Volkswagen Touareg und Porsche Cayenne: Serienstart für Parallel-Vollhybrid-Technologie von Bosch
? Erstmalig Vollhybrid-Fahrzeuge mit Parallel-Technik auf dem Markt
? Intelligente Antriebssteuerung als Schlüssel für perfekten Komfort
? Leistungselektronik, E-Maschine und adaptive Kupplung von Bosch
Mit Hybrid-Technologie von Bosch startete kürzlich die Serienproduktion der Hybrid-Varianten des Volkswagen Touareg und Porsche Cayenne S. Beide Modelle sind erstmalig als Parallel-Vollhybrid ausgelegt. Neben zentralen Komponenten wie Leistungselektronik und elektrischer Maschine liefert Bosch mit der Steuerung auch das „Gehirn“: Die Motronic für Hybridfahrzeuge regelt, wann E-Maschine, Verbrennungsmotor oder beide zusammen arbeiten.
Volkswagen und Porsche setzen bei ihren Hybridfahrzeugen jeweils auf einen per Kompressor aufgeladenen 3,0-Liter-Sechszylinder-V-Motor mit Direkteinspritzung und 8-Gang-Automatikgetriebe. Der V6-Motor leistet 245 Kilowatt (333 PS) und stellt ab 3 000 Umdrehungen pro Minute 440 Newtonmeter Drehmoment bereit. Ergänzt wird das Aggregat durch einen Integrierten Motor Generator (IMG) von Bosch. Die wassergekühlte E-Maschine ist einschließlich einer eigenen Kupplung in einem Hybridmodul zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe platziert, wo es mit einem Durchmesser von 30 Zentimetern und einer Länge von nur 145 Millimetern ausgesprochen wenig Bauraum beansprucht. Der IMG hat 34 Kilowatt Leistung und ein maximales Drehmoment von 300 Newtonmetern. Damit können Volkswagen und Porsche maximal 50 bis 60 Kilometer pro Stunde rein elektrisch fahren, sofern der Ladezustand der Nickel-Metall-Hydrid-(NiMH)-Batterie es zulässt. Diese hat eine Kapazität von 1,7 Kilowattstunden bei 288 Volt Spannung. Beim Bremsen gewinnt der dann als Generator arbeitende E-Motor kinetische Energie zurück, die in der Hochvolt-Batterie gespeichert wird.
Geht der Fahrer vom Gas, wird bis zu einer Geschwindigkeit von rund 160 Kilometern pro Stunde die sogenannte Segelfunktion aktiviert: Der Verbrennungsmotor geht automatisch aus und das Fahrzeug rollt ohne Kraftstoff zu verbrauchen frei, wobei alle Sicherheits- und Komfortsysteme uneingeschränkt weiter funktionieren. Auch beim Bremsen geht alles automatisch. Die Systemsteuerung errechnet anhand des Bremspedalweges, welches Bremsmoment durch den IMG elektrisch gestellt werden soll. Sicherheitssysteme wie ABS oder ESP bleiben auch hier unbeeinflusst ? sie haben generell Vorrang.
„Boosten“ mit der E-Maschine
Hat es der Fahrer eilig, arbeiten E-Maschine und Verbrennungsmotor zusammen. Dann sprinten Volkswagen und Porsche in 6,5 Sekunden von Null auf 100 Kilometer pro Stunde. Bei diesem „Boosten“ steigt die Leistung auf 279 Kilowatt (380 PS), wobei der Fahrer bis zu 580 Newtonmeter Drehmoment abrufen kann. Gegenüber dem V8 aus den Fahrzeugen der ersten Generation verbrauchen die Hybridfahrzeuge bis zu 40 Prozent weniger Kraftstoff. Im EU-Zyklus sinkt der Verbrauch auf 8,2 Liter Benzin auf 100 Kilometer und damit auf 193 Gramm CO2 pro Kilometer. Zudem erfüllen beide Fahrzeuge die Euro 5-Norm und den US-Abgasstandard ULEV 2.
Intelligente Steuerung als Schlüssel für perfekten Komfort
Das reibungslose und damit komfortable Miteinander von Verbrenner und E-Motor ist dem perfekten Zusammenspiel moderner Steuerungstechnologie und optimierter Hybrid-Komponenten zu verdanken. Dank der Entwicklung von Benzin-Einspritzsystemen kann Bosch auf diesem Bereich auf langjährige Erfahrungen zurückgreifen. „Bei der Hybridsteuerung haben wir Bewährtes mit Innovativem verknüpft. Als Basis diente die Motronic, die bereits bei vielen direkteinspritzenden Benzinfahrzeugen ihren Dienst tut. Wir haben zusätzlich die für einen Hybridantrieb notwendigen Funktionen integriert, die wir gemeinsam mit unseren Kunden entwickelt haben“, erklärt Dr. Matthias Küsell, Leiter Entwicklung und Kundenprojekte für Hybrid- und Elektrofahrzeuge bei Bosch.
