Schule : Toyotas für eine bessere Umwelt

Elektromotoren, Hybridantriebe und zukunftsweisende Brennstoffzellenfahrzeuge

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Er beherrscht die Antriebstechnik unserer Autos von Beginn an und wird das aller Voraussicht auch noch für mehrere Jahrzehnte tun – der klassische Verbrennungsmotor mit seinen sich auf und ab bewegenden Kolben, die ihre Energie an eine Kurbelwelle weitergeben. Doch schon in der Frühzeit gab es eine Vielzahl von Konkurrenten – allen voran den Elektromotor, der vor allem in den ersten beiden Jahrzehnten nach der Jahrhundertwende eine besondere Rolle spielte, ehe er in den Hintergrund gedrängt wurde. Und selbst Autos mit Dampfmotoren brachten es zeitweise auf beachtliche Stückzahlen. Daneben gab es Versuchsfahrzeuge mit Gasturbinen, Stirlingmotoren und Druckluftantrieben, um ein paar der weiteren Systeme zu nennen, die allerdings den Durchbruch als Fahrzeugantrieb nicht schafften.

Der könnte künftig allerdings dem Elektromotor gelingen. Denn wenn der seinen Strom statt aus einer Batterie aus einer Brennstoffzelle bezieht, kann das zu einem durchaus alltagstauglichen und wirtschaftlichen Antrieb führen, der mit regenerativen Betriebsstoffen für die Brennstoffzelle auch besonders umweltverträglich wäre. Schon gegen Ende des Jahrzehnts sollen die ersten serienreifen Autos mit Brennstoffzelle auf den Markt kommen – erste Kleinserien sind bereits jetzt am Start. Daneben spielt der Elektromotor auch eine wichtige Rolle in den verschiedensten Hybridautos, in denen der eine Komponente eines Systems aus Verbrennungsmotor und Elektromotor ist.

Zu diesen Fahrzeugen zählt zum Beispiel der Toyota Prius – eines aus einer Fülle von sehr unterschiedlichen Projekten, mit denen Toyota als drittgrößter Hersteller von Personenwagen daran arbeitet, neue umweltverträgliche Antriebssysteme zu entwickeln. Dabei hat es der Prius bis zur Serienfertigung geschafft und seine Alltagstauglichkeit bereits vielfach unter Beweis gestellt.Seit 2001 gibt es den Prius auch in Deutschland. Erst kürzlich hat die Berliner Senatsverwaltung für Stadtentwicklung eine Kooperation mit Toyota begonnen, bei der drei Prius beim Pflanzenschutzamt, der Berliner Forsten und der Stiftung Naturschutz eingesetzt werden.

Nur 5,1 l/100 Kilometer

Angetrieben wird der Prius von einem Toyota Hybridsystem, bei dem entweder ein abgasarmer 1,5-Liter-Benzinmotor oder ein Elektromotor oder beide Aggregate gleichzeitig für den Vortrieb des fünfsitzigen Fahrzeugs sorgen. Das beschleunigt binnen 13,4 Sekunden auf Tempo 100, erreicht bis zu 160 km/h und verbraucht gerade einmal 5,1 l /100 km und stößt nur 120 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer aus.

Ein weiteres Projekt von Toyota ist der Previa 4x4 – das erste Hybridauto mit Vierradantrieb, das in Japan seit 2001 auf dem Markt ist und sich als umweltgerechtes Familien- und Lifestyle-Fahrzeug mit geringen Emissionen profiliert und ebenso als mobiles Büro, als Fahrzeug zur medizinischen Versorgung und als kompaktes Wohnmobil eingesetzt werden kann. Es kann ausreichend Strom auch für den Betrieb etwa medizintechnischer Geräte zu erzeugen – 1,5 kW bei einer Spannung von 100 Volt .

Der Hybridantrieb des Previa 4x4 besteht aus einem modernen 2,4-Liter-Vierzylinder-Benzinmotor mit variabler Ventilsteuerung, der im THS-C-Hybridsystem mit zwei Elektromotoren und einem Kraftverteiler kombiniert ist, der den Energiefluss steuert. Der Benzinverbrauch liegt – im japanischen Testzyklus – bei 5,6 l/100 km und seine Emissionen sind extrem niedrig. Der Benzinmotor treibt als Hauptantriebsquelle die Vorderräder des Previa 4x4 an. Diesen Vorderrad-Antrieb unterstützen kann einer der beiden Elektromotoren, während der andere bei Bedarf die Hinterräder antreibt. Und bei normaler Fahrt kann ein Teil der Antriebsenergie des Benzinmotors genutzt werden, größere Akkus an Bord aufzuladen, die den Strom liefern, wenn das Fahrzeug im Stadtverkehr oder bei erhöhter Verkehrsdichte allein mit Elektroantrieb fährt.

