The article discusses various innovative concepts from major car manufacturers aiming to revolutionize the internal combustion engine (ICE). These concepts focus on improving efficiency, reducing emissions, and exploring alternative fuels to address the growing trend toward electric mobility.
Ferrari patented a V12 engine with oval pistons and a unique connecting rod design, aiming for a more compact engine layout potentially beneficial for mid-engine or hybrid setups.
Porsche's patented six-stroke engine employs a unique crankshaft mechanism and a planetary gear system to achieve a more efficient combustion process, potentially enabling use with e-fuels or hydrogen.
Nissan patented an ICE with a predominantly carbon fiber housing, aiming for weight reduction and improved stiffness. The design incorporates a coolant channel between the metal cylinder and the carbon casing to manage heat.
Ferrari submitted a patent for a hybrid drive system featuring an upside-down hydrogen combustion engine coupled with an electric motor. This layout aims for a shorter vehicle design despite the higher center of gravity.
BMW developed a pre-chamber combustion technology for gasoline engines, leveraging a proven diesel engine concept to enhance efficiency and reduce emissions.
Mazda patented a supercharged two-stroke engine with variable valve control, offering advantages in torque and smoothness but facing challenges regarding emissions regulations.
Mazda's patent combines its Wankel rotary engine with a modern range extender, demonstrating a practical application of this older technology in the MX-30 e-Skyactiv R-EV.
Der Verbrennungsmotor – lange Zeit das Herzstück des Automobilbaus – steht zunehmend im Spannungsfeld zwischen Tradition und Zukunft. Während sich die Welt immer stärker in Richtung Elektromobilität bewegt, suchen viele Hersteller nach Wegen, den klassischen Verbrenner zu erhalten und gleichzeitig umweltfreundlicher zu gestalten. Die Technologie ist nicht nur aus technischer Sicht faszinierend, sondern auch aus der Perspektive der Nachhaltigkeit. Hersteller wie Ferrari, Porsche und BMW arbeiten an innovativen Lösungen, die den Verbrennungsmotor effizienter und emissionsärmer machen. Dabei setzen sie auf unkonventionelle Ansätze, von neuen Kolbenformen über Wasserstofftechnologien bis hin zu revolutionären Verbrennungsmotoren mit mehreren Zündphasen. In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf sieben spannende Konzepte, die den Verbrennungsmotor von morgen prägen könnten.
Ein aktuelles Beispiel kommt aus Italien. Ferrari hat Anfang des Jahres beim Europäischen Patentamt ein Patent für einen Verbrenner mit ungewöhnlicher Kolbenform angemeldet. Es geht um einen V12-Motor mit Langlochkolben. Doch so neu ist die Idee auch wieder nicht. Schon Honda setzte im Jahr 1979 in Rennmotorrädern ovalförmige Kolben ein. Allerdings verliefen die Langlöcher damals parallel zur Kurbelwelle und benötigten zwei Pleuel pro Kolben.
Ferraris Design hingegen orientiert die Langlöcher senkrecht zur Kurbelwelle, was eine kompaktere Motorbauweise ermöglicht. Zusätzlich reicht ein Pleuel pro Zylinder völlig aus. Außerdem setzt Ferrari Anlenkpleuel ein, bei denen Haupt- und Nebenpleuel ein gemeinsames Lager nutzen, um den Versatz der Zylinderreihen zu vermeiden und den Motor noch kürzer zu gestalten. Diese kompakte Bauweise könnte insbesondere für Mittelmotor-Layouts oder Hybridantriebe vorteilhaft sein. Ob Ferrari diesen innovativen Motor in Serie produzieren wird, ist derzeit noch unklar.
