungstests mit einem Mehrzylindermotor lieferten vielversprechende Ergebnisse. Mit einer Verdünnung durch Abgasrückführung mittels EGR-Ventil wurde ein Wirkungsgrad von 43% erreicht. Bei Verwendung eines mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs waren es 46%. Mager bedeutet hier, dass das Gemisch im Vergleich zu dem für eine vollständige Kraftstoffverbrennung idealen Verhältnis mehr Luft als Kraftstoff enthält.

Der neue STARC-Motor erreicht einen thermischen Wirkungsgrad von 50%, wenn diese Maßnahmen mit Technologien zur Rückgewinnung von Abwärme und einem Motorbetrieb bei konstanter Last und Drehzahl kombiniert werden. Bis zur Einführung dieses spezialisierten Verbrennungsmotors muss man allerdings noch etwas warten.