Umweltfreundlich ausgelegt ist auch der Yaris Linea Eco, der seit 1999 in Deutschland auf dem Markt ist und über eine intelligente Leerlauf-Abschaltung verfügt, die unnötigen Benzinverbrauch vermeidet. Das Stop & Go- System schaltet den Motor ab, sobald der Yaris Eco steht. Will der Fahrer weiterfahren, startet der Motor automatisch. Der bis zu 155 km/h schnelle Yaris Linea Eco spurtet binnen 13,8 Sekunden auf Tempo 100 und verbraucht lediglich 5,0 l/100 km.

In Japan in der Limousie Crown auf dem Markt ist der „Mild-Hybrid" THS-M. Das ist ein einfach aufgebautes und leicht adaptierbares Hybridsystem, das sich zur Verwendung in verschiedenen Fahrzeugen und zur Nachrüstung eignet. Seine drei Hauptbestandteile sind ein kleiner Elektromotor/Generator, der mit einem Hilfs-Antriebsriemen mit dem Motor verbunden ist, ein 36-Volt-Akku zur Stromversorgung und ein Steuergerät. Sobald das mit THS-M ausgerüstete Fahrzeug zum Stillstand kommt, wird die Leerlauf-Abschaltung aktiviert. Zum erneuten Anfahren stellt der Elektromnotor die Energie bereit und startet den Verbrennungsmotor. Und beim Verzügern und Bremsen arbeitet der Elektromotor als Generator. Erreicht wird durch dieses System eine Benzin-Ersparnis von bis zu 15 Prozent.

Auf dem Weg zum sauberen Diesel schließlich setzt man bei Toyta auf DPNR – das steht für Diesel Particulate Nox Reduction. Das System kann zugleich Rußpartikel und Stickoxide in den Abgasen reduzieren. So emittieren mit DPNR ausgerüstete Common-Rail-Diesel von Toyota bis zu 80 Prozent weniger Rußpartikel und Stickoxide und unterschreiten damit problemlos die Werte der Abgasnorn EU4.

Leicht und besonders sauber

Mit einem extrem sauberen Diesel ausgestattet ist schließlich das Konzeptfahrzeug ES3, in dem alle derzeit verfügbaren Techniken zur Verbrauchs- und Emissionsenkung gebündelt werden. ES3 ist extrem leicht, denn das Fahrzeug wiegt gerade einmal 700 Kilogramm. Als Antrieb dient ein hocheffizienter 1,4-Liter-Turbodiesel mit Ladeluftkühler und Common Rail, der den Wagen binnen zehn Sekunden Tempo 100 erreichen lässt. Dieser Motor ist mit einem stufenlosen Getriebe (CVT-Getriebe) kombiniert. Mit intelligenter Abgasrückführung. Stop & Go-Management und der DPNR-Technik verbraucht der ES3 gerade einmal 2,7 l Disel/100 km und erfüllt sogar die für Benziner geltende Abgasnorm EU4. Zu den Systemen an Bord des ES3 gehört auch ein regeneratives Bremssystem, das seine Energie in einem 42-Volt-Kondensator speichert.

Abgerundet wird die Palette besonders umweltfreundlicher Fahrzeug von Toyota durch das Brennstoffzellen-Hybridfahrzeuge FCHV. Sein Antriebsstrang besteht aus einer 90 kW leistenden Brennstoffzelleneinheit von Toyota, die aus einem Hochdruck-Wasserstofftank versorgt wird, und einem 80-kW-Elektromotor. Ergänzt wird dieses System durch einen Nickel-Metallhydrid-Sekundärakkumulator, der beim Beschleunigen zusätzliche Energie bereitstellt und durch regeneratives Bremsen während er Fahrt wieder aufgeladen wird. Gesteuert werden die verschiedenen Systeme durch Hybridsysteme von Toyota. Der FCHV ist bis zu 150 km/h schnell und hat eine Reichweite von rund 250 Kilometer. Sein Gesamtwirkungsgrad ist drei Mal so hoch wie der eines herkömmlichen benzingetriebenen Automobils. Schon zum Jahresende soll eine Kleinserie von 20 Fahrzeugen auf den Markt kommen. Horst Heilbronner

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