Die Ingenieure von Porsche sorgten hingegen mit einer ganz anderen Konstruktion für Aufsehen. Ihr Patent aus dem Jahr 2024 hat keine vier, sondern "zweimal drei Takte". Der Motor nutzt einen einzigartigen Kurbelwellen-Mechanismus. Er führt pro Zyklus zwei Dreitakt-Prozesse durch, wobei ein vollständiger Zyklus drei Kurbelwellenumdrehungen (1.080 Grad) benötigt. Die sechs Takte gliedern sich in: 1. Ansaugung, 2. Komprimierung, 3. Arbeit, 4. Komprimierung, 5. Arbeit, 6. Auspuff.
Ein zentrales Element ist die spezielle Anordnung der Kolben, die über Pleuel mit einem Planetenrad verbunden sind, welches in einen mit der Kurbelwelle gekoppelten Ring eingreift. Dieses Design ermöglicht es dem Kolben, verschiedene obere und untere Totpunkte zu erreichen. Zudem verfügt der Zylinder über Spülöffnungen und konventionelle Ventile zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemischs und der Abgase. Das System beinhaltet Mechanismen für ein variables Kompressionsverhältnis zur Optimierung des Verbrennungsprozesses. Für einen gleichmäßigen Motorlauf sollte die Zylinderanzahl ein Vielfaches von drei sein, was auf eine mögliche Anwendung in einem Sechszylinder-Motor, wie im Porsche 911, hindeutet. Denkbar wäre also, dass Porsche den Verbrenner mit dem neuen Prinzip ins E-Fuel- und Wasserstoff-Zeitalter retten will.
Während die beiden ersten Beispiele die Technik der Motoren verändern, setzen die Japaner auf ein anderes Material. Nissan reichte ebenfalls 2024 ein Patent für einen Verbrennungsmotor ein, dessen Gehäuse überwiegend aus Carbon besteht. Dieses Leichtbaumaterial reduziert das Motorgewicht und verbessert die Steifigkeit. Um die Hitzebelastung zu regulieren, ist zwischen dem metallischen Zylinder und dem Carbon-Gehäuse ein Spalt vorgesehen, durch den Kühlwasser zirkulieren kann.
Diese Konstruktion soll ein schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur ermöglichen und den Verschleiß beim Kaltstart reduzieren. Obwohl Nissan die spezifischen Gewichtseinsparungen nicht detailliert angibt, ist bekannt, dass Verbundwerkstoffe aus 40 Prozent Epoxidharz und 60 Prozent Kohlefaser etwa 42 Prozent leichter sind als vergleichbare Aluminiumkonstruktionen. Ob dieser Leichtbau-Motor in zukünftigen Modellen wie dem Nissan GT-R zum Einsatz kommt, bleibt abzuwarten.
Die Marke mit dem springenden Pferd experimentiert nicht nur mit der Kolbenform, sondern auch mit alternativen Treibstoffen. In diesem Fall geht es um Wasserstoff. Ferrari hat nämlich ein Patent für einen Hybridantrieb eingereicht, der einen kopfüber montierten Wasserstoff-Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor kombiniert. Der Reihen-Sechszylinder-Wasserstoffmotor ist dabei so positioniert, dass das Kurbelgehäuse oben und der Zylinderkopf nahe am Asphalt liegt. Diese Anordnung ermöglicht eine höhere Getriebeeinbaulage und schafft Platz für einen großen, tief liegenden Heckdiffusor, der sich nach vornzur Motorabdeckung erstreckt.
Trotz des höheren Schwerpunkts betont Ferrari, dass dieses Layout einen besonders kurzen Sportwagen ermöglicht. Für die Aufladung des Motors sieht das Patent zwei Varianten vor: eine doppelte Elektro-Kompressor-Aufladung, bei der die Kompressoren durch rekuperierte Energie des Elektromotors betrieben werden, und eine Abgasturbolader-Version. Das Patent wurde von Fabrizio Favaretto, Innovationsmanager für Fahrzeug- und Antriebsstrang-Architekturen bei Ferrari, eingereicht. Ob und wann dieses Konzept in die Serienproduktion überführt wird, ist derzeit noch unklar.
