Thomas52xxx
07.10.2017, 19:33

Editiert von
Thomas52xxx
07.10.2017, 20:26

+10Toyota Hybridantrieb der vierten Generation

Seit inzwischen 20 Jahren baut Toyota Autos mit Hybridantrieb. Also Fahrzeuge, die sowohl von einem Otto, als auch von zwei Elektromotren angetrieben werden. Inzwischen mehr als 10 Millionen.

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Bei Familie Thomas stand kürzlich der Kauf eines neuen Kraftfahrzeugs an. Nachdem ich bei Spritmonitor gesehen habe, dass aktuelle Benziner im Prospekt zwar mit 5 Litern angegeben sind, tatsächlich aber 7 Liter brauchen war mir klar, dass ich so ein Auto nicht möchte. Das kann auch das 13 Jahre alte Auto genauso gut. Wo bleibt da der technische Fortschritt?

Je mehr Liste gewälzt wurden um so länger wurden die Ausschlusskriterien. Diesel. Benziner mit Direkteinspritzung. Downsizing. Und immer stand ein Fahrzeug immer ganz oben auf den Listen. Der Prius von Toyota mit seinem Hybridantrieb. Mit 3,0-3,3 Litern auf 100km (70-76g CO2) gibt es kein anders so sparsames Fahrzeug das ausschließlich mit konventionellen Kraftstoffen betrieben wird.

Da ich die Dinge verstehen will habe ich den Antrieb nachgebaut. Dabei kommt mir entgegen, dass der 'Hybrid Synergy Drive' genannte Antrieb viele Teile, die ein herkömmliches Kraftfahrzeug ausmachen nicht hat. Keine Kupplung, kein Zweimassenschwungrad, kein Doppelkupplungsgetriebe, kein Anlasser, keine Lichtmaschine, keine Keil(rippen)riemen, kein Turbolader, keine Hochdruckeinspritzung sowie die ganze sensible Abgasnachbereitung eines Dieselmotor ('Chemiewerk im Auspuff') mit Partikelfilter, AdBlue-Betankung und verkokenden Abgasrückführungsventilen.

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Lediglich für den Planetenring und das große Zahnrad habe ich auf ein Teil zurückgegriffen, dass nicht in Billund, sondern im 3D-Drucker entstanden ist.

Die Übersetzungsverhältnisse, vom Differental abgesehen kommen dem Vorbild nahe.

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Die hier vorbildwidrig vorhandene Rutschkupplung ist ein Zugeständnis an die vorgesehene Motorisierung des Modells. Die Modellmotoren sind in der Geschwindigkeit nicht so exakt steuerbar, wie es erforderlich wäre.

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Der Planetenträger, auf dem die Umlaufräder befestigt sind ist mit der Kurbelwelle des Verbrenners (ICE) verbunden.

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Das Sonnenrad läuft in den Umlaufrädern und ist mit dem überwiegend als Generator dienenden Motorgenerator MG1 verbunden.

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Das Hohlrad ist sowohl mit dem Antriebsmotor MG2, als auch mit dem Achsantrieb verbunden.

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Eine Motorisierung mit SBrick und drei PF-Motoren habe ich probiert. Diese erfordert aber noch Entwicklungsaufwand der mit der SBrick-Software wohl nicht zu leisten ist.

Zur Funktion des Power Split Device genannten Planetengetriebes empfehle ich einen Beitrag im Priuswiki. Zudem gibt es eine nett gemachte Demo.
Zudem gibt es eine tolles englischsprachiges Video in dem der gesamte Antrieb zerlegt und erklärt wird.

Ach ja, eine Anhängerkupplung für den MOC-Transport hat der Neue auch.


Gruß
Thomas
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Lok24
08.10.2017, 09:35

Als Antwort auf den Beitrag von Thomas52xxx

Re: Toyota Hybridantrieb der vierten Generation

Hallo Thomas,

das ist ja mal was anderes!
Spannend, danke auch für die Links, habe aber nur die Hälfte verstanden.

Das Ding hat also zwei(!) Elektromotoren, die hauptsächlich dafür sorgen, dass der Motor immer im idealen Drehzahlbereich läuft?
Und wieso braucht man da keine Abgasreinigung?

Möglicherweise wäre ein EV3-Brick genau das richtige zum Antrieb, da hast Du geregelte Motoren und kannst die Zustände genau beeinflussen.

Grüße

Werner



Thomas52xxx
08.10.2017, 11:01

Als Antwort auf den Beitrag von Lok24

Re: Toyota Hybridantrieb der vierten Generation

Hallo Werner,

auch für mich als "Modellbauer" ist das was neues gewesen. Ein Technic-MOC gab es von mir nie, auch nichts raffiniert technisiertes. Auch wenn ich seit dem Erscheinen von Lego Technic in meiner weiteren Jugend kaum noch konventionell gebaut habe.

Mindstorms ist bisher noch nicht so meine Welt. Da müsste ich erst teuer einsteigen. Oder den vorhanden Raspi nutzen.

Der große Elektromotor MG2 ist quasi ein (Mit-)Antriebsmotor. Den kleinen MG1 habe ich vor allem als Steuermotor verstanden, der die Drehzahlverhältnisse zwischen Verbrenner und Differential regelt.

Durch das stufenlose Getriebe kann der Verbrennungsmotor überwiegend im idealen Drehzahlbereich betrieben werden. Da für das Anfahr-Drehmoment der Elektromotor vorhanden ist, kann der Verbrenner im Atkinson-Zyklus betrieben werden was den Wirkungsgrad (um die 40%) weiter verbessert.

Dadurch, dass der Verbrenner nicht über das gesamte Drehzahlband hohe Leistung bringen muss, reicht ein robuster 'Bauernmotor' mit 1,8 Litern Hubraum für 72 kW aus. Ohne Direkteinspritzung und Turbolader, die beim Abgas eines Ottos für Probleme sorgt. Stichworte Feinstaub und Stickoxide.

Beim Diesel ist es noch aufwändiger und teurer zeitgemäße Abgase zu erreichen. Deshalb gibt es auch im Segment unterhalb Polo/Corsa/Fiesta so gut wie keine Diesel. Die wären so teuer, dass sie niemand kaufen würde. Mit weiter verschärfenden Normen wird sich diese Grenze immer weiter nach oben schieben. Deshalb wurde ja der Betrug als Workaround versucht.

Eine etwas weniger technische Heranführung findest Du bei Heise-Autos.


Gruß
Thomas
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Lok24
08.10.2017, 11:51

Als Antwort auf den Beitrag von Thomas52xxx

Editiert von
Lok24
08.10.2017, 12:00

Re: Toyota Hybridantrieb der vierten Generation

Hallo Thomas,

danke für die Erklärungen.

Der Raspberry geht zwar auch, aber Du brauchst Motorendstufen, um PF-Motoren ansteuern zu können.
Mindstorms ist sehr leicht zu programmieren, das erste Programm läuft nach wenigen Minuten.

Man kann die Motoren sehr genau in der Drehzahl regeln, und sie behalten die auch bei, weil sie lastgeregelt sind.

Du hast recht, 300,-- sind weg, aber m.E. gut angelegt.

Mir macht das sehr viel Spaß, ich werde auf der Ausstellung in Abstgmünd ein kleines Rudel von einfachen Maschinen und Modellen zeigen, und auch die Programmierung vor Ort erklären.

Grüße

Werner



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