Aller guten Dinge sind drei

DREIZYLINDER Parallel zum Elektromotor werden noch lange Hybridsysteme – und somit auch Verbrennungsmotoren – unsere Autos antreiben. Eine wichtige Rolle wird dabei der Dreizylindermotor spielen.

Der Dreizylinder-Ottomotor erlebte in der jüngeren Vergangenheit einen beachtlichen Aufschwung. In Verbindung mit Turboaufladung erreichte er bemerkenswerte Leistungswerte, gleichzeitig glänzte er im NEFZ-Normtest mit niedrigen CO2-Emis­sionen. Da zur Absolvierung des ehemaligen Normtests aber nur geringe Motorleistungen notwendig waren, entstand ein grosser Unterschied zwischen Rollenprüfstand und Alltagseinsatz. Auf der Strasse waren die Verbrauchswerte eher enttäuschend. Das bedeutet, dass für Neuentwicklungen mit diesem Konzept ein deutlich grösserer Aufwand betrieben werden muss, um die WLTP-Vorgaben zu erfüllen. Trotzdem: Gleich mehrere Hersteller zählen weiter auf die Zylinderzahl drei und präsentieren Neuentwicklungen. Zum Beispiel Ford, Hyundai, Toyota und – mit Diesel – GM.

Boosten auf Eco-Basis
Ford will in der zweiten Generation des Einliter-­Ecoboost-Motors mit variablen Ventilsteuerzeiten und Turbolader mit variabler Geometrie im gesamten Kennfeld den stöchiometrischen Betrieb ermöglichen. Das sorgt für grosse Vorteile bei Verbrauch und Schadstoffemissionen. Auf der Basis des serienmässigen 1.5-Liter-Ecoboost-Dreizylinders erproben die Ford-Ingenieure nun neue Techniklösungen. Um mit einer höheren Verdichtung und damit grösseren Spitzendrücken arbeiten zu können, wurde das Basisaggregat bezüglich Strukturfestigkeit optimiert. Zudem passte man das Kühlsystem an, um die Klopfempfindlichkeit zu reduzieren. Schliesslich ermöglicht nun das Zusammenwirken von hoher Verdichtung, erhöhter Variabilität der Ventilsteuerzeiten und einem VTG-Lader den durchgehenden Lambda-1-Betrieb – und Maximalleistungen von bis zu 220 kW.

Variable Ventilsteuerung CVVD im Smartstream-Motor von Hyundai.

Mit Miller-Zyklus
Auch Hyundai will Verbrauch und Abgasqualität mit einer Dreizylinder-Neukonstruktion verbessern. Wie Chul-Ho Yu in einem Referat für das Wiener Motorensymposium festhielt, soll die Smartstream-Technologie mit dem Einliter-Ottomotor in die kleinste Hubraumklasse übertragen werden. Charakteristisch für den Turbomotor sind die optimierte Ventilsteuerung CVVD (Continuously Variable Valve Duration), die Niederdruck-Abgasrückführung und das Thermomanagement. Mit CVVD werden auf der Einlassseite Phase und Dauer, auf der Auslass­seite die Phase der Ventilöffnung variabel angepasst. So kann in bestimmten Betriebsbereichen mit Miller-Zyklus gearbeitet werden. Durch die Kombination der drei Technologien lässt sich eine deutliche Wirkungsgradverbesserung erzielen. Die Benzindirekteinspritzung mit auf 350 bar erhöhtem Maximaldruck optimiert die Gemischhomogenität und reduziert den Partikelausstoss.

Allein oder mit E-Maschine
Für den neuen Yaris hat Toyota einen 1.5-Liter-­Dreizylinder-Saugmotor entwickelt. Mit variabler Nockenwellenverstellung und Atkinson-Zyklus erreicht das Aggregat einen Wirkungsgrad von bis zu 40 Prozent und senkt damit die CO2-Emissionen signifikant. Der im polnischen Werk Jelcz-Lasowice gefertigte Motor kann allein (M15A-FKS, 92 kW, 153 Nm) oder in Verbindung mit einem Hybridsystem (M15A-FXE, 68 kW, 120 Nm) eingesetzt werden. Typisch für das langhubige Triebwerk sind das 200-bar-Direkteinspritzsystem, das optimierte Kühlsystem, die neu ausgelegte Abgasrückführung und die Verringerung der Reibungsverluste. In der Hybridkonfiguration mit FXE-Motor erzielte ein Prototypfahrzeug im Vergleich zum aktuellen Modell eine um 15 Prozent bessere Beschleunigung von 0 auf 100 km/h und einen um mehr als 20 Prozent niedrigeren Benzinverbrauch.

Chance für den Diesel
Heute stehen die Chancen für Dieselmotoren in kleinen Fahrzeugen eher schlecht, denn die Abgasentgiftung wird teuer in diesem Segment, in dem buchstäblich jeder Rappen zählt. Trotzdem stellte Roberto Golisano von General Motors Global Propulsion Systems Torino beim virtuellen Wiener Symposium einen neuen Dreizylinder-Turbodiesel vor, der im Opel Astra zum Einsatz kommen wird. Ganz neu ist dieses Konzept jedoch nicht: Einen Einliter-Selbstzünder brachte Daihatsu schon 1983 auf die Strasse. Im kleinen Charade lieferte das Motörchen 60 Nm und 38 PS. Nach dem Auslaufen der Modellgeneration verschwand die Dieselmotorisierung jedoch aus dem Programm.

Wie im grossen Dreiliter-V6, der 2019 in Wien vorgestellt worden ist, setzt GM im neuen Aluminium-Dreizylinder wieder auf ein Zylindervolumen von 0.5 Litern und eine langhubige Auslegung (84 × 90 mm). Der im Verhältnis 15.5:1 verdichtete Diesel arbeitet mit Einspritzdrücken von bis zu 2000 bar, liefert dank VTG-Turboladers ein Höchstdrehmoment von 300 Nm und eine Maximalleistung von 90 kW. Im Vergleich mit dem 1.6-Liter-Vierzylinder-Vorgänger kommt der Dreizylinder mit 20 Prozent weniger Treibstoff aus. Für EU-6d-konforme Abgasqualität sorgen die Nieder- und Hochdruck-Abgasrückführungssysteme sowie ein Oxidationskatalysator, ein Partikelfilter, zwei passive SCR-Kat-Systeme und ein Ammo­niak-Oxidationskat.

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