Kleinstdiesel als Federgewicht

Die Dr. Schrick GmbH, Remscheid, hat einen Zweizylinder-DI-Diesel entwickelt, der sich seiner hohen Leistung und seines geringen Gewichts wegen für viele Anwendungen eignen würde. Vorerst ist er militärischen Zwecken vorbehalten. Von Christian Bartsch

Bisher war der von DaimlerChrysler entwickelte Dreizylinder des Smart mit 0,8 L Hubraum der kleinste moderne DI-Diesel für Fahrzeugantriebe. Der kürzlich präsentierte Zweizylinder DI-Diesel der Dr. Schrick GmbH ist vorerst für unbemannte Flugobjekte vorgesehen, würde sich aber mit Sicherheit auch für andere Antriebe eignen. Aus dem von Ferdinand Piech vorgestellten Einliter-Prototyp mit einem Gewicht von nur 280 kg würde er wahrscheinlich eine reissende Bestie machen.

Der Turbolader presst die Luft mit bis zu 2,7 bar in die Zylinderchen. Maximale Drehzahl 270 000/min.

Kleindiesel sind rar
Kleine Dieselmotoren gab es bisher nur als Ein- oder Zweizylinder-Stationärmotoren. Ihre Leistungen waren und sind bescheiden, dafür sollen sie selbst bei miserabler Pflege drei Ewigkeiten lang halten. Beim Auto hat es bisher nur DaimlerChrysler gewagt, für den Smart bis 0,8 L Hubraum bei drei Zylindern herunterzugehen, während sich VW beim Lupo 3L mit 1,2 L zufrieden gab.

Die Diesel für Lupo und Smart sind wassergekühlt, während stationäre Diesel bei geringer Leistung auch luftgekühlt zu haben sind. Sie sind Langsamläufer, während die Diesel von Lupo und Smart ihre höchste Leistung wie üblich bei etwa 4000 Umdrehungen pro Minute erreichen.

Als Schrick den Auftrag erhielt, einen kleinen Diesel für eine Drohne (unbemanntes Aufklärungsflugzeug) zu entwickeln, waren die Vorgaben entmutigend. Geringstes Gewicht bei geringsten Abmessungen, Luftkühlung und hohe Leistung - sowie hohe Drehzahlen, für die sich das Dieselverfahren nicht eignet. Dennoch stürzten sich die Ingenieure mit Begeisterung auf diese schier unlösbare Aufgabe. Schrick-Ingenieur Walter Stumpf stellte vor einem Jahr beim Kleinmotoren-Symposium in Offenburg die erste Entwicklungsstufe nach dreijähriger Arbeit vor. Inzwischen gingen die Arbeiten weiter, und aus den damals noch 27 kg Gewicht sind die angestrebten 24 kg geworden. Mit 0,7 kg/kW dürfte dies mit Abstand der weltweit einzige Diesel mit einem derartig fantastischen Leistungsgewicht sein.

Diesel in der Luft
Als Hugo Junkers in Dessau im Jahr 1929 den ersten serienreifen Flugdiesel der Welt vorstellte, war das eine Sensation. Eine zweite war die Nachricht, dass man die Motoren als Zweitakt-Gegenkolbenkonstruktion ausgeführt hatte. Dagegen konnte nicht mehr überraschen, dass sie märchenhaft sparsam waren, sodass nur sie für Langstreckenflugzeuge infrage kamen. Als die Entwicklung 1944 endete, betrug der spezifische Verbrauch im Bestpunkt nur noch 218 g/kWh - ein Wert, mit dem sich die Motoren auch heute noch dem Wettbewerb stellen könnten.

In jüngster Zeit scheint der Diesel unter bestimmten Umständen auch für Luftfahrzeuge wieder aktuell zu werden. Die Nato will nämlich alle Verbrennungsmotoren für Boden- und Luftfahrzeuge auf Kerosinbetrieb umstellen, um alle mit dem gleichen Treibstoff versorgen zu können. Kerosin ist ein etwas leichterer Dieselkraftstoff mit etwas höherem Heizwert und wird in den modernen Gasturbinen der Flugzeuge und der Helikopter verbrannt.

