Aramco Dedicated Hybrid Engine: Ein neuer Hybridmotor für die Zukunft

Jahrelang schien die Debatte über die Zukunft des Autos auf eine einfache Entscheidung hinauszulaufen: Verbrennungsmotoren oder Elektromotoren. Inzwischen zeigt sich, dass die Wirklichkeit deutlich vielschichtiger ist. Kaum ein Unternehmen hat ein größeres Interesse daran, Verbrennungsmotoren weiterhin relevant zu halten, als Aramco.

Der saudi-arabische Ölkonzern – offiziell Saudi Aramco – hat ein neues Hybridsystem vorgestellt, das effizienter, kostengünstiger in der Fertigung und weniger komplex als heutige Hybridsysteme sein soll. Es trägt die Bezeichnung Dedicated Hybrid Engine (DHE) und wurde in den Forschungszentren des Unternehmens in den USA entwickelt.

Auf den ersten Blick wirkt es wie ein weiterer Hybridantrieb. Im Vergleich zu aktuellen Hybriden verfolgt Aramco jedoch einen grundlegend anderen Ansatz.

Warum unterscheidet sich dieser Hybrid?

Die meisten Hybridsysteme kombinieren einen Verbrennungsmotor mit einem oder zwei Elektromotoren, einem Getriebe und einem Differenzial, das das Drehmoment auf die Räder verteilt. Aramco hat sich bewusst für eine andere Konstruktion entschieden.

Das System nutzt zwei Power-Split-Einheiten – jeweils eine für jedes Vorderrad –, die Planetengetriebe, Elektromotoren und Generatoren miteinander verbinden. Dadurch entsteht eine Architektur, die ohne herkömmliches Getriebe und sogar ohne Differenzial auskommen kann.

Theoretisch sinkt damit die Zahl der Bauteile, die mechanischen Verluste werden geringer und der Verbrennungsmotor kann länger in seinem Bereich höchster Effizienz arbeiten.

Es handelt sich nicht um eine Kopie des Toyota-Hybridsystems, das den Energiefluss über eine einzelne Planetengetriebeeinheit regelt. Aramco setzt stattdessen auf eine symmetrische Auslegung mit einer eigenständigen Einheit für jede vordere Antriebswelle. Konzeptionell ist diese Lösung komplexer, könnte jedoch effizienter sein und mit weniger Bauteilen auskommen.

Dies ist zugleich einer der wichtigsten Gründe, weshalb das Unternehmen die Systemkosten gegenüber herkömmlichen Hybriden um rund 25% senken zu können glaubt.

Wie funktioniert der Dedicated Hybrid Engine (DHE)?

Im Zentrum des Systems steht ein 1,6-Liter-Dreizylinder-Benzinmotor, der speziell für den Einsatz in einem Hybridfahrzeug entwickelt wurde. Dadurch konnte Aramco einen ungewöhnlichen Weg einschlagen: Der Motor wurde vereinfacht, statt technisch aufwendiger gestaltet.

Er besitzt lediglich zwei Ventile pro Zylinder. Besonders ungewöhnlich ist zudem die Ventilsteuerung mit Stoßstangen und Kipphebeln (Pushrod), eine Lösung, die weiterhin bei einigen V8-Motoren von General Motors verwendet wird. Während die meisten modernen Motoren obenliegende Nockenwellen einsetzen, sitzt hier nur eine Nockenwelle im Motorblock.

Zunächst wirkt diese Bauweise überholt – und in gewisser Hinsicht ist sie das auch. Gleichzeitig bietet sie wesentliche Vorteile: weniger Bauteile, niedrigere Herstellungskosten, geringeren Platzbedarf und reduzierte mechanische Verluste.

Auch die Nachteile sind bekannt. Bei hohen Drehzahlen arbeitet das Konzept weniger gut und es bietet weniger Möglichkeiten, die Ventilöffnungs- und Schließzeiten zu optimieren. Für einen Hybridmotor, der fast immer bei konstanten Drehzahlen und im effizientesten Betriebsbereich läuft, verlieren diese Einschränkungen jedoch erheblich an Bedeutung.

