PSA Hybrid HDi: Die europäische Lösung

29.03.2006

PSAs Hybrid-Studien bauen auf die aktuellen Serienmodelle Peugeot 307 und Citroën C4 auf

Toyotas Hybrid-Entwicklung hatte den US-Markt und dort die besonders restriktiven Gesetzesvorgaben in Kalifornien im Fokus, der Marketing-Erfolg in Europa ist nur ein gern gesehener Mitnahme-Effekt. Entsprechend wurde das Konzept ausgelegt. Im Prius werkelt ein kleiner Benzinmotor, der in den US-typischen Geschwindigkeitsbereichen und Lastprofilen nie an seine Grenzen gerät, im Lexus-SUV paart sich ein V6-Benziner mit der Elektrotechnik, um angemessene Dynamik mit akzeptablem Benzinverbrauch zu paaren. Eine Hybrid-Lösung mit Dieselmotor war auf Grund der amerikanischen Vorurteile gegen diese Antriebsart im PKW und der fehlenden Grundversorgung mit schwefelarmem Treibstoff bisher kein Thema. In Europa müssen die Vorgaben anders definiert werden. Die Verbrauchswerte des Prius sind gut, für einen Benziner, aber es gibt eine Reihe von Dieselfahrzeugen, die genauso gut oder sogar besser sind. Nur um ein emissionsreduziertes Fahrzeug zu fahren, werden nur wenige Käufer den Aufpreis für den Kombiantrieb zu zahlen bereit sein. Erst die Kombination eines sauberen und verbrauchsgünstigen Dieselmotors mit einem Elektromotor trifft die Vorlieben europäischer Autofahrer wirklich.

PSA, einer der Vorreiter in der Dieselentwicklung, präsentierte auf dem Genfer Salon zwei Studien mit einem HDI-Hybridantrieb. In einem sonst vollkommen serienmäßigen Peugeot 307 und einem Citroën C4 Coupé arbeitet ein Parallel-Hybrid. Bei diesem Konzept dient in erster Linie der Verbrennungsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs. In Kombination mit einem herkömmlichen Getriebe wird ihm ein Elektromotor zugeordnet, der die Energie der Batterien benutzt.

Die Rückgewinnung der kinetischen Energie in den Verzögerungs- und Bremsphasen des Fahrzeugs sorgt für das Aufladen der Batterien. Der Antrieb im Elektrobetrieb findet in erster Linie in Situationen statt, in denen der Verbrennungsmotor wenig wirkungsvoll ist, speziell bei geringer Last. Je nach Betriebssituation kann auch nur mit dem Elektroantrieb gefahren werden.

Der Motorraum präsentiert sich gewohnt, außer einigen Schriftzügen deutet nichts auf die neue Technik hin.

Da die vom Verbrennungsmotor auf die Räder übertragene Leistung in erster Linie auf mechanischem Wege erfolgt, erreicht man einen hohen Wirkungsgrad unter allen Einsatzbedingungen und damit einen sehr günstigen Verbrauch in allen Fahrsituationen. Der Verbrauch eines Benzin-Hybriden liegt in der Nähe eines Fahrzeugs mit Diesel-Verbrennungsmotor mit identischen technischen Daten wie Gewicht, Cw-Wert und Abmessungen. Beim CO2-Ausstoß ist der Vorteil des Benzin-Hybrids auf 10% begrenzt. Erst der Diesel-Hybrid bietet einen echten Einschnitt beim Verbrauch, denn er verknüpft den guten Wirkungsgrad des Dieselmotors mit dem zusätzlichen Elektromotor, der speziell auf den Stadtverkehr abgestimmt ist.

Die Vorteile des Hybridkonzepts im Stadtverkehr und bei Überlandfahrt ermöglichen es, einen Verbrauch von 3,4 l auf 100 km insgesamt zu erzielen. Das entspricht 90 g CO2 pro km. Die Einsparung im Vergleich zu einem ähnlichen Fahrzeug mit einem Benzin-Hybrid-Antrieb liegt in der Größenordnung von 25%, das entspricht 1 Liter auf 100 km im Gesamtzyklus, was sich besonders in einer deutlich höheren Reichweite bemerkbar macht. Auch auf der Autobahn erreicht der 1,6 l HDi im alleinigen Betrieb, in Kombination mit seinem automatisierten Schaltgetriebe, einen verbesserten Wirkungsgrad, was sich ebenfalls in einer 25%igen Verbrauchseinsparung niederschlägt.

