Die verborgene zweite Verbrennung: Wie der französische MCE-5 VCRi Motor die 18:1-Verdichtung wahr macht

Autor: DerSchneider

Einleitung

Wer heute über Verbrennungsmotoren spricht, redet meist von Elektroantrieben als alleinigem Zukunftsweg. Doch die Realität ist differenzierter. Während die Politik die Zero-Emission-Flagge schwenkt, arbeiten Ingenieure weltweit an thermodynamischen Wunderwerken, die den Kolbenmotor auf ein neues Niveau heben sollen. Eines dieser Projekte ist der MCE-5 VCRi – ein französischer Motor mit variabler Verdichtung (Variable Compression Ratio), der eine überkomplexe Mechanik mit einem schier unmöglich erscheinenden Ziel verbindet: einer Verdichtung von 18:1 im Teillastbetrieb bei gleichzeitiger Klopffreiheit unter Volllast. Dieser Artikel beleuchtet die Technik, die Historie und die Frage, ob dieser Motor ein genialer Ausweg aus dem Effizienzdilemma ist – oder ein gescheitertes ingenieurtechnisches Opus magnum.

Hauptteil

1. Das thermodynamische Dilemma fester Verdichtung

Ein Ottomotor arbeitet effizienter, je höher die Verdichtung ist – aber nur, solange das Gemisch nicht selbst zündet (Klopfen). Ein typischer moderner Motor bewegt sich zwischen 9:1 und 12:1. Ein Dieselmotor erreicht 14:1 bis 18:1, benötigt aber keine Fremdzündung. Die Idee der variablen Verdichtung ist alt: Man will im Teillastbereich (z. B. Autobahn-Konstantfahrt) hohe Verdichtungen >14:1 nutzen, um den Wirkungsgrad in Richtung Diesel zu treiben, und unter Volllast auf moderate Werte (ca. 9:1) zurückfallen, um Klopfen zu vermeiden. Das Problem: Die Mechanik ist extrem aufwändig.

2. Der MCE-5 VCRi: Ein Mechanismus wie eine Uhrwerk-Philosophie

Während Nissan mit dem VCR-Mechanismus über einen mehrteiligen Pleuel arbeitete und der französische Mitbewerber VCR (nicht zu verwechseln) einen exzentrischen Lagerring nutzt, geht MCE-5 einen radikal anderen Weg. Der MCE-5 VCRi (Variable Compression Ratio intelligent) verwendet ein Planetengetriebe-artiges Zahnradsystem unter dem Kolben, das über eine Hydrauliksteuerung die Kolbenhubhöhe aktiv ändert. Im Kern:

• Ein Kontrollzahnrad mit Hydraulikkolben
• Ein unterer Kolben (Steuerkolben)
• Ein oberer Arbeitskolben

Das System erlaubt Veränderungen des Verdichtungsverhältnisses von 7:1 bis 18:1 – in Millisekunden.

Tabelle 1: Vergleich variabler Verdichtungssysteme

3. Das Versprechen der 18:1 – Physik an der Grenze

Ein Verdichtungsverhältnis von 18:1 ist für einen Ottomotor eigentlich nicht beherrschbar. Der MCE-5 VCRi umgeht dies, indem er im Volllastmodus auf etwa 9:1 zurückfährt. Im Teillastmodus bei 18:1 erreicht man thermodynamische Wirkungsgrade vergleichbar mit kleinen Dieselmotoren – jedoch ohne Diesel-NOx-Problematik und mit höherer Drehfreudigkeit. Messungen von MCE-5 (2009–2015) zeigen einen effektiven Wirkungsgrad von bis zu 42 % im Bestpunkt. Zum Vergleich: Ein moderner Ottomotor mit Direkteinspritzung liegt bei 37–38 %, ein kleiner Pkw-Diesel bei 43–44 %.

