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InnEngine Gegenläufer Wasserstoff range extender 11 Bilder

Innengine e-Rex : H2-1-Takter als Rangeextender

Innengine e-Rex Gegenkolbenmotor H2-Motor: 8 Kolben, 4 Zylinder, keine Kurbelwelle

In Spanien hat Innengine aus einem Jugendtraum einen funktionierenden Motor gemacht. Der Gegenkolbenmotor arbeitet als 1-Takter und kann bei Bedarf sogar Wasserstoff verbrennen.

Die Definition eines Zweitakters ist: Ein kompletter Umlauf, oder ein Arbeitsspiel währt einer Kurbelwellenumdrehung. Durch die im Vergleich zum Viertakter doppelt besetzten Takte zündet ein Zweitakter pro Umdrehung einmal, ein Viertakter braucht pro Zündung zwei Umdrehungen.

Der Gegenkolbenmotor von Innengine ist demnach ein 1-Takter, da er pro Arbeitsspiel nur eine halbe Umdrehung braucht, er zündet doppelt so oft wie der Zweitakter und mit dem Faktor 4 zum Viertakter. Der Brennraum ist nie leer, sondern zündet alle 180 Grad Kurbelwellenwinkel. Theoretisch, denn eigentlich hat der Rex-Motor gar keine Kurbelwelle.

Die Rettung des Verbrenners(?)

In unterhaltender Regelmäßigkeit taucht irgendwo ein Gegenkolbenmotor auf, der dann kurz als die Rettung des Verbrenners, des Hubkolbenmotors gilt. Das Problem dieser Konzepte: Sie nutzen alle weiterhin pro innenliegender Kolbenbank eine Kurbelwelle oder per Umlenkung eine einzige Kurbelwelle. Diese Bauform war vor allen in den 1930er- bis 1960er-Jahren beliebt als Schiffs- oder Flugzeugmotor und in den meisten Fällen als Zweitakter.

Im Gegenkolbenmotor teilen sich zwei Kolben einen Brennraum, die gegenläufig ihren Hub ausführen. Daher brauchen sie keine aufwändige Ventilsteuerung und so keinen Zylinderkopf, was den Hauptvorteil darstellt: Die Brennraumoberfläche ist vergleichsweise gering, was einen höheren Wirkungsgrad ergibt und eine sehr vollständige Spülung des Brennraums von Abgasen.

Zeitgleich ist das der größte Nachteil dieser Bauweise: Die Auslasssteuerung ist einer sehr hohen Abgastemperatur ausgesetzt. Allerdings glänzt der Motor mit einem sehr gleichmäßigen und hohen Drehmoment, das entgegen üblichen Zweitaktern über den Füllgrad bestimmt wird und noch über die Drehzahl. Der größte Nachteil ist die Baugröße des Gehäuses und die hohe mechanische Komplexität, da entweder zwei Kurbelwellen oder eine Umlenkung nötig ist, was dem Gegenkolbenmotor das Aus brachte. Und genau bei der Zahl der Kurbelwellen setzt der Innengine an.

8 Kolben, vier Zylinder, keine Kurbelwelle

Innengine setzt gar keine Kurbelwelle ein, sondern zwei Nockenscheiben. Auf sie wirken die Kolben direkt, indem sie in einer Führungsnut auf der Scheibe laufen und sie so drehen. Die beiden Scheiben drehen synchron, sind über eine innenliegende Welle verbunden und wirken so direkt auf die Antriebswelle. Da alle 8 Kolben ebenfalls synchron laufen und je zwei Brennräume um 180 Grad versetzt zünden, ergibt sich ein sehr gleichmäßiger Lauf. Dabei zündet jeder Brennraum pro Umdrehung zweimal.

Und das geht so: Die angesaugte Luft wird per Direkteinspritzung gezündet, die Kolben auf der Auslassseite geben auf dem Weg zum unteren Totpunkt Schlitze frei, über die das expandierte Gas entweicht. Der Unterdruck im Brennraum saugt auf Seite des Einlasses durch vom Kolben freigegebene Schlitze an. In dieser Zeit drehte sich die Nockenscheibe erst um 180 Grad. Beide Kolben verdichten auf dem Weg in Richtung oberer Totpunkt die Luft, Kraftstoff wird in Taschen in den Kolben direkt eingespritzt und gezündet. Die Nockenscheibe drehte zwischen diesen zwei Zündungen insgesamt nur einen Winkel von 360 Grad, was den 1-Takter als Prinzip ergibt.

