Made in Japan - der Japan Auto Blog

Fragen, Diskussion, Probleme, Infos und Bilder zu allen anderen Modellen und Herstellern
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Kamui77
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Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Kamui77 » 12.11.2017, 02:51

Made in Japan.jpg


Einleitung und Hintergründe

Hallo und Konichi wa.
Beim Auris Forum geht es, wie der Name schon sagt vorwiegend um den Toyota Auris. Allerdings gibt es auch diesen markenübergreifenden Forenteil, für Infos und Diskussionen auch anderer Marken. Ich möchte an dieser Stelle nun regelmäßig Neuigkeiten über den japanischen Automarkt und die dortigen Entwicklungen vorstellen. Die Marke Toyota spielt dabei selbstredend einen bedeutenden Anteil, da zahlreiche Entwicklungen auf die Familie Toyoda zurückgehen. Im Laufe dieses Threads wird man aber auch Entwicklungen und den Einfluss anderer Firmen wie Honda, Nissan, Suzuki, Daihatsu, Mazda und andere.

Bevor ich aber über die Hersteller oder einzelne Produkte schreibe, möchte ich etwas über die Regeln und Verkehrsbedingungen in Japan schreiben. Es ist hilfreich diesen Hintergrund zu kennen, wenn man verstehen will warum von Toyota und Co. Autos in dieser oder jener Form entwickelt werden und nicht etwa wie bei VW.


Gültige Testzyklen

In Japan gilt aktuell noch immer der 2005 ausgearbeitete und 2011 übernommene JC08 Testzyklus. -> JC08 Testzyklus im Detail

Dieser Zyklus wird ab 2018 durch den WLTP Testzyklus ersetzt -> WLTP Testzyklus im Detail -> Veröffentlichung vom japanischen Verkehrsministerium

Beim Test von Plug-in-Hybridfahrzeugen in Japan werden Benzinverbrauch im reinen Hybridmodus und Stromverbrauch im reinen Elektromodus separat ermittelt und nicht wie in Europa das ECE R101 Messverfahren mit Mischverbräuchen. So gibt z.B. Volkswagen seinen Golf GTE gemäß JC08 Testzyklus mit einer Treibstoffeffizienz von 19.9 km/L an. -> VW Golf GTE Spezifikation


Schadstoff-Emissionsstandards und Klimaziele

Ähnlich wie in Europa und den USA gelten in Japan von der Regierung festgelegte Emissionsgrenzwerte für PKW und Nutzfahrzeuge.



Emissionsgrenzwert für PKW mit OttomotorCONMHCNOXPM
JC081.15 g/km0.05 g/km0.05 g/km0.005 g/km
WLTP1.15 g/km0.10 g/km0.05 g/km0.005 g/km

-> Japanische Emissionsstandards für PKW und Nutzfahrzeuge

Weiterhin wurden 2015 Klimaziele formuliert mit der Vorgabe den CO2 Ausstoß bis zu einem bestimmten Level zu reduzieren. Dabei wird anders als in Europa nicht mit einem Verbrauch in Litern pro 100km gerechnet, sondern mit der Fahrzeugeffizienz in km pro Liter Treibstoff. (Als Beispiel nimmt man den Toyota Auris Hybrid, welcher in Japan nach JC08 Zyklus mit einer Effizienz von 30.4 km/L spezifiziert ist. Das bedeutet, man kann mit einem Liter Sprit, 30.4 Kilometer weit fahren. Um das jetzt ins deutsche System umzurechnen, teilt man 100km an die Effizienz und erhält den Literverbrauch, also 100:30,4=3,29 L/100km.)

Das CO2 Klimaziel für PKWs bis 2020 liegt bei einem Flotteneffizienz von 20.3 km/L bzw. 115g CO2/km
-> LIGHT-DUTY VEHICLE EFFICIENCY STANDARDS
-> 2016 REPORT ON ENVIRONMENTAL PROTECTION EFFORTS


Tempolimits und Verkehrsregeln

Japan unterscheidet sich von Deutschland besonders durch den Linksverkehr, sowie durch niedrigere Tempolimits. Diese betragen Innerorts 30-50 km/h, Außerorts 60 km/h, sowie auf den Expressways (die japanischen Autobahnen) 80-100 km/h. Seit 2016 ist das Tempolimit auf einigen Expressways auf 120 km/h erhöht worden -> Japan to raise speed limit to 120 kph on some expressways

Weitere Infos und Einblicke in die japanischen Verkehrsregeln findet Ihr hier -> Verkehrsschilder und Verkehrsregeln in Japan


Besonderheit Kei Cars

Eine Besonderheit die es nur in Japan gibt, sind die sogenannten Kei Cars. Dabei handelt es sich um Fahrzeuge, welche in Europa ins A-Segment/Kleinstwagen fallen würden und die folgende Vorraussetzungen erfüllen müßen.


Maximale LängeMaximale BreiteMaximale HöheMaximaler HubraumMaximale Leistung
3,40 m1,48 m2,00 m660 ccm47 kW (64 PS)


Ich kann aus eigenen Erfahrungen in Japan sagen, dass man nicht glauben sollte, die Fahrzeuge wären extrem klein und eng. Bei modernen Kei Cars wurde die Raumausnutzung perfektioniert und selbst ich mit 2,00m Körpergröße konnte auf der Rücksitzbank eines Suzuki Kei und eines Nissan Moco sehr bequem sitzen. Der Trick ist dabei, dass die Fahrzeuge Boxenförmit gebaut werden und die Rückbank frei verschieb- und klappbar gestaltet ist. So können 4 Personen sehr bequem mit einem winzigen Kofferraum fahren, oder aber 2 Personen mit einem sehr großen Kofferraumvolumen durch geklappte Rücksitze.

Eine weitere Überlegung die man mit Kei Cars verbindet sind Sorgen über die Sicherheit bei einem Crash. Auch hier hat es über die Jahre Hinweg zahlreiche Verbesserungen an der Struktur und der Sicherheitsausstattung gegeben. Besonders die Firma Honda hat sich beim Thema Sicherheit hervorgetan und beweist ihr Können im folgenden Beispiel. -> JNCAP Crashtest des Honda N-WGN


Besonderheit Hybridanteil

Japan ist das Land, mit dem höchsten Hybridanteil bei den Neuzulassungen weltweit. Wie aus der Veröffentlichung des japanischen Verkehrsministerium im Abschnitt Testzyklen bereits zu lesen war, hat sich der