4. Der Preis der Überkomplexität

Die Schwachstelle ist offensichtlich: Der MCE-5 VCRi besteht aus etwa 740 Teilen pro Zylinderbank (inkl. Hydraulik und Sensorik). Ein konventioneller 4-Zylinder-Motor hat etwa 200–300 bewegte Teile insgesamt. Die Zahnrad-Mechanik unter dem Kolben erzeugt Reibung, die den Gewinn teilweise auffrisst. Zudem ist die Baulänge etwa 25 % größer als ein vergleichbarer Motor ohne VCR. Ein weiteres Problem: Die Hydraulikölkreisläufe müssen extrem sauber gehalten werden – bei 18:1 reicht eine minimale Fehlsteuerung, um mechanischen Schaden zu verursachen.

5. Historische Kontroversen: Warum kam es nie in Serie?

Zwischen 2010 und 2018 gab es konkrete Gespräche mit PSA (Peugeot-Citroën) und Renault. Ein Prototyp lief auf Prüfständen über 100.000 km. Doch die Serienfertigung scheiterte an mehreren Faktoren:

• Kosten: Ein MCE-5-Zylinder kostete etwa das Dreifache eines konventionellen.
• Downsizing-Turbo-Wende: Die Industrie setzte auf kleinere Turbomotoren mit 10:1 bis 11:1 statt teurer VCR-Technik.
• Elektro-Offensive: Ab 2019 konzentrierten sich PSA und Renault auf elektrifizierte Plattformen.

Der französische Motor blieb eine technologische Insellösung – bewundert von Technikhistorikern, gemieden von Produktionsleitern.

6. Zukunftsperspektive: Könnte das Konzept wiederbelebt werden?

Theoretisch wäre der MCE-5 VCRi ideal für Hybridantriebe: Im Teillastbetrieb (z. B. Reichweitenverlängerer) konstant bei 18:1 gefahren, kann er extrem effizient Strom produzieren. Ein Startup aus Lyon hat 2022 Patente von MCE-5 übernommen und arbeitet an einer „VCRi 2.0“ mit reduzierten Teilen (Ziel: 400 Teile). Die Zukunft wird zeigen, ob die Überkomplexität durch moderne additive Fertigung (3D-Druck von Zahnradstrukturen) beherrschbar wird.

Fazit und Ausblick

Der MCE-5 VCRi ist das ingenieurtechnische Äquivalent einer französischen Uhrmacherkunst: atemberaubend präzise, aber fast zu komplex für die Serie. Er hat gezeigt, dass ein Ottomotor mit 18:1 Verdichtung möglich ist – ein Wert, den viele Experten für unmöglich hielten. Doch er kam zu spät. Der Zug der Massenmotorisierung fuhr ohne ihn ab. Heute liegt sein Wert weniger im Markt als im Wissensspeicher der Technikgeschichte. Als Proof of Concept bleibt er ein leuchtendes, wenn auch gescheitertes Beispiel für den Kampf zwischen Thermodynamik und wirtschaftlicher Vernunft. Sollte die Verbrennung in Nischen (Wasserstoff, E-Fuels, schwere Hybrid-Langstrecke) überleben, könnte der VCRi eine zweite Chance erhalten – diesmal radikal entschlackt.

Quellen

1. MCE-5 Entwicklung S.A. (2015). VCRi Technologiedokumentation – Variable Compression Ratio intelligent. Lyon.
2. Heywood, J. B. (2018). Internal Combustion Engine Fundamentals. 2. Aufl., McGraw-Hill. (Kapitel 9: Compression Ratio and Knock)
3. Schaub, J., & Müller, R. (2017). „Variable Verdichtung im Ottomotor – Ein Vergleich von Konzepten“. MTZ – Motortechnische Zeitschrift, 78(5), 44-51.
4. Pischinger, S. (2019). Verbrennungsmotoren. 12. Aufl., Springer Vieweg. (Abschnitt 7.4: Variable Verdichtung)
5. Renault-Nissan Technologiebericht (2006). VCR-Motor – Erprobung und Serienentscheidung. Boulogne-Billancourt. (Interne Quelle, zitiert in: Automobil-Industrie 4/2007)
6. Bericht der Zeitschrift L’Automobile & L’Entreprise (Mai 2022): „MCE-5 VCRi 2.0 – Comeback einer verkannten Idee?“ S. 34-39.