Der Motor des Koenigsegg Gemera: Dreizylinder-Gigant

Der Motor des Koenigsegg Gemera ist klein. Drei Zylinder, die sich zwei Liter Hubraum teilen. Das ist gut für den Verbrauch und die Emissionen. Doch wenn es um Leistung, Drehmoment und Klang geht, braucht sich der kleine Zwerg kaum zu verstecken. Vielleicht nennen sie ihn bei Koenigsegg deshalb den Tiny Friedly Giant (TFG) – den kleinen, freundlichen Giganten.

CEO und Gründer Christian von Koenigsegg sieht es so: „Der TFG-Motor wurde konzipiert, hoch-effizient, CO2-neutral und unter außergewöhnlich niedrigen Emissionen zu arbeiten. […] Alle bevorstehenden und zukünftig denkbaren Emissionsvorschriften wird der TFG leicht erfüllen.“. Der Vortrieb des Gemera kommt neben dem TFG von drei Elektromotoren, die mit dem patentierten Einganggetriebe Koenigsegg Direct Drive (KDD) zusammenarbeiten. Die Gesamtleistung beträgt 1.700 PS oder 1,27 MW Leistung und 3500 Nm Drehmoment. Das immense Drehmoment in Kombination mit dem relativ geringen Leergewicht von 1.850 kg führen dazu, dass der Gemera in nur 1,9 Sekunden von 0 auf 100 km/h geht und in Rekordzeit von 0 auf 400 km/h – wie schnell genau, verrät Koenigsegg bislang noch nicht. Eine leichte 800-Volt-Batterie rundet das Technikpaket ab und ermöglicht es dem Gemera, bis zu 50 km vollelektrisch zu fahren.

Freevalve-System

Für den konventionellen Dreizylinder hat sich Koenigsegg natürlich etwas besonderes einfallen lassen. Der Krawallzwerg arbeitet mit einem Freevalve genannten System. Bedeutet im Klartext, dass man Einlass- und Auslassventile unabhängig voneinander steuern kann. Für jede Motorlastzustand lassen sich die Steuerzeiten individuell und voneinander unabhängig modellieren. Das System entscheidet je nach Fahrsituation, wie die Ventile zu betätigen sind. Dadurch lässt sich die Leistung maximieren, oder auch der Kraftstoffverbrauch minimieren oder die Emissionen zu begrenzen. Koenigsegg spricht von einer Verbrauchsreduzierung um 15 bis 20% gegenüber einem typischen modernen Vierzylinder-Zweilitermotor mit Direkteinspritzung und variabler Nockenwellenverstellung.
Freevalve soll zudem den Motorwirkungsgrad bei Teillast verbessern, indem Verluste an der Drosselklappe eliminiert werden – da keine Drosselklappe vorhanden ist. Zudem kann Freevalve Zylinder je nach Fahrsituation auch abschalten und den Verbrauch damit weiter reduzieren.

Fotos des Koenigsegg Gemera:

Freevalve kann die Verbrennung genauso allerdings auch für Leistung und Wirkungsgrad optimieren. Im sogenannten Miller-Zyklus werden die Einlassventile noch während des Ansaugtaktes geschlossen, was bei gleichem Wirkungsgrad zu niedrigeren Verdichtungsdruck im Zylinder führt. Der TFG arbeitet dann beispielsweise mit einer statischen Kompression von 9,5:1, was für einen Turbomotor mit hohem Ladedruck schon sportlich ist. So lassen sich sowohl ein hoher Wirkungsgrad als auch eine hohe Leistung erzeugen, gleichzeitig kann man mit dem TFG aber auch sehr sparsam fahren. Herkömmliche Verbrennungsmotoren mit Nockenwellen stoßen den größten Teil ihrer Verschmutzung während der ersten 20 Sekunden des Kaltstarts aufgrund von kalten Zylindern, Kalten Katalysatoren und schlechtem Kraftstoffgemisch im Leerlauf aus. Wenn sich herkömmliche Motoren erwärmen, werden die Zylinder und Katalysatoren warm und weitaus umweltfreundlicher, obwohl im Leerlauf immer noch eine schlechte Kraftstoffmischung vorliegt. Angesichts der guten modernen Katalysatoren sind diese Motoren im warmen Zustand und während des normalen Fahrens praktisch sauber. Die TFG überwindet zwei der drei Probleme jedoch direkt beim Start, indem er das Kraftstoffgemisch durch die Einlass- und Auslassventile aufheizt und verwirbelt. Diese verbesserte Kaltverbrennung führt auch zu einer viel schnelleren Erwärmung des Katalysators, wodurch die Kaltstartemissionen um etwa 60% reduziert werden.

