Hybridantrieb
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Hybrid im allgemeinen
Insgesamt wurden bereits über 120.000 Hybridfahrzeuge von Toyota und Lexus verkauft.
Der Hybridantrieb im PKW
Wegen seiner zwei Betriebsarten, von denen eine für niedrige und eine für hohe Geschwindigkeiten ausgelegt ist, wird das auf einem elektrisch gesteuerten, stufenlosen Getriebe (EVT - Electric Continuously Variable Transmission) basierende System als Two-Mode-Hybrid-System bezeichnet. Das Kraftstoff sparende System verfügt zusätzlich über vier Gänge mit festem Übersetzungsverhältnis, sodass bei einer breiten Palette von Fahrzeuganwendungen ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann. Wird das System in den beiden EVT-Betriebsarten und den vier festen Gängen betrieben, können die Elektromotoren für die Beschleunigungsvorgänge wie auch regeneratives Bremsen genutzt werden.
Die vier Gänge mit festem Übersetzungsverhältnis überlagern die zwei EVT-Betriebsarten, sodass insgesamt sechs Betriebsarten zur Verfügung stehen:
Leistungsverzweigter EVT-Modus bzw. stufenlos variabler Modus 1 für den Fahrzyklus vom Motorstart bis zum zweiten festen Gang. Kombinierter EVT-Modus bzw. stufenlos variabler Modus 2 für den Fahrzyklus ab dem zweiten festen Gang.
1. Gang mit festem Übersetzungsverhältnis, wobei beide Elektromotoren Leistung für den Verbrennungsmotor bereitstellen oder Energie vom regenerativen Bremsen, Verzögern und Fahren im Schubbetrieb aufnehmen und speichern.
2. Gang mit festem Übersetzungsverhältnis, wobei ein Elektromotor für die Beschleunigungs-/Bremsvorgänge zur Verfügung steht.
3. Gang mit festem Übersetzungsverhältnis, wobei beide Elektromotoren für die Beschleunigungs-/Bremsvorgänge zur Verfügung stehen.
4. Gang mit festem Übersetzungsverhältnis, wobei ein Elektromotor für die Beschleunigungs-/Bremsvorgänge zur Verfügung steht.
In mechanischer Hinsicht und in Bezug auf die Gesamtgröße ist das Vollhybrid-System mit einem herkömmlichen Automatikgetriebe vergleichbar, kann aber mit stufenloser Übersetzung oder in einem der vier Gänge mit festem Übersetzungsverhältnis betrieben werden. Das Antriebssystem wird von einem elektronischen Steuergerät optimiert, um für jede Laststufe des Motors den effizientesten Betriebspunkt auszuwählen.
Wie funktioniert ein Hybridmotor?
Leistung im Doppelpack
Das Wörterbuch definiert "hybrid" als "von zweierlei Abkunft", aber was ist damit gemeint? Der Hybridmotor vereint zwei ganz unterschiedliche Kraftquellen in einem Auto: Einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor. Die überwältigende Mehrzahl der Autos wird von einem Verbrennungsmotor angetrieben, als Otto- oder Dieselmotor. Daneben gibt es, hauptsächlich in Versuchs- oder Spezialfahrzeugen eingesetzt, rein per Elektromotor betriebene Fahrzeuge.
Die zwei Alternativen
Der Verbrennungsmotor spielt seine Stärken aus, wenn Kraft, Geschwindigkeit und hohe Reichweiten gefordert sind, allerdings arbeitet er mit schädlichen Abgas- und Lärmemissionen und verbraucht wertvolle Öl-Ressourcen. Seine Energiebilanz ist schlecht, der überwiegende Teil der erzeugten Energie wird gar nicht zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt, sondern verpufft ungenutzt.
Der Elektromotor fährt abgasfrei und nahezu lautlos, allerdings meist nur in relativ geringem Tempo und mit einer geringen Reichweite.
