Gliederung: 1. Der PRIUS 2. Hybridkonzepte 3. Motor und seine Betriebspunkte 4. Einsatz des Motors im Antriebsstrang

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2 Gliederung: 1. Der PRIUS 2. Hybridkonzepte 3. Motor und seine Betriebspunkte 4. Einsatz des Motors im Antriebsstrang 2

3 1. Der PRIUS 3

4 1. Der PRIUS Der Prius ist ein Pkw des japanischen Automobilherstellers Toyota, bei dem ein Hybrid Synergy Drive genannter Benzin/Elektro-Hybridantrieb zum Einsatz kommt. Erstes Großserienmodell mit eingebautem Hybridmotor. NHW20 Toyota Prius II ( ) Produktionszeitraum: Motoren: Länge: Breite: Höhe: Radstand: Leergewicht: Hybridmotor: 1,5 l Ottomotor V- Elektromotor, 50 kw 4450 mm 1725 mm 1490 mm 2700 mm 1375 kg 4

5 1. Der PRIUS erste Generation dieses Fahrzeugs in Japan ab Ende 1997 im Marktsegment der Kompaktklasse größere zweite Generation wurde Ende 2003 vorgestellt zählt nun zur unteren Mittelklasse seit Frühjahr 2009 weltweit die dritte Modellgeneration 5

6 2. Hybridtechnik 6

7 2. Hybridtechnik Kombination von Benzin- und Elektromotor in Verbindung strömungsgünstigen Karosserieform für niedrigen Benzinverbrauch und geringe Emission Prius kein Elektroauto Nickel-Metallhydrid-Akkumulator wird über Generator vom Motor und per Rekuperation (Energierückgewinnung) geladen für lange Lebensdauer wird Batterie niemals vollständig ent- und geladen Prius verfügt über automatisches Energiemanagement-System (entscheidet selbstständig welcher Motor wann eingesetzt wird) 7

8 2. Hybridtechnik Man unterscheidet drei Arten von Hybridkonzepten 1. Serieller Hybridantrieb 2. Paralleler Hybridantrieb 3. Leistungsverzweigtender Hybridantrieb 8

9 2. Hybridtechnik 1.Serieller Hybridantrieb Serielle Hybridantriebe lange Zeit nicht realisiert angestrebte maximale Leistung des Fahrzeugs sollte vom Verbrennungsmotor und Elektromotor bereitgestellt werden Antrieb jedoch sehr schwer und teuer aktuell Range Extendern im Gespräch hier Verbrennungsmotor nur im Notfall um Akkumulator aufzuladen vergrößert Reichweite daher deutlich geringere maximale Leistung nötig 9

10 2. Hybridtechnik 2. Paralleler Hybridantrieb Elektromotor wirkt mit Verbrennungsmotor gemeinsam auf den Antriebsstrang In mindestens einem Betriebszustand sind die Kräfte oder Drehmomente der einzelnen Antriebe gleichzeitig verfügbar Vorteil: ermöglicht schwächere Auslegung des Elektromotors und des Verbrennungsmotors, Kosten, Gewicht, Kraftstoff und Bauraum sparend 10

11 2. Hybridtechnik 3. Leistungsverzweigtender Hybridantrieb neben Verbrennungsmotor, Kombination zweier elektrischer Maschinen (Generator und Motor) Ein Teil der Leistung des Verbrennungsmotors wird mechanisch auf die Antriebsräder übertragen, ein weiterer Teil der Leistung wird über die als elektrisches Getriebe arbeitende Motor-Generator-Kombination auf die Räder übertragen. Vorteil: Verbrennungsmotor kann in verbrauchsgünstigen Lastbereich arbeiten, unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit. 11

12 2. Hybridtechnik 12

13 2. Motor und seine Betriebspunkte 13

14 2. Motor und seine Betriebspunkte Prius 1, 2 und 3 haben einen Saugmotor mit sequenzieller Saugrohreinspritzung (ohne Aufladung) arbeitet im Atkinson-Zyklus Einlassventile schließt erst sehr spät Verdichtungstakt beginnt nicht am unteren Totpunkt des Kolbens sondern erst später erfordert intelligente Steuerung des Öffnungs- und Schließzeitpunktes des Einlassventils durch Verstellung der Nockenwelle (VVT-i) damit ist Beginn des Kompressionstaktes optimal an die Betriebsbedingungen des Motors angepasst durch noch geöffnetes Einlassventil strömt ein Teil der Zylinderfüllung wieder heraus Verdichtung setzt erst ein wenn das Einlassventil schließt 14

15 2. Motor und seine Betriebspunkte Animierte Darstellung eines Atkinson-Motors von Matt Keveney 15

16 2. Motor und seine Betriebspunkte Vorteile: Füllgrad des Zylinders mit dem Zeitpunkt ist bestimmbar Drosselklappe kann also viel weiter geöffnet bleiben, was deutlich die Pumpverluste reduziert Kompressions- und Expansionsverhältnis können unterschiedliche Werte annehmen Expansionsverhältnis des Prius etwas 13:1, Verdichtung nur etwa 7:1 Damit höhere Ausnutzung der Verbrennungsenergie und eine Reduzierung der Schadstoffemission. 16

17 2. Motor und seine Betriebspunkte Nachteile: vergleichsweise niedrige maximale Motordrehzah im unteren Drehzahlbereich relativ geringes Drehmoment Dadurch ist ein Einsatz als ausschließlichen Antrieb im Auto nahezu ausgeschlossen -> (mit sehr großen Hubräumen möglich doch dann kein Verbrauchsvorteil mehr) braucht eine relativ hohe Drehzahl, um Leistung abgeben zu können 17

18 2. Motor und seine Betriebspunkte Als Hybridantriebes können diese Nachteile vom Elektromotor ausgeglichen werden Der maximale Wirkungsgrad des P2 Motors ist 230g/kWh, macht 39% Der maximale Wirkungsgrad des P3 Motors ist 220g/kWh, macht 41% (Heizwert Benzin ~11kWh/kg) 18

19 4. Einsatz des Motors im Antriebsstrang 19

20 4. Einsatz des Motors im Antriebsstrang Beim Anfahren und bei geringer Beschleunigung des Fahrzeuges sowie beim Rückwärtsfahren wird der Prius, sobald der Motor die nötige Betriebstemperatur erreicht hat und solange es der Ladezustand der Batterie erlaubt, ausschließlich durch den Elektromotor angetrieben und hat in diesen Phasen keinen Benzinverbrauch. 20

21 4. Einsatz des Motors im Antriebsstrang Normales Fahren: Volllastbetrieb: Die Reichweite des Elektromotors allein, wenn der Benzinmotor manuell abgeschaltet wird, beträgt bei voller Batterie maximal zwei Kilometer bei 50 km/h oder vier Kilometer bei 25 km/h. 21

22 4. Einsatz des Motors im Antriebsstrang Bei Stop-and-Go-Verkehr wird der Motor zum Beschleunigen genutzt, jedoch automatisch wieder abgeschaltet. Das Abschalten erfolgt in der Regel immer dann, wenn das Gas weggenommen wird, also beim Bergabfahren, beim Bremsen oder beim Ausrollen. Erst wenn der Ladestand der Batterie unter das Mindestniveau fällt, wird der Benzinmotor in diesen Phasen nicht mehr abgeschaltet. Rekuperation: Batterie laden: 22

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