Von den deutschen Herstellern melden nicht nur die Schwaben neue Verbrennerpatente an. Auch die Bayern mischen mit. Allerdings setzen sie auf ein altbekanntes Prinzip: BMW entwickelt eine Vorkammer-Verbrennungstechnologie für Benzinmotoren. Diese Technik nutzt eine Vorkammer mit speziellen Überströmöffnungen, durch die ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer gelangt und dort gezündet wird. Ein besonderes Merkmal ist die Trennung von Zündelektrode und Masseelektrode, was unerwünschte Zündungen verhindert und eine unabhängige Montage ermöglicht. Diese Konfiguration verbessert die Wärmeabfuhr, reduziert die Gefahr von Vor- oder Glühzündungen und führt zu einer schnelleren sowie effizienteren Verbrennung im Hauptbrennraum. Für den Endkunden resultieren daraus Vorteile wie ein verbesserter Kraftstoffverbrauch, reduzierte Emissionen, erhöhte Motorleistung und eine längere Lebensdauer des Motors.
Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass das Prinzip der Vorkammer-Verbrennung nicht neu ist. Es wurde ursprünglich für Diesel-Motoren entwickelt und dient dazu, die Effizienz und Emissionswerte zu verbessern. Nun überträgt BMW dieses bewährte Konzept auf Benzinmotoren, um deren Leistung und Nachhaltigkeit zu optimieren. Ob und wann BMW diese Technologie in Serienfahrzeugen einsetzt, bleibt abzuwarten.
Die Konstruktion des Zweitakters entstand bereits 1878. Als Urheber nennen mehrere Quellen Dugald Clerk und Carl Benz. Mazda besinnt sich also mit ihrem Patent auf die Wurzeln der Verbrennungsmotoren. Allerdings verpassen die Japaner dem zahmen Zweitakter eine ordentliche Kompressor-Aufladung. Dieser Motor nutzt Ein- und Auslassventile mit variabler Steuerung.
Die Einlassventile sind nahe der oberen Mitte des Zylinders positioniert, während die Auslassventile seitlich am dachförmigen Zylinderkopf angeordnet sind. Ein nahezu vertikaler Ansaugkanal leitet die aufgeladene Luft entlang der Zylinderwand nach unten, wodurch die Abgase durch einen fast horizontalen Auslasskanal herausgedrückt werden. Einspritzdüse und Zündkerze befinden sich zentral, nahe der Oberseite der Brennkammer.
Die variable Ventilsteuerung ermöglicht es, die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile so anzupassen, dass entweder 120 Grad Kompression und 100 Grad Expansion oder umgekehrt erreicht werden. Zweitaktmotoren zünden bei jeder Kurbelwellenumdrehung, was im Vergleich zu Viertaktmotoren zu höherem Drehmoment und ruhigerem Lauf führt. Allerdings bestehen Herausforderungen hinsichtlich der Spülverluste, bei denen unverbrannter Kraftstoff in den Auspuff gelangt. Aufgrund strenger Emissionsvorschriften ist es fraglich, ob Mazda diesen Motor in Europa einführen kann.
Eine etwas jüngere Konstruktion von Mazda fokussiert sich ebenfalls auf eine Motor-Bauweise, die einige Zeit von der Bildfläche verschwunden war. Diese Maschine stammt ursprünglich aus Neckarsulm und kommt mit einem einzigen Kolben aus, der sich im Kreis dreht. Ja – eigentlich war es nur eine Frage der Zeit, bis Mazda den Wankelmotor zurückholt. Dieses Patent kombiniert die etwa 93 Jahre alte Technologie mit einem modernen Range Extender. Im Gegensatz zu unseren anderen hier gezeigten Konzepten hat Mazda diesen Motor tatsächlich in ein Auto eingebaut – und zwar in den MX-30 e-Skyactiv R-EV.
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