Die Aufgabe der elektrischen Maschinen

An dieser Stelle wird das Konzept wirklich außergewöhnlich. Anstelle eines klassischen Getriebes und Differenzials verwendet Aramco zwei elektrische Maschinen – eine je Vorderrad –, die mit zwei Planetengetriebeeinheiten verbunden sind, wie sie in einigen Toyota-Hybridsystemen zum Einsatz kommen.

Jede Einheit umfasst einen Elektromotor und einen elektrischen Generator. Je nach aktueller Anforderung können diese Komponenten das Fahrzeug antreiben, beim Verzögern Energie zurückgewinnen oder Strom zum Laden der Batterie erzeugen.

Praktisch bleibt der Verbrennungsmotor mechanisch mit den Rädern verbunden, benötigt aber kein konventionelles Getriebe. Die Leistung wird über diese elektrischen und mechanischen Einheiten verteilt, sodass der Verbrennungsmotor nahezu durchgehend in seinem effizientesten Arbeitsbereich betrieben werden kann.

Ein weiterer Vorteil dieser Architektur liegt im Wegfall des üblichen Differenzials. Da jedes Vorderrad über eine eigene elektrische Einheit verfügt, lässt sich der Drehzahlunterschied zwischen den Rädern elektronisch steuern, wodurch ein virtuelles Differenzial entsteht. Dies eröffnet zudem Möglichkeiten für erweiterte Traktionskontrollfunktionen und möglicherweise für Drehmomentverteilung.

Das Ergebnis ist ein kompakterer Antriebsstrang mit weniger Komponenten und geringeren Energieverlusten. Nach Angaben von Aramco senkt diese Lösung die Kosten, vereinfacht die Produktion und steigert die Effizienz, ohne größere Batterien oder stärkere Elektromotoren vorauszusetzen.

Ist er tatsächlich besser?

Für eine endgültige Einschätzung ist es noch zu früh, doch die von Aramco genannten Werte sind vielversprechend. Der Motor soll bereits einen thermischen Wirkungsgrad zwischen 41% und 42% erreicht haben – ein sehr hoher Wert für einen Benzinmotor, der auf dem Niveau der derzeit besten Hybridsysteme am Markt liegt. Das Unternehmen geht außerdem davon aus, den Kraftstoffverbrauch gegenüber herkömmlichen Motoren um bis zu 35% reduzieren zu können.

Bislang wurden diese Ergebnisse allerdings in der Entwicklungsphase und nicht in Serienfahrzeugen erzielt. Darüber hinaus verfügen einige Hersteller bereits über äußerst effiziente Hybridsysteme. Ein Blick auf Marken wie Toyota oder Honda genügt, die diese Technologie über Jahrzehnte hinweg verfeinert haben.

Was fehlt noch bis zum Einsatz auf der Straße?

Genau das ist nun die entscheidende Frage. Aramco baut keine Autos. Das Unternehmen will die Technologie lizenzieren oder Partner finden, die sie in die Serienproduktion bringen möchten. Die ersten Prototypen werden bereits erprobt, und die Architektur wurde so ausgelegt, dass sie sich einfach skalieren lässt: Sie könnte Motoren mit zwei, drei, vier oder sechs Zylindern ermöglichen.

Danach besteht die nächste Herausforderung darin, einen Autohersteller von einer vollständig neuen Technologie zu überzeugen.

Warum entwickelt ein Ölkonzern Motoren?

Die Antwort liegt auf der Hand. Das Geschäft von Aramco hängt in hohem Maße davon ab, dass flüssige Kraftstoffe weiterhin genutzt werden. Würden Autos ausschließlich elektrisch fahren, nähme die Nachfrage nach Benzin und anderen Kraftstoffen zwangsläufig ab.

Die Strategie von Aramco besteht darin, Verbrennungsmotoren effizienter zu machen und sie mit einer Zukunft geringerer Emissionen vereinbar zu gestalten. Das Unternehmen investiert beispielsweise bereits in synthetische Kraftstoffe und Wasserstoff.

Darüber hinaus hält Aramco 10% an Horse Powertrain, dem von Renault und Geely gegründeten Unternehmen zur Entwicklung von Verbrennungs- und Hybridmotoren. Diese Verbindung könnte den Weg ebnen, die Technologie vom Labor auf die Straße zu bringen.