Wie Dieselkraftstoff ist Kerosin in der Handhabung wegen seiner hohen Siedetemperatur sehr sicher, weil es sich im Vergleich zu Benzin an der Luft bei Normaltemperatur nur sehr schwer entzündet. Andererseits lässt es sich problemlos in Dieselmotoren verwenden, die dazu nicht einmal verändert werden müssen. Wenn heute also ein neuer Kleinmotor für militärische Anwendung entwickelt wird, muss er mit Dieseltreibstoff funktionieren. Bei Schrick entstand ein luftgekühlter Zweizylinder Viertaktdiesel in V-Form mit einem Zylinderwinkel von 90 Grad, der bei einem Hubraum von 0,6 L 24 kg wiegt. Er leistet 34 kW (46 PS) bei 6000/min, wird durch einen Abgasturbolader mit Ladeluftkühler aufgeladen (max. Ladedruck 2,7 bar, max. Drehzahl des Turboladers 270 000/min) und arbeitet mit direkter Einspritzung. Mit Abmessungen von 435/400/360 mm für Länge/Breite/Höhe passt er bequem in jedes Motorrad und ist für zahlreiche andere Anwendung zu gebrauchen, vom Stromaggregat bis zum Aussenborder und Kleinflugzeug, ganz zu schweigen vom Antrieb eines superleichten Autos. Allerdings würde jede neue Anwendung eine erhebliche überarbeitung des Motors voraussetzen.

Die Zylinder mit Nikasil-Beschichtung und die angegossenen Zylinderköpfe (Sackzylinder) bestehen ebenso aus Aluminium wie das im Feingussverfahren hergestellte dünnwandige Kurbelgehäuse. Um die vorgeschriebenen Aussenabmessungen einzuhalten, verzichtete man auf oben liegende Nockenwellen und treibt die Ventile von der zentralen Nockenwelle über Stösselstangen und Kipphebel an. Dieser «altmodische» Ventiltrieb ist bis 10 000/min drehzahlfest.

Made in Switzerland
Für die Einspritzung entwickelte Christian Käfer von der schweizerischen Duap AG miniaturisierte Einzelpumpen und Einspritzventile (Pumpe-Leitung-Düse) da die Serienteile von Bosch zu gross waren. Das Gewicht der Einspritzpumpen sank dadurch von 700 (Bosch Serie) auf 300 g. Derzeit wird nur mit maximal 915 bar eingespritzt. Die Düsen besitzen fünf Spritzlöcher mit einem Durchmesser von

0,2 mm, die Kolben werden von unten mit Spritzöl gekühlt und besitzen Brennraummulden ähnlich denen der Automobildiesel. Sehr kurze Titanpleuel und eine bis an die Grenze des Möglichen hohl gebohrte Kurbelwelle tragen wesentlich zur Gewichtseinsparung bei. Auch der Hub von nur 66 mm bei einer Zylinderbohrung von 76 mm wurde durch die knappen Aussenabmessungen erzwungen. Völlig überraschend die mit 6000/min für einen Diesel mit direkter Einspritzung extrem hohe Nenndrehzahl, denn die modernen Diesel der Personenwagen erreichen ihre höchste Leistung bereits bei 4000/min. Die beiden Ventile je Zylinder hängen nicht parallel nebeneinander, sondern wurden in leichter V-Form angeordnet. Dadurch musste auch der Kolbenboden leicht ballig ausgeführt werden. Bei der Wahl von nur zwei Ventilen pro Zylinder stand wieder die Gewichtseinsparung Pate, ausserdem sorgt der Abgasturbolader über spezielle Drallkanäle für gute Füllung.

Warum ausgerechnet die Dr. Schrick GmbH den Auftrag zur Entwicklung eines solchen Kleindiesels erhielt, ist leicht zu erklären. Firmengründer Peter Schrick erwarb sich mit «heissen» Nockenwellen für Sport- und Rennmotoren einen legendären Ruf. Inzwischen besitzt das Unternehmen 170 Mitarbeiter und ist ein von der Automobilindustrie gesuchter Entwicklungspartner für Motoren und Komponenten. Zunächst aber dürften sich zahlreiche Interessenten für den kleinen und extrem leichten Diesel vor der Schrick-Haustür drängeln, denn Vergleichbares ist nirgendwo in Sicht. Derzeit ist nicht daran gedacht, den Motor auf Wasserkühlung umzubauen. Möglich wäre aber auch eine Verdoppelung als V4 - und damit wäre er auch für normale kleine Automobile interessant.

Auch fürs Automobil?
66 kW/90 PS aus 1,2 L Hubraum - wäre das nicht eine reizvolle Aufgabe? Man stelle sich vor, dass solch ein Motor vielleicht nur 50 kg wiegt - allerdings ohne die fürs Auto notwendigen Nebenaggregate einschliesslich der Abgasanlage. Die spielt für ein unbemanntes Luftfahrzeug so wenig eine Rolle wie der spezifische Verbrauch und die Abgaszusammensetzung. Derzeit reicht es aus, dass der Motor keine sichtbare schwarze Fahne hinter sich her zieht. Der spezifische Verbrauch bleibt «unterhalb» von 300 g/kWh, ist also rund ein Drittel höher als bei modernen Pkw-Motoren. Dennoch unterschreitet der Motor die Vorgaben der zuständigen Behörden erheblich.