Natürlich teilt sich der HDI-Hybrid viele positive Eigenschaften mit seinem Benzin-Bruder: Bei geringer Geschwindigkeit in der Stadt wird durch die Abschaltung des Verbrennungsmotors und alleinigen elektrischen Betrieb ein höherer Akustik- und Vibrationskomfort erreicht, neben dem Wegfall aller Emissionen bei dieser Antriebsart. Zum anderen ergibt sich durch das Zuschalten des Elektromotors ein deutlich verbessertes Beschleunigungsverhalten im Vergleich zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor mit gleichwertiger Leistung. Der Fahrer verfügt, verglichen mit einem Verbrennungsmotor alleine, über eine punktuelle zusätzliche Leistung durch den Elektromotor von bis zu 23 kW.

Für Unterhaltung unterwegs sorgt das unvermeidbare Systemdisplay

Die konventionellen Komponenten des PSA-Systems entstammen alle der Serienproduktion. Der 1,6 l Hdi-Motor leistet 66 kW, er wird hier erstmals mit dem System Stopp and Start der neuesten Generation kombiniert, wie sie im Citroën C3 optional angeboten wird. Beim C3 kam die Start-Stop-Funktion ausschließlich in den Abstell- und Neustartphasen des Fahrzeugs zum Einsatz, beim Hybrid HDi kann die Funktion „Motor abstellen” jederzeit eingreifen, je nach Einsatz des Fahrzeugs, sobald die Geschwindigkeit niedriger als 60 km/h ist. Bei jeder anhaltenden Beschleunigung aktiviert das Start-Stop-System Stopp sofort und automatisch den Verbrennungsmotor.

Um diesen Motor mit dem Hybrid-Antriebsstrang kompatibel zu machen, erhielt der Motor ein spezielles Management, das mit Sollwerten arbeitet, die direkt von der Steuerung der Antriebseinheit koordiniert werden. Sie betreffen speziell das Starten/Abstellen des Motors bei gleichzeitiger Gewährleistung des vom Fahrer angeforderten Drehmoments an den Rädern. Das Motormangement wählt, je nach Anforderung durch den Fahrer, den besten Betriebsmodus, um einen geringen Verbrauch zu erzielen. Dies wird durch die alleinige Verwendung des Elektromotors bei niedriger Geschwindigkeit und bei Verzögerungen bzw. die alleinige Verwendung des Verbrennungsmotors bei Fahrten auf der Landstraße oder Autobahn, oder durch beide gleichzeitig bei freien Beschleunigungen erreicht.

Der Hybrid HDi verwendet ein automatisiertes Schaltgetriebe mit 6 Gängen, ähnlich dem, das im Citroën C3 geordert werden kann. Die Verwendung eines Automatikgetriebes wurde in Betracht gezogen, nach der Analyse aber verworfen. Denn die Verluste durch die zahlreichen Bremsmechanismen und durch das Hydrauliksystem, die für die Funktion erforderlich sind, gehen zu Lasten des Wirkungsgrades. Die hydraulische Getriebesteuerung optimiert die Schaltzeiten und sorgt gleichzeitig für eine permanente Kontrolle des Antriebsstrangs durch Auswahl des besten Betriebspunktes in Echtzeit. Der Fahrer hat die freie Wahl zwischen einem Automatikmodus oder dem sequenziellen Schaltmodus.

Der Elektromotor entwickelt eine Dauerleistung von 16 kW bei einem Drehmoment von 80 Nm. Er bietet eine Spitzenleistung von 23 kW und 130 Nm, um punktuelle Beschleunigungsanforderungen durch den Fahrer zu erfüllen. Die Leistung wurde so gewählt, dass der alleinige Betrieb des Elektromotors bei Geschwindigkeiten bis zu 50 km/h gewährleistet ist, was den typischen Betriebsbedingungen im Stadtverkehr entspricht. Diese Konfiguration wird vom Steuerungssystem des Hybrid-Antriebsstrangs immer dann gewählt, wenn die Bedingungen, insbesondere der Ladezustand der Batterien, dies zulassen.

