Home Geschäft Der Automotor von morgen: Sauberer, leichter, mit einem beweglichen Teil

Der Automotor von morgen: Sauberer, leichter, mit einem beweglichen Teil

ROSH HAAYIN, Israel – 2014 hat Shaul Yaakoby seine Tage damit verbracht, beschädigte Fahrzeuge für Versicherungsunternehmen zu untersuchen. Er verbrachte seine Nächte in einer Maschinenwerkstatt in Tel Aviv, in der er Aluminiumteile schnitt und zusammenbaute. Der selbst beschriebene Erfinder, ein Schulabbrecher, der auf einer israelischen Zitrusfarm aufgewachsen ist und die letzten 25 Jahre als Versicherungsgutachter gearbeitet hat, hat mehrere Patente für Produkte, die von einem Wasseraufbereitungssystem bis zu einem diebstahlsicheren Autoschlüssel reichen. Jetzt strebt er nach einem leichten, billigen und effizienten Automotor, der deutlich weniger Kraftstoff verbraucht und weniger Schadstoffemissionen verursacht als heute.

"Wenn Sie das Gefühl haben, die Idee für etwas Großes zu haben, müssen Sie es einfach tun", sagte Herr Yaakoby. "Also kaufte ich einen Aluminiumblock und schnitt ihn von Hand, um meinen Motor zu bauen."

Nach mehrmonatiger Arbeit brachte er sein Produkt zu seinen Geschäftspartnern, Gal Fridman, einem Veteranen im Bereich Technologiemarketing, und Ariel Gorfung, einem Wirtschaftsingenieur. Sie gründeten 2014 die Aquarius Engines Ltd., um Herrn Yaakobys supereffizienten Benzinmotor auf den zunehmend umweltbewussten Automobilmarkt zu bringen. Jetzt hat das Unternehmen auf seiner Maschine der fünften Generation seinen Motor erfolgreich im Labor getestet, jedoch nicht in Autos.

Aquarius, benannt nach der perfekten Zukunft, die in dem Hitsong „The Age of Aquarius“ vorgestellt wurde, hat mehr als 25 Millionen US-Dollar gesammelt, unter anderem von Führungskräften von Mobileye, dem israelischen Technologie-Startup für autonome Fahrzeuge, das von übernommen wurde

            Intel
Corp.

2017 und beschäftigt 42 Mitarbeiter in Israel, Deutschland und Polen. Das Unternehmen geht davon aus, dass sein Produkt in den nächsten zwei Jahren auf den Markt kommen wird, von Autos über Stromerzeuger bis hin zu Drohnen.

Aquarius ist nicht der Einzige, der auf einen überarbeiteten Verbrennungsmotor setzt. Autohersteller stehen unter dem Druck von Regierungen und Verbrauchern, Autos zu bauen, die weniger CO2 ausstoßen. Gleichzeitig weisen batteriebetriebene Elektrofahrzeuge Beschränkungen auf, einschließlich Produktionskosten, Reichweitenbeschränkungen und der Notwendigkeit von Infrastruktur, wie die Erzeugung von Elektrizität, um sie aufzuladen. Die Verkäufe von Elektrofahrzeugen sind weltweit um etwa 60% pro Jahr gestiegen, machen jedoch in den meisten Märkten weniger als 5% der Neuwagenverkäufe aus, und die Autohersteller verlieren damit Geld, so ein Bericht von McKinsey & Co. vom März Das Elektrofahrzeug kam, alle hatten gehofft, das Problem zu lösen, aber es ist nicht so einfach “, sagte John B. Heywood, emeritierter Professor für Maschinenbau am Massachusetts Institute of Technology, der saubere Energie und Transportwesen studiert.

Unter der Haube

Das Startup Aquarius Engines Ltd. entwickelt einen 22-Pfund-Motor mit einem beweglichen Teil, verglichen mit mindestens 20 Teilen, die in herkömmlichen Automotoren zu finden sind.

Ein typischer Viertaktmotor

Vier bis acht Kolben drehen eine Kurbelwelle; Die Bewegung treibt die Räder an.

1. Kraftstoff tritt in die Kammer ein

3. Die Explosion drückt den Kolben nach unten

4. Der Kolben drückt den Auspuff aus der Kammer

Ein Schiebekolben ersetzt mehrere Drehkolben. Die Bewegung erzeugt Elektrizität, die die Räder antreibt.