Variable Verdichtung

Beim normalen Hubkolbenmotor ist die Verdichtung der goldene Schlüssel zum Wirkungsgrad: je höher, desto besser. Allerdings sind hohe Verdichtungsverhältnisse nur bei hohen und höchsten Drehzahlen besonders wirkungsvoll. Bei Teillast, also unvollständiger Füllung, liegt leider nie die maximale Verdichtung an. Entsprechend gab es viele Versuche, die Verdichtung variabel zu gestalten, Nissan hat ein entsprechendes, sehr aufwändiges Konzept erdacht und hat es im aktuellen Nissan Qashqai ePower in Serie gebracht. Innengine nutzt seinen aufwändigen, aber gleichermaßen einfachen Motoraufbau und kann die variable Verdichtung so umsetzen.

Dazu drehen die Spanier eine Nockenscheibe um einige Grad, verkürzen den Weg der Kolben zueinander – simulieren quasi ein längeres Pleuel -, verkleinern so den Brennraum und erhöhen die Verdichtung. Umgekehrt erhöhen sie die Ansaugzeit, wenn sie Scheibe zurückgedreht wird. Im Prinzip kombiniert Innengine eine variable Verdichtung mit einer variablen "Steuerzeit" des Einlasses.

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Rangeextender mit Wasserstoff

Innengine hat den e-Rex getauften Motor für den Einsatz im Auto konzipiert. Dort soll er als Rangeextender einen Generator antreiben. Und da bei der E-Rex und der E-Motor jeweils direkt eine Drehkraft erzeugen, kann diese Paarung sehr laufruhig Strom produzieren, nebenbei spart der Antrieb Gewicht und Bauraum. Eben dies führt Innegine als stärkste Argumente an. Der e-Rex soll um 55 Prozent kleiner und 70 Prozent leichter sein als vergleichbaren Verbrenner. Zusammen mit der Universität von Valencia arbeite man derzeit an der Euro-7-Norm. Durch die Direkteinspritzung ist zudem der Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff möglich.

Zum Vergleich: Der e-Rex mit 500 Kubik wiegt angeblich nur 35 Kilogramm und erzeugt laut Hersteller ungefähr die Kraft eines konventionellen Saugmotors mit 2,0 Liter Hubraum. Das heißt aber auch: Innengine möchte den Verbrenner in seiner aktuellen Form gar nicht retten, sondern die Elektrifizierung erleichtern. So könnten Rohstoffe für Batterien pro Auto gespart werden, da Reichweite über den Verbrenner generiert wird. Allerdings: Irgendwas muss der e-Rex verbrennen. Benzin und Wasserstoff liegen wirtschaftlich nah und ökologisch doch so fern.

Früher und heute im Flugzeug

Schon 1932 setzte Junkers einen Gegenkolbenmotor als Antrieb für ein Flugzeug ein. Hoher Wirkungsgrad und vibrationsarmer Lauf waren die gesuchten Eigenschaften. Innengine denkt ebenfalls in diese Richtung und hat den Rex-B-Motor bereits in der Erprobung. Aus 125 Kubik holt dieser Motor 21,5 PS bei nur 6.000 Touren und ist mit nur 3 bewegten Teilen – siehe DKW-Werbung aus den 1920er – einfach konstruiert.

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Fazit

Da ist er wieder, der Retter des Verbrenners. Der Hubkolbenmotor versteht es einfach, sich in exotischsten Bauformen am Huben zu halten. Wobei das Konzept von Innengine einige Nachteile des Gegenkolbenmotors sehr geschickt zu vermeiden weiß. Und der e-Rex möchte den Verbrenner gar nicht retten, sondern die Elektrifizierung erleichtern. Als Rangeextender mit wenigen, bis keinen Vibrationen bietet er mit geringem Gewicht Reichweite, wo sonst schwere Batterien nötig sind. Problem: Irgendwas muss der e-Rex verbrennen. Fossiles Benzin kann es nicht sein und grüner Wasserstoff ist derzeit noch schwer zu bekommen – damit hat Innengine das Problem mit dem raren oder dem nicht lokal emissionsfrei verbrennenden Energieträger.

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