Könnte man nicht die Vorteile beider Antriebskonzepte miteinander verknüpfen und die Nachteile durch den jeweils anderen Antrieb vermeiden? Man kann! Das ist die Idee der Hybridtechnologie. In einem Fahrzeug sind beide Motoren eingebaut, die über ein intelligentes Steuergerät verbunden sind. Dazu kommt ein Generator, der die für den Elektroantrieb notwendigen Batterien wieder auflädt.
Welcher Antrieb in welcher Situation?
Damit beide Antriebe ihre Vorteile wirklich ausspielen können, werden sie bei Bedarf wechselseitig oder auch gemeinsam genutzt. Ein dauernder Parallelbetrieb hätte keine Vorteile. So werden die beiden Antriebsquellen in typischen Fahrsituationen genutzt:
Anfahren und Fahren mit geringer Geschwindigkeit
Hier wird der Elektromotor eingesetzt. Beim Anfahren und beim Fahren mit geringer Geschwindigkeit ist der Elektroantrieb vorteilhaft, der Verbrennungsmotor wird nicht benötigt. Da diese Situation typisch für den Stadtverkehr mit geringen Geschwindigkeiten und Stop-and-Go-Verkehr ist, werden gleichzeitig Lärm- und Abgasbelastung in der Stadt reduziert. Das Hybridfahrzeug bewegt sich im Elektrobetrieb praktisch emissionsfrei durch die Stadt.
Gleichmässige Fahrt
Bei gleichmässiger Fahrt bietet der Verbrennungsmotor den effizientesten Antrieb. Er übernimmt, wie bei herkömmlichen Autos gewohnt, die Energieerzeugung und treibt das Auto an. Falls es notwendig ist, kann zusätzlich noch die Batterie des Elektromotors aufgeladen werden.
Kraftvolle Beschleunigung
Wenn plötzliche starke Kraftentfaltung gefordert ist, zum Beispiel bei Überholvorgängen auf Landstrassen, arbeiten beide Motoren zusammen. Die Batterie speist zusätzliche Energie ein, so dass eine dynamische Leistungsentfaltung garantiert ist.
Abbremsen und Gefällefahrt
Es gibt also viele Situationen, in denen der Verbrennungsmotor nicht benötigt wird. Gleichzeitig sind dieses die Situationen, in denen der Kraftstoffverbrauch herkömmlicher Fahrzeuge besonders hoch ist: Im Stadt- und Stop-and-Go-Verkehr. Hierdurch werden Verbrauchswerte erzielt, die sonst bei Fahrzeugen der jeweiligen Größenklasse nicht erreichbar sind.
Führend in der Hybridtechnologie sind zur Zeit die japanischen Autobauer, die den Hybridantrieb in verschiedenen Serienautos erfolgreich einsetzen. Der Toyota Prius ist weltweit im Mittelklassebereich sehr erfolgreich.
Lexus bietet Hybridmodelle in Fahrzeugkategorien an, in denen Sparsamkeit sonst keine große Rolle spielt: In einem SUV der Oberklasse, dem RX 400h und in der neuen Hochleistungs-Limousine GS 450h.
Gut für Umwelt und Geldbeutel
In alten Filmen klopft der Hauptdarsteller manchmal an die Benzinuhr, wenn sich der Zeiger gar nicht bewegen will. Das könnte in einem Hybridfahrzeug auch passieren. Aber nicht, weil sich der Zeiger verhakt hat, sondern weil der Verbrauch tatsächlich viel geringer ist als bei einem vergleichbaren Auto.
Benzin sparen
Am Beispiel des Honda Civic Hybrid heißt das: Der Motor verbraucht im Schnitt auf 100 Kilometer nur 4,6 Liter, in der Mixrechnung: 5,2 Liter im Stadtverkehr, ausserstädtisch 4,3 Liter.
Dieser geringe Verbrauch wird, neben einem sowieso schon sparsamen i-DSI i-VTEC Benzinmotor, durch den Elektromotor und eine intelligente Motorsteuerung erzielt. Die benötigte Energie erhält der Elektromotor aus einem Akku. Dieser Akku muss aber nicht wie bei reinen Elektroautos über eine Steckdose aufgeladen werden. Er nutzt die Energie, die beim normalen Bremsen des Fahrzeuges entsteht. Der Elektromotor arbeitet in diesem Fall wie ein Generator und lädt den Akku wieder auf.