Gerade die Übergänge zwischen elektrischem, hybridem und verbrennungsmotorischem Fahren waren eine Herausforderung. Denn der Komfort sollte beim Wechsel zwischen Antrieb und Generatorbetrieb in keiner Weise beeinträchtigt werden. Um das zu gewährleisten, hat die Steuerung ständigen Zugriff auf Sensordaten aus Verbrennungsmotor, E-Maschine, Batterie, Kupplung und anderen Komponenten. Damit analysiert und regelt die Steuerung in Echtzeit das Zusammenspiel der Antriebe. Ausführende Komponente ist eine adaptive Kupplung, die für seidenweiche Übergänge sorgt. Sie stellt sicher, dass E-Maschine und Motor im Augenblick der Momentenübergabe exakt mit der gleichen Drehzahl laufen. Küsell sieht darin das technologische Herzstück der Parallel-Hybrid-Technologie.
Hybride und Direkteinspritzer ergänzen sich perfekt
Wichtige Voraussetzung dafür ist der V6-Motor mit Kompressoraufladung. Die Motronic steuert den Verbrennungsmotor bis auf die einzelne Einspritzung genau. Über einen zusätzlichen CAN-Bus tauscht sie zudem alle relevanten Daten mit den Hybrid-Komponenten, Leistungselektronik und Batterie aus. Zudem senkt der effiziente Direkteinspritzer die Abgasemissionen. Verbrenner und E-Maschine ergänzen einander so perfekt, dass Parallel-Hybride ganz neue Komfortlösungen eröffnen. Active Damp Control nennt Bosch das Konzept, das Sechszylindern das sänftenartige Fahrgefühl viel größerer Motoren verleiht. Künftig kann es systembedingte Nachteile kleiner Turbomotoren, wie etwa die Anfahrschwäche ausbügeln und damit extrem sparsamen Downsizing-Konzepten den Weg in den Massenmarkt ebnen.
Optimierte Komponenten weisen Weg in den Massenmarkt
Im Vergleich zu anderen Hybridkonzepten ist die Parallel-Vollhybrid-Technik kostengünstiger darstellbar. So wird nur eine elektrische Maschine benötigt, die sowohl dem Antrieb als auch der Stromerzeugung dient. Damit die umweltfreundliche Technik breite Anwendung in verschiedenen Fahrzeugklassen findet, entwickelt Bosch die Systeme auf Komponenten-Ebene permanent weiter ? etwa im Hinblick auf das Bauvolumen der Leistungselektronik. Trotz des Spagats zwischen robuster Auslegung sowie maximaler Effizienz und möglichst geringem Bauraum konnten die Entwickler das Volumen der Leistungselektronik zwischenzeitlich ohne Leistungseinbußen um ein Drittel auf zehn Liter verringern. „In der nächsten Generation wollen wir fünf Liter schaffen“, sagt Küsell. Bei der Leistungselektronik handelt es sich um eine Kernkomponente, die zwischen Hochvoltbereich des Elektroantriebs und 12-Volt-Bordnetz vermittelt und deren Inverter den Gleichstrom der Batterie in dreiphasigen Wechselstrom für die E-Maschine wandelt ? und umgekehrt.
Die Bosch-Gruppe ist ein international führendes Technologie- und Dienstleistungsunternehmen. Mit Kraftfahrzeug- und Industrietechnik sowie Gebrauchsgütern und Gebäudetechnik erwirtschafteten rund 275 000 Mitarbeiter im Geschäftsjahr 2009 einen Umsatz von 38,2 Milliarden Euro. Die Bosch-Gruppe umfasst die Robert Bosch GmbH und ihre mehr als 300 Tochter- und Regionalgesellschaften in über 60 Ländern; inklusive Vertriebspartner ist Bosch in rund 150 Ländern vertreten. Dieser weltweite Entwicklungs-, Fertigungs- und Vertriebsverbund ist die Voraussetzung für Wachstum. Pro Jahr gibt Bosch mehr als 3,5 Milliarden Euro für Forschung und Entwicklung aus und meldet rund 3 800 Patente weltweit an. Mit allen seinen Produkten und Dienstleistungen fördert Bosch die Lebensqualität der Menschen durch innovative und nutzbringende Lösungen.
Das Unternehmen wurde 1886 als „Werkstätte für Feinmechanik und Elektrotechnik“ von Robert Bosch (1861-1942) in Stuttgart gegründet. Die gesellschaftsrechtliche Struktur der Robert Bosch GmbH sichert die unternehmerische Selbständigkeit der Bosch-Gruppe. Sie ermöglicht dem Unternehmen, langfristig zu planen und in bedeutende Vorleistungen für die Zukunft zu investieren. Die Kapitalanteile der Robert Bosch GmbH liegen zu 92 Prozent bei der gemeinnützigen Robert Bosch Stiftung GmbH. Die Stimmrechte sind mehrheitlich bei der Robert Bosch Industrietreuhand KG; sie übt die unternehmerische Gesellschafterfunktion aus. Die übrigen Anteile liegen bei der Familie Bosch und der Robert Bosch GmbH.
Mehr Informationen unter www.bosch.com.