1. Frischluft und Kraftstoff gelangen von unten in die Brennkammer

2. Das Gemisch zündet und drückt den Kolben nach links, während der Auslass in den Entlüftungsöffnungen des Kolbens aufgefangen wird

3. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch zündet und drückt den Kolben nach rechts zurück

4. Eine Bewegung nach rechts drückt den Auspuff der vorherigen Explosion heraus

Nach Jahren der Überarbeitung des Verbrennungsmotors arbeiten einige Startups, Autohersteller und akademische Forscher daran, die jahrhundertealte Technologie zu verbessern. Verbrennungsmotoren werden bis 2030 40% des Weltautomarktes ausmachen, während 23% der verkauften Autos Motoren haben werden, die sowohl Strom verbrauchen als auch anderen Kraftstoff wie Benzin verbrauchen, so a

            JPMorgan Chase
            

      & Co. berichten. "Jetzt sieht es so aus, als ob der Verbrennungsmotor eine glänzende Zukunft mit einem enormen Potenzial zur Effizienzsteigerung und Emissionsreduzierung hat", sagte Leonid Tartakovsky, Leiter des Labors für Verbrennungsmotoren am Technion Israel Institute of Technology.

Mazda Motor
Corp.

Im Herbst sollen die ersten Autos mit Skyactiv-X ausgeliefert werden, einem Zündsystem, das laut Angaben des Unternehmens in einigen Fahrsituationen die Effizienz um 20 bis 30 Prozent steigern kann, und es werden weitere Modelle entwickelt.

            Nissan Motor
Co.

Ltd. gab im Jahr 2018 bekannt, dass die Produktion von Autos mit Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis aufgenommen wurde. Das Unternehmen gab an, den Kraftstoffverbrauch um etwa 30% zu senken. Immer mehr Autohersteller verwenden Turbolader, die Abwärme wiederverwenden, und Motoren, die im Leerlauf abstellen.

Toyota Motor
Co.’s

Die Forschungs- und Entwicklungstochter entwickelt einen Freikolbenmotor. (Eine Unternehmenssprecherin lehnte es ab, Einzelheiten anzugeben.) Achates Power Inc. mit Sitz in San Diego arbeitet mit der Motorenfirma zusammen

            Cummins
Inc.

Entwicklung eines leichten Gegenkolbenmotors für US-Militärkampffahrzeuge. Achates sagte auch, dass es mit einem anderen Unternehmen zusammenarbeitet, um einen Gegenkolbenmotor, der mit Hilfe eines 9-Millionen-Dollar-Zuschusses des US-Energieministeriums entwickelt wurde, in einen Pickup zu integrieren. Pinnacle Engines mit Sitz in San Carlos, Kalifornien, entwickelt Motoren für Roller-, Motorrad-, Automobil- und Industrieanwendungen und ist laut seiner Website auf den asiatischen Markt ausgerichtet.

Die neueste Version des Aquarius-Motors wiegt 22 Pfund; Ein typischer Motor wiegt 250 Pfund. Es hat nur einen beweglichen Teil – einen Kolben, der hin und her gleitet – verglichen mit mindestens 20 unter der Motorhaube eines durchschnittlichen Autos, obwohl es nur 43 PS erzeugt. Es benötigt 20% weniger Kraftstoff als der durchschnittliche Verbrennungsmotor eines Autos, sagte Yaakoby, Chief Technology Officer bei Aquarius. Weitere Anpassungen des Kraftstoffeinspritzsystems könnten diesen Unterschied auf 30% erhöhen, sagte er. Da es keine Reibung zwischen dem Kolben und den Motorteilen gibt, ist keine Schmierung erforderlich, sodass kein Öl benötigt wird und die Wartungskosten gesenkt werden.

Die neueste Version des Aquarius-Motors wiegt 22 Pfund und hat nur einen beweglichen Teil – einen Kolben, der hin und her gleitet.

Foto:

David Katz

Bei dem Motor handelt es sich um einen Freikolben-Linearmotor, der beim Verbrennen von Kraftstoff Strom erzeugt, anstatt wie bei einem typischen Automotor Rotationsenergie zu erzeugen. Der Strom kann als Primärenergiequelle für den Antrieb eines Motors in einem herkömmlichen Auto oder als Range Extender oder Ersatzladegerät für ein batteriebetriebenes Elektroauto verwendet werden. "Egal, ob es sich um den Motor des Autos selbst oder um ein Batterieladegerät handelt, es wird einen Platz dafür geben", sagte Fridman, Chief Marketing Officer des Unternehmens.