Bei geringen Geschwindigkeiten, wie im Stadtverkehr, kann es auch passieren, dass der Verbrennungsmotor gar nicht gebraucht wird. In diese Fall schaltet die Motorsteuerung den Motor ab. Das Auto wird nur durch den Elektromotor betrieben. Beim Halten, etwa an Ampeln, schaltet der Motor ganz ab.
Ein Motor, der nicht arbeitet, verbraucht keinen Kraftstoff. Diese Ersparnis hilft der Umwelt, aber sie senkt auch die Benzinrechnung des Fahrers.
Extrakraft durch Strom
Der Verbrennungsmotor kann vom Elektromotor unterstützt werden. Bei starker Beschleunigung arbeiten beide Motoren zusammen, das ergibt im Honda Civic Hybrid bis zu 15 kW (20 PS) zusätzliche Leistung, die sauber per Strom erzeugt wird.
Bessere Luft und mehr Ruhe in der Stadt
Besonders im Stadtverkehr kann der Elektroantrieb seine Vorteile nutzen. Der Verbrennungsmotor muss weniger arbeiten oder kann sogar ganz abgeschaltet werden, wodurch gerade in Innenstädten die Abgasbelastung gesenkt wird. Dazu arbeitet der Elektromotor praktisch lautlos. Auch dieser Vorteil kommt besonders im Stadtverkehr zum Tragen.
nsgesamt spart man mit dem Hybridmotor gegenüber einem ähnlich starken Fahrzeug mit einem herkömmlichen 1,6l-Benzinmotor alleine etwa 1 Tonne CO2-Emissionen pro Jahr ein, wenn man eine Fahrleistung von 30.000 km zugrunde legt.
Hybridantrieb: So geht's
Der Hybridmotor hat es in sich: Er spart Benzin und Geld, ist leiser, tut der Umwelt gut und verlangt keine ärgerlichen Kompromisse von Fahrer. Wie funktioniert das? Der Hybridmotor vereint zwei Motoren in einem Auto: einen herkömmlichen Benzinmotor und einen Elektromotor.
Warum soll ein Auto zwei Motoren haben? Und dazu noch so unterschiedliche wie einen Benzinmotor und einen Elektromotor? Weil sie sich optimal ergänzen können. Durch eine intelligente Steuerung wird derjenige Motor genutzt, der für die aktuelle Fahrsituation am effektivsten ist. Oder auch beide gemeinsam.
Der Benzinmotor arbeitet kraftvoll. Er ist für hohe Geschwindigkeiten und eine kraftvolle Beschleunigung ausgelegt. Darüber hinaus ermöglichen Benzinmotoren hohe Reichweiten. Die Kehrseiten der Benzinverbrennung sind bekannt: Lärm- und Abgasentwicklung, eine schlechte Energieeffizienz, da nur wenig der eingesetzten Energie tatsächlich in Antriebsenergie umgesetzt wird.
Der Elektromotor ist ideal geeignet für geringe Geschwindigkeiten. Dazu arbeitet er lautlos ohne Abgase. Allerdings um den Preis einer geringen Reichweite.
Die Kombination beider Motoren ermöglicht es nun, die Vorteile der Konzepte zu nutzen, die Nachteile aber durch den Einsatz des jeweils anderen Motors auszugleichen. Da die Batterien, die den Elektromotor speisen, in verschiedenen Situationen während der Fahrt aufgeladen werden, entfällt auch das „Tanken“ an der Steckdose, wie es bei reinen Elektrofahrzeugen notwendig ist.
Zusätzlich zum Benzinmotor eines normal angetriebenen Autos befinden sich im Hybridauto ein Elektromotor und ein Akku, der die für den Betrieb des Elektromotors nötige Energie speichert. Eine intelligente Motorsteuerung wählt stets die bestmögliche Kombination der beiden Antriebsarten.
Präsentation zum Thema
Quellen
www.wissen.de
www.wikipedia.de
www.bmw.de
www.toyota.de