Beim Elektromotor handelt es sich um einen Synchronmotor mit Dauermagneten. Diese Technologie bietet zurzeit das beste Verhältnis zwischen Leistung und Platzbedarf. In Verbindung mit dem Wechselrichter arbeitet er in einem Spannungsbereich zwischen 210 und 380 Volt.

Das Hochspannungs-Batteriepaket passt in den hinteren Bereich der Plattform 2 des PSA-Konzerns anstelle des Reserverads und durch eine leichte Anpassung der Ausschnittsgeometrie an diesem Ort. Die zusätzlichen Batterien gehen nicht zu Lasten der Kofferraumkapazität, die im Vergleich mit den Katalogversionen der beiden Modelle unverändert bleibt. Das Batteriepaket besteht aus 240 Elementen vom Typ Ni-MH (Nickel-Metallhydrid). Ihre Austauschleistung - Rückgewinnung und Absorption - beträgt 23 kW bei einer hohen Nennspannung von 288 Volt.

In bestimmten Phasen, Verzögerung oder Bremsen des Fahrzeugs, optimiert das System der elektronischen Steuerung der Bremsen die Umwandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie, die dann in den Hochspannungsbatterien gespeichert wird. Diese Energie kann dann, entweder im alleinigen Elektrobetrieb oder als Zusatz zum Verbrennungsmotor, in den Beschleunigungsphasen genutzt werden. Wenn der Fahrer das Gaspedal bei einer Geschwindigkeit von weniger als 60 km/h loslässt, wird der Verbrennungsmotor abgestellt und vom Antriebsstrang getrennt. Der Elektromotor sorgt dann für die Motorbremswirkung und gewinnt die kinetische Energie des Fahrzeugs zurück. Wenn der Fahrer bremst, steuert das System-Management die Verteilung der Bremsung in ein elektrisches Bremsen zur Rückgewinnung und ein konventionelles hydraulisches Bremsen, wobei die Sicherheitsfunktionen Vorrang haben und die Rückgewinnung der Energie zugunsten der Verbrauchsminderung optimiert wird.

Das Drücken einer speziellen Taste durch den Fahrer führt zu einem “erweiterten” Modus des alleinigen Elektrobetriebs. Der verfügbare Einsatzbereich des Fahrzeugs im alleinigen Elektrobetrieb wird dadurch optimiert. Diese Optimierung ermöglicht das Zurücklegen längerer Strecken und das Erreichen höherer Geschwindigkeiten, als dies ohne Zuschalten des Verbrennungsmotors im normalen Hybridmodus der Fall wäre. Die Aktivierung des Verbrennungsmotors ist in diesem Fall für Phasen mit längeren Beschleunigungen reserviert.

Für Hybrid-Fahrzeuge neu ist der Sport-Modus. Mit einer speziellen Taste bekommen Dynamik und Durchzugskraft des Fahrzeugs Vorrang vor der Verbrauchsoptimierung. Der Verbrennungsmotor ist nun immer in Betrieb. Die Information des Gaspedals wird dann immer so interpretiert, dass einer sofortigen Präsenz des Drehmoments Priorität gegeben wird. Gleichzeitig wird die Dauer der Schaltvorgänge auf das maximal mögliche der mechanischen Fähigkeiten des Systems reduziert. In diesem Fall erfolgt das Schalten der Gänge automatisch ohne Eingriff des Fahrers.

Insgesamt macht der PSA Hybrid Hdi schon einen sehr seriennahen Eindruck, die Kosten dieser Lösung dürften einer weiten Verbreitung zur Zeit allerdings noch im Wege stehen.

(Text: Dieter Roßbach )
(Fotos: PSA )

Verwandte Themen:

  Peugeot 1007: Jenseits der Klassen - 2004

  Citroen C4 Coupé VTS: Neues Gesicht, alte Werte - 2004

Zurück zur Startseite