Seite 2: Benzin und Batterie vereint

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Optimaler Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors

Der Clou eines CVT: Es ist nicht nur komfortabel, sondern hält den Verbrennungsmotor auch weitgehend im optimalen Drehzahlbereich. Das senkt den Spritverbrauch, denn gerade bei Teillast hat ein Benzinmotor durch die Drosselklappenverluste einen schlechten Wirkungsgrad. Ist der Motor also beim langsamen Dahinzockeln unterfordert, wird mehr Strom vom Generator angefordert, und der Motor kommt in einen besseren Leistungsbereich („Lastpunktanhebung“). Ein weiterer Vorteil: „Mit CVT-Getrieben kann ich den Motor in extrem niedrigen Drehzahlen laufen lassen. Wenn ich dann beschleunigen will, käme ich normalerweise nicht vom Fleck. Durch die schnelle Übersetzungsänderung des CVT und die Unterstützung des E-Motors kann aber auch dann ein sehr spontanes Verhalten erreicht werden“, sagt Antriebsforscher Lenzen.

Abgespeckter Benziner

Durch den Elektroantrieb in der Hinterhand kann der Verbrennungsmotor zugleich sparsamer ausgelegt werden. Beim Prius arbeitet ein Benziner nach dem sogenannten Atkinson-Prinzip. Dabei schließen die Einlassventile – anders als beim konventionellen Ottomotor – erst nach dem unteren Totpunkt des Kolbens. Die Vorteile sind ein sparsamer Betrieb und ein sanftes Anspringen. Das wird zwar mit einem geringen Drehmoment in den unteren Drehzahlbereichen bezahlt, doch die Unterstützung durch E-Motoren kann dieses Manko ausgleichen. BMW hat allerdings angekündigt, beim Verbrennungsmotor für Hybridfahrzeuge trotzdem „keinerlei Downsizing“ vornehmen zu wollen.

Der Nachteil des Prius-Konzepts: Ein Teil der Leistung muss immer beim Generator landen – deshalb heißt das Prinzip „leistungsverzweigt“. Diese abgezweigte Energie kann zunächst in den Batterien zwischengelagert werden, bis sie wirklich gebraucht wird. Doch wenn die Akkus voll sind, geht der Strom unabhängig vom Bedarf an den Elektromotor, von dem er dann wieder in mechanische Energie zurückverwandelt wird – ein verlustreiches Hin und Her.

Grenzen der Leistungsverzweigung

Trotzdem ist Toyota auch bei seinen anderen Hybridmodellen der Leistungsverzweigung treu geblieben. Allerdings ist mit dem Geländewagen Lexus RX 400h ein neues Element in den Hybrid-Antriebsstrang eingezogen: ein zweites Planetengetriebe, das die Drehzahl des Elektromotors um den Faktor 2,5 untersetzt. Dadurch kann eine kleinere und leichtere hochdrehende E-Maschine verwendet werden. Da die maximale Drehzahl des E-Motors die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs begrenzt, hat dieses Untersetzungsgetriebe in den Limousinen Lexus GS 450h und LS 600h zwei Gänge bekommen – anders wären die klassengemäßen 250 km/h Höchstgeschwindigkeit kaum zu erreichen gewesen.

Um den Vorsprung von Toyota aufzuholen, haben sich General Motors, Daimler und BMW sowie VW, Audi und Porsche zu Entwicklungskonsortien zusammengeschlossen. Beide Gruppen arbeiten daran, den Verlust durch die Leistungsverzweigung einzudämmen – doch ansonsten unterscheiden sich ihre Ansätze diametral voneinander: Daimler und Konsorten wagen sich an mehr Komplexität, Porsche und Partner setzen auf mehr Einfachheit.