Wenn der TFG auf erneuerbaren Alkohol-Treibstoffen läuft, werden kaum Partikel erzeugt. Koenigsegg gibt sogar an, dass in vielen „normalen“ Umgebungen der TFG mehr Partikel aus der Umgebungsluft verbrennt, als er selber produziert. Ist der verwendete Kraftstoff nachhaltig produziert, lässt sich eine neutrale oder sogar CO2-negative Bilanz erreichen. Alkoholische Kraftstoffe maximieren die Leistung, da sie mehr interne Kühleffekte erzielen und eine höhere Oktanzahl aufweisen im Vergleich zu Benzin. Im kalten Zustand sind sie jedoch schwieriger zu verdampfen als Benzin. Daher wird Benzin dem Alkohol beim Kaltstart zugesetzt. Das Freevalve-System überwindet dieses Kaltstartproblem, indem es einen Vorstart-Heizmodus für das anfängliche Anlassen und die erste Verbrennung verwendet, wie das Vorglühen früher beim Diesel. Dazu wird ein Einlassventil spät und mit geringem Hub für maximale Verwirbelung geöffnet. Die Zylinderabschaltung kommt dazu, um die Luft- und Kraftstoffmenge bei jeder Verbrennung während des Startens und Aufwärmens zu erhöhen. Die interne Abgasrückführung (AGR) wird aktiviert, um im nächsten Verbrennungszyklus heiße Rückstände aus der vorherigen Verbrennung zur Verdampfunng des Kraftstoffs zu nutzen. Zuletzt wird das variable Verdichtungsverhältnis des Motors durch den Miller-Zyklus eingestellt. Zusätzlich kann der TFG mehrere Male eingeschaltet werden, bevor die Zündung überhaupt läuft. Das ist quasi der „Heizmodus“. Im Ergebnis wird die Zulufttemperatur in 10 Zyklen (ca. 2 Sekunden) um 30 ° C erhöht, ohne dass dem Gemisch oder dem Startzyklus Benzin hinzugefügt werden muss.

Kompakte Bauform

Die TFG ist äußerst kompakt in Hinsicht auf seine Leistung und sein Drehmoment. Typischerweise würde man einem V8-Twin-Turbo-Motor eine Leistung von 600 PS und ein Drehmoment von 600 Nm zuordnen. Ein Grund dafür ist die Trockensumpfschmierung. Der komplette Motorblock wiegt nicht mehr als 70 kg und passt in einen typischen Handgepäckkoffer. Natürlich funktioniert das nur mit Turboaufladung. Das als Patent angemeldete zweistufiger Turbosystem arbeitet mit einem zweistufigen System. Je einer der beiden Turbolader ist an drei Auslassventile angeschlossen – eines von jedem Zylinder. Der zweite Turbo ist mit den anderen drei Auslassventilen verbunden. Bei niedriger Drehzahl und geringer Last werden alle Abgase nur dem ersten Turbo zugeführt, indem an jedem Zylinder nur Auslassventil Eins geöffnet wird. Ist bei höheren Drehzahlen genug Abgasvolumen vorhanden, kommt das zweite Auslassventil hinzu, um den zweiten Turbo anzutreiben. Das Ergebnis ist ein Dreizylinder-Zweiliter-Motor mit einem Drehmoment von 400 Nm ab 1.700 U/min und einem maximalen Drehmoment von 600 Nm. Diese nie zuvor erreichten Zahlen bei einem Motor dieser Größe machen den TFG zum bisher leistungsstärksten Motor pro Zylinder und Volumen und liegen vor jedem anderen Dreizylinder-Serienmotor.

Fotos: Koenigsegg