Freikolbenmotoren stammen aus dem frühen 20. Jahrhundert und wurden zum Antrieb von Generatoren auf Schiffen verwendet. In den 1950er Jahren hätten Dieselmotoren die meisten im Schiffssektor abgelöst, sagte Tony Roskilly von der Newcastle University, der Freikolbenmotoren erforscht. "Jetzt ist wieder ein Anstieg des Interesses an ihnen zu verzeichnen", sagte er.

Die Hauptherausforderung für Linearkolbenmotoren ist die mangelnde Feinsteuerung der Prozesse der Kraftstoffeinspritzung und des Abgasaustritts, was häufig zu einem höheren Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe im Abgas führt – etwas, das die Regulierungsbehörden ebenfalls zu reduzieren versuchen, sagte Gregory W. Davis , Direktor des Advanced Engine Research Lab an der Kettering University in Flint, Mich.

"Aber wenn sie Computertechnologie einsetzen können, um dies zu überwinden und den Gas- und Luftstrom zu steuern, könnten wir sehen, wie Autos auf diese Art von Motoren umsteigen", sagte Davis. "Das Potenzial für Effizienzsteigerungen ist wirklich gut." Zusätzliche Zylinder mit jeweils hin und her gleitendem Kolben würden die Leistung erhöhen, sagte er.

Ein verbesserter Verbrennungsmotor ist jedoch kein Allheilmittel. "Der Verbrennungsmotor kann trotz erheblicher Verbesserungen nicht das von den Aufsichtsbehörden gewünschte Niveau erreichen", sagte Russell Hensley, Leiter des McKinsey Center for Future Mobility. „Aus diesem Grund sehen wir die Investition in Elektrofahrzeuge.“ Mindestens neun Länder haben künftige Verbote für den Verkauf von Diesel- und Benzinmotoren angekündigt, und viele weitere, einschließlich der USA, haben Anreize für die Eigentümer angeboten, z. B. kostenloses Parken und Steuererleichterungen von batteriebetriebenen Fahrzeugen. Viele Auto-Manager glauben, dass Benzinmotoren ihre maximale Effizienz erreicht haben, und verlagern jetzt mehr Ressourcen in Elektroautos, um strengere Emissionsvorschriften zu erfüllen.

Eine weitere große Hürde beim Umbau von Automotoren besteht darin, dass Autohersteller ihre Montagelinien und Autos neu gestalten müssten, um sie als Hauptenergiequelle zu nutzen, sagte Roskilly. Die Schwierigkeit – und die Notwendigkeit zu rechtfertigen, dass sich der Nutzen lohnt – sind zwei Hauptgründe, warum sich Autos im Laufe der Jahrzehnte relativ wenig verändert haben. "Wenn Sie etwas haben, das Sie stört, ist es schwierig", sagte Roskilly. "Es sind große Investitionen erforderlich, um es zu schaffen, es in Autos herzustellen." Der erhöhte Druck zur Emissionsreduzierung und die damit einhergehende Erhöhung der Forschungs- und Entwicklungsbudgets haben jedoch nach Ansicht von Experten zu einer Veränderung der Einstellung der Branche geführt.

Aquarius Engines erwartet, dass sein Produkt in den nächsten zwei Jahren auf den Markt kommt. Von links nach rechts: Gal Fridman, Vorsitzender und Chief Marketing Officer; Maya Gonik, Leiterin Geschäftsentwicklung; und Ariel Gorfung, Geschäftsführer, am Hauptsitz des Unternehmens außerhalb von Tel Aviv.

Foto:

David Katz

Wassermann nimmt die Herausforderung an. In der Zwischenzeit werden andere Anträge bearbeitet, sagte Fridman. Ab 2020 plant Aquarius die Einführung seiner Motoren in Stromerzeugern an abgelegenen Standorten, einschließlich Kommunikationstürmen in Kanada, Europa und im asiatisch-pazifischen Raum.

Um die CO2-Emissionen von Autos zu reduzieren, sind viele Lösungen erforderlich, darunter bessere Verbrennungsmotoren, batteriebetriebene Fahrzeuge und sauberere Kraftstoffe, sagte Heywood. "Für den Pkw zu fahren, ist sehr ehrgeizig", sagte er. "Man versucht, etwas herauszufordern, das sehr erfolgreich war, und alle Alternativen haben immer noch ihre Achillesferse."

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