Split Cycle Motor

Der Split Cycle Motor ist ein Konzept, das eine Weiterentwicklung des weit verbreiteten Viertakt-Verbrennungsmotors möglich machen soll. Der Clou dieses Motors liegt dabei vor allem in der Arbeitsteilung der mindestens zwei Zylinder, statt einer zeitlichen Taktung wird also auf eine örtliche Taktung gesetzt. Dank dieser Arbeitsaufteilung zwischen den Zylindern soll der neuartige Verbrennungsmotor zukünftig Fahrzeuge sparsamen sowie sauberer machen. Das bekannteste Konzept für einen Split Cycle Motor stammt dabei sicherlich aus dem Hause der US-amerikanischen Scuderi Group.

Bereits seit dem Jahr 2001 entwickelt die Scuderi Group die Split Cycle Technologie. Zudem sollen auch bereits Verhandlungen mit einigen Automobilherstellern über den Serieneinsatz von Split Cycle Motors laufen. Split Cycle Motoren werden bereits seit dem Jahr 1914 konstruiert. Die damaligen Konstruktionen litten allerdings besonders unter zwei zentralen Problemen, nämlich einem geringen Volumenstrom einerseits sowie andererseits einem geringen thermischen Wirkungsgrad. Das Problem eines geringen Volumenstroms entstand durch Druckgas, welches sich im Verdichtungszylinder verfing. Dieses eingeschlossene Druckgas musste sich erst ausdehnen, bevor überhaupt wieder Luft in diesen Zylinder gesaugt werden konnte. So wurde die Luftpumpleistung des Motors stark reduziert, dies führte zu einem schwachen volumetrischen Wirkungsgrad.

Problematisch war allerdings auch, dass die früheren Konstruktionen niemals den thermischen Effizienzgrad eines herkömmlichen Motors erreichen konnten. Hier konnte sich das Kraftstoffgemisch während des Transfers über die Brückenverbindung in den zweiten Zylinder ausdehnen, es musste also vor der Zündung erst nochmal verdichtet werden. Dadurch wurde allerdings der Wirkungsgrad des Motors gesenkt, da für die erneute Verdichtung des Gemisches wiederrum Energie aufgebracht werden muss. Keine der zahlreichen Split Cycle-Konstruktionen konnte den Wirkungsrad oder aber die Leistung herkömmlicher Motoren erreichen. Prinzipiell lässt sich die Split Cycle Technik auf sämtliche Verbrennungsmotoren mit einer geraden Anzahl an Zylindern anwenden. Dabei soll der klassische Kreislauf eines Viertakt-Verbrennungsmotors örtlich geteilt werden, sodass der klassische ein Zylinder das Ansaugen und Verdichten übernimmt, während in dem zweiten Zylinder dann die Verbrennung sowie das anschließende Ausstoßen der Abgase stattfinden. Die beiden Zylinder hängen dabei an der gleichen Kurbelwelle, ein Arbeitstakt ist nach einer Umdrehung der Kurbelwelle beendet.

Dagegen benötigen die herkömmlichen Motoren bislang zwei Kurbelwellenumdrehungen für einen Arbeitstakt. Beim Split Cycle Motor werden die vier Takte des Ansaugens, Verdichtens, Arbeitens sowie Ausstoßens dagegen auf zwei separate Zylinder verteilt, die jedoch paarweise angeordnet sind. Dabei erfolgen im ersten Zylinder das Ansaugen sowie das Verdichten. Die dort verdichtete Luft wird dann mithilfe eines Überleitungskanals in den zweiten Zylinder geleitet, in welchem nun die nächsten beiden Arbeitsschritte, also Verbrennung und Ausstoß, stattfinden. Somit ergibt sich, genau wie bei einem Zweitakt-Motor, lediglich ein Arbeitstakt pro Kurbelwellenumdrehung. Durch die Aufteilung der verschiedenen Takte erreicht der Split Cycle Motor eine sehr hohe Kompression sowie Atomisierung des Luft-Benzingemisches, sodass dabei eine effiziente Zündung erst nach dem oberen Totpunkt möglich wird. Diese erst nach dem oberen Totpunkt erfolgende Zündung soll dabei zu einem um 80 Prozent geringeren Ausstoß von Stickoxid führen. Das stark verdichtete Gemisch soll deutlich sauberer sowie effizienter als gewöhnlich verbrennen.

Bei einem Split Cycle Motor soll ein Wirkungsgrad von über 40 Prozent erreicht werden, was dem Wirkungsgrad eines sehr effizient aufgeladenen direkteinspritzenden Dieselmotors entspricht. Der Clou des gesamten Systems besteht also vor allem darin, dass die jeweiligen Zylinder für ihre jeweiligen Aufgaben, die sie zu erfüllen haben, optimal ausgelegt werden können. Ein enormer Vorteil der extrem verdichteten Luft besteht darin, dass sobald diese in den zweiten Zylinder des Motors gelangt ist, in ihr der Kraftstoff erst nach dem oberen Totpunkt des Kolbens gezündet werden kann. Dadurch muss der Kolben bei einem Split Cycle Motor im Gegensatz zu herkömmlichen Motoren niemals gegen den Verbrennungsdruck arbeiten. Dagegen wird das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in allen herkömmlichen Motoren immer bereits einen kurzen Moment vor dem Erreichen des oberen Totpunktes gezündet. In diesem Punkt lässt sich auch der wesentliche Unterschied zwischen einem Split Cycle Motor sowie einem herkömmlichen Ottomotor festmachen. Bei einem herkömmlichen Ottomotor findet die Zündung stets kurz vor dem oberen Totpunkt statt, der Kolben muss hier somit also auch immer gegen einen gewissen Widerstand arbeiten. Der Kolben muss also einen kurzen Teil seines Weges gegen den explodierenden Gasdruck zurücklegen, wodurch natürlich viel Energie verloren geht. Allerdings bewirkt die verspätete Zündung des Split Cycle Motors andererseits auch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades.

Ein erhebliches Problem der Split Cycle Konstruktion ist der niedrige thermische Wirkungsgrad. Dieser thermische Wirkungsgrad war bei Split Cycle Motoren stets erheblich niedriger als bei den herkömmlichen Otto-Motoren. Die Split Cycle Technik lässt sich schließlich auch mit nur geringem Aufwand zu einer Druckluft-Hybrid-Maschine weiterentwickeln, indem zwischen den beiden Zylindern einfach ein permanenter Speicher für die Druckluft installiert wird. Hierfür muss die Druckluft, die sowohl bei der Arbeit des Motors als auch beim Bremsen entsteht, in einem solchen Tank gespeichert werden. Durch diese gespeicherte Druckluft kann das Fahrzeug dann zumindest für einige Momente ganz ohne Brennstoffverbrauch angetrieben werden. Die gespeicherte Druckluft wird zu einer zusätzlichen Kraftquelle, die den Wirkungsgrad des Motors nochmals erhöht. Durch ihre Spezialisierung können die beiden benötigten Zylinder zudem auch besonders spritsparend ausgelegt werden. Insgesamt rechnen die Entwickler des Split Cycle Motors mit Verbrauchseinsparungen von bis zu 50 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Motoren, da die Technik auch noch mit Turbo- sowie Kompressoraufladung kombiniert werden kann. Zudem kann die Verbrennung auch hinsichtlich der Vermeidung von Schadstoffen optimiert werden.

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