Ein bisschen Geschichte – wie hat sich Toyotas Hybridantrieb entwickelt?

Wir betreiben C-HR schon seit einiger Zeit in der Redaktion. Jeden Tag schätzen wir die Vorteile des Hybridantriebs in der Stadt, aber wir haben uns eine Weile gefragt, wie weit Hybrid Synergy Drive gegangen ist, bevor es zum neuesten Modell kam? Wenn Sie auch interessiert sind, lesen Sie weiter.

Haben Sie sich jemals gefragt, wie weit die Geschichte der Hybridantriebe gediehen ist? Entgegen dem Anschein ist diese Art von Erfindung nicht die Domäne der letzten Jahrzehnte oder so. Das erste Patent für ein Antriebssystem mit Verbrennungsmotor und Elektromotor gehörte William H. Patton, und es erschien ... vor 128 Jahren! Dieses Patent entwickelte das Patton Motor Car, einen Hybridantriebsstrang, der zum Antrieb von Straßenbahnen und kleinen Lokomotiven verwendet wurde. 1889 entstand ein Prototyp, acht Jahre später wurde die Serienversion der Lokomotive an die Eisenbahngesellschaft verkauft.

Ein Jahr zuvor rollte der Phaeton noch vor Pattons Seilbahnproduktion auf die Straßen. Nein, nicht dieser Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Wahrscheinlich das erste Hybridauto, oder besser gesagt ein Rollstuhl, der Geschichte. An Bord war ein 6,5-Liter-2-Zylinder-Verbrennungsmotor sowie ein Elektromotor. Das Schwungrad fungierte auch als Dynamo, der die Batterie auflud. Armstrong Phaeton hat bereits Bremsenergie zurückgewonnen, aber auf etwas andere Weise als heutige Hybride. Der Elektromotor wurde verwendet, um Lampen anzutreiben und den Verbrennungsmotor zu starten, und das wäre vielleicht nicht verwunderlich gewesen, wenn nicht die Tatsache gewesen wäre, dass er die Startautomatik von Cadillac um 16 Jahre überflügelte.

Interessiert? Wie wäre es mit einem halbautomatischen 3-Gang-Getriebe? Die Gänge mussten nicht komplett von Hand gewechselt werden. Lange bevor Synchronisierungen erfunden wurden und die Doppelkupplungstechnik in Vergessenheit geriet, betätigte ein Elektromotor beim Gangwechsel automatisch die Kupplung. Allerdings war der Armstrong-Phaeton-Motor … zu stark. Er beschädigte ständig die Holzräder, was später durch Hinzufügen von Verstärkungen an den Rädern beseitigt wurde.

Auch in der Automobilgeschichte hatte Ferdinand Porsche seine Verdienste. Der Lohner-Porsche Mixte Hybrid war ein Fahrzeug, das in späteren Versionen von Elektromotoren angetrieben wurde, einer für jedes Rad. Diese Motoren wurden von Batterien und dem Drehmoment eines Verbrennungsmotors angetrieben. Dieses Fahrzeug konnte bis zu vier Personen befördern und sich nur mit Strom oder nur mit einem Verbrennungsmotor fortbewegen.

Klingt gut? Nicht ganz. Mixte-Batterien bestanden aus 44 80-Volt-Zellen und wogen 1,8 Tonnen. Die Glieder waren nicht sehr stark, also wurden sie in einem geeigneten Koffer verschlossen und an Federn aufgehängt. Dies ist jedoch die Batterie selbst, und fügen wir ihr viele Elektromotoren hinzu. Die Erfindung von Lohner und Porsche wog mehr als 4 Tonnen. Obwohl es aus heutiger Sicht wie ein kompletter Fehlzünder aussieht, hat Mixte viele Ingenieure nachdenklich gemacht. Zum Beispiel die von Boeing und der NASA, die diesen Apparat sehr genau studiert haben. Mit Effekt, denn das LRV, mit dem die Missionen Apollo 15, 16 und 17 den Mond umrundeten, hatte viele Lösungen vom Lohner-Porsche-Mixte-Hybrid übernommen.

Die Geschichte der Hybriden ist ziemlich lang, also gehen wir von Anfang an direkt in die Gegenwart. Hybride, wie wir sie kennen, wurden erst Ende der 90er Jahre populär, als der Toyota Prius auf den japanischen Markt kam. Damals wurde erstmals – 1997 – der Name „Toyota Hybrid System“ verwendet, aus dem später „Hybrid Synergy Drive“ wurde. Wie sahen die einzelnen Generationen aus?

Erster Toyota Prius - Toyota Hybridsystem

Wir wissen bereits, dass die Idee eines Hybridautos nicht neu ist. Es dauerte jedoch mehr als 100 Jahre, bis dieses Konzept wirklich populär wurde. Der Toyota Prius war das erste in Serie produzierte Hybridauto. Vielleicht werden deshalb alle Hybriden eindeutig mit dem Prius in Verbindung gebracht. Aber schauen wir uns die technischen Lösungen an.

Obwohl die Produktion des Prius 1997 begann, war dieser Teil der Verkäufe nur für den japanischen Markt bestimmt. Der Export in andere Märkte, hauptsächlich in die USA, begann erst im Jahr 2000. Allerdings wurde das Exportmodell NHW11 gegenüber seinem Vorgänger (NHW10) leicht aufgewertet.

Unter der Haube des japanischen Hybrids befand sich ein 1.5 VVT-i-Motor mit variabler Ventilsteuerung, der nach dem Atkinson-Zyklus arbeitete. Die Annahmen waren mehr oder weniger die gleichen wie heute – der Benzinmotor wurde von zwei Elektromotoren unterstützt – einer arbeitete als Generator, der andere trieb die Räder an. Für die richtige Verteilung der Arbeit der Motoren war das Planetengetriebe verantwortlich, das als stufenloses CVT-Getriebe diente.

Es war kein sehr schnelles Auto mit einer Leistung von 58 PS. und 102 Nm bei 4000 U/min. Daher war die Beschleunigung eher bescheiden, ebenso wie die Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h. Was mich gefreut hat, war der niedrige Kraftstoffverbrauch, der im Durchschnitt unter 5 l / 100 km fallen konnte.

In der NHW11-Version wurden die meisten Komponenten verbessert, um eine bessere Leistung zu bieten. Die Leistung des Elektromotors wurde um 3 kW und das Drehmoment um 45 Nm gesteigert. Mechanische Verluste wurden reduziert und Geräusche wurden reduziert. Auch die maximale Motordrehzahl wurde um 500 U/min erhöht.

Der erste Prius war jedoch nicht ohne Mängel – er war nicht so zuverlässig wie die heutigen Modelle, es gab Probleme mit überhitzten Batterien und einige elektrische Komponenten (wie der Elektromotor) waren zu laut.

Prius II oder Hybrid Synergy Drive

2003 erschien ein weiterer Prius mit einem THS-Motor der zweiten Generation. Es hieß zunächst Hybrid Synergy Drive. Bevor wir in die Fahrt einsteigen, ist die ikonische Form erwähnenswert. Es ist nicht aus dem Nichts entstanden und hat sogar einen eigenen Namen - "Kammbak". Es wurde in den 30er Jahren vom Aerodynamiker Wunibald Kamm entwickelt. Die Karosserie mit hohem, zurückgeschnittenem Rücken ist stromlinienförmiger, es gibt keine Turbulenzen hinter dem Auto.

Während der Arbeit am Prius der zweiten Generation meldete Toyota bis zu 530 Patente an. Obwohl das Konzept als solches dem THS-Laufwerk ähnelte, wurden die Fähigkeiten des Plattensystems nur im HSD richtig genutzt. Das Potenzial des Elektromotors und des Verbrennungsmotors wurde angeglichen, im Gegensatz zu der früheren Idee, die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen, um die Produktivität zu steigern. Der zweite Prius startete und beschleunigte teilweise mit Hilfe eines Elektromotors. Die Leistung des elektrischen Teils des Antriebs wird um 50 % erhöht.

Diese Generation sah auch die Einführung eines elektrischen Klimakompressors vor, der keinen Verbrennungsmotor zum Kühlen oder Heizen des Fahrgastraums benötigte. Dabei ist es bis heute geblieben. Der Prius erhielt 2003 auch leichtere NiMH-Batterien. Die Anzahl der Zellen wurde reduziert und die Dichte des Elektrolyten erhöht. Außerdem wurde in diesem Modell erstmals der EV-Modus eingeführt, mit dem Sie nur mit dem Elektromotor fahren können.

Lexus hat eigene Varianten des Antriebsstrangs dieser Generation entwickelt. 2005 brachte er einen weiteren Elektromotor an der Hinterachse an und schuf so einen Allrad-Hybrid. Der dritte Motor arbeitete unabhängig vom Befehl an die Vorderachse – obwohl er natürlich von einem Regler gesteuert wurde, der Drehmoment und Drehzahldifferenz regelt.

Die ersten Lexus GS 450h und LS 600h zeigten, wie HSD mit leistungsstarken Motoren und Hinterradantrieb zusammenarbeiten kann. Dieses System war noch komplexer - insbesondere im Bereich der Übertragung. Ravigneaux-Planetengetriebe mit vier Wellen, zwei Kupplungen, die das Übersetzungsverhältnis des zweiten Motors relativ zu den Rädern ändern – es war nicht klar, ins Detail zu gehen. Dies sollte der Maschinenbauingenieur erklären.

Hybrid Synergy Drive III

Wir erreichen die vorletzte Generation des Hybridantriebs. Hier fand eine echte Revolution statt. 90% der Teile ersetzt. Der Verbrennungsmotor erhöhte das Arbeitsvolumen auf 1.8 Liter, die Elektromotoren wurden jedoch reduziert. Die Leistung stieg auf 136 PS, während der Kraftstoffverbrauch um 9 % sank. In dieser Generation konnten wir einen Fahrmodus auswählen - Normal, Eco und Dynamic.

Das HSD hat ein festes Übersetzungsverhältnis, sodass das Planetengetriebe, obwohl es einem CVT ähnelt, etwas völlig anderes ist. Der Außenring des Getriebes ist der MG2-Motor, das Sonnenrad ist der MG1-Motor und der ICE ist durch "Planeten" verbunden. Der Fahrer kann den Betrieb des Verbrennungsmotors und des Elektromotors irgendwie beeinflussen, aber das Gaspedal dient nur zur Kommunikation mit dem Computer. Wir sagen, wie wir beschleunigen möchten, und der Computer berechnet, wie die Straßenverhältnisse sind und wie sich die Arbeit von Elektro- und Verbrennungsmotor am besten kombinieren lässt.

Toyota C-HR oder HSD IV

Die vierte Generation des Antriebs erschien ... in der vierten Generation des Prius. Er hat es aber auch schon geschafft, in anderen Modellen Fuß zu fassen – zum Beispiel im C-HR. Das Quartett lehnt sich stark an den HSD III an, quetscht aber bei weniger Verbrauch noch mehr aus ihm heraus. „Mehr“ bedeutet jedoch nicht Leistung, da diese auf 122 PS reduziert wurde.

Zunächst wurden die Ladeeigenschaften der Batterien verbessert – neue Hybride sind in der Lage, große Energiedosen in kürzerer Zeit aufzunehmen. Der Wechselrichter verfügt über ein separates Kühlsystem und benötigt 30 % weniger Platz. Das Planetengetriebe wird durch ein zylindrisches ersetzt. Das gesamte Getriebe wurde neu konstruiert, sodass es 20 % weniger Verschwendung erzeugt.

Summe

Wir haben Teile von Toyotas Weg zu Fahrzeugen gesehen, die die Vorteile von Elektromotoren mit der Vielseitigkeit von Verbrennungsmotoren kombinieren. Es ist jedoch nicht die Festplatte selbst, die sich ändert. Auch das Konzept eines Hybridautos ändert sich. Dieser ist schon lange kein Prius mehr und hält Einzug in Autos, die etwas konventioneller aussehen. Hybride halten nach und nach Einzug in den Alltag. Wir sehen sie überall in großen Städten. 

Einer von ihnen ist der Toyota C-HR, der diejenigen ansprechen wird, die sich in einem interessanten Crossover durch die Stadt bewegen möchten, aber einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und Geräuschlosigkeit schätzen. Es gibt auch ein wachsendes Bewusstsein für die Notwendigkeit, die Umweltverschmutzung zu reduzieren – und obwohl Autos hier nicht die Quelle allen Übels sind, sind sie ein Teil davon, also muss etwas dagegen unternommen werden. Toyota verzeichnet Jahr für Jahr ein deutliches Wachstum beim Verkauf von Hybridfahrzeugen. Nicht dank des Prius – dank Autos wie dem Auris oder dem C-HR – noch im Portemonnaie, in gewohnter Verpackung, aber mit verbessertem Antriebsstrang, dessen Mehrwert erprobte Zuverlässigkeit ist.

Wann kommt die nächste Generation? Wir wissen es nicht. Wir werden wohl noch ein paar Jahre warten. Der Antriebsstrang der neuesten Toyota-Hybride erreicht jedoch bereits ein unglaublich hohes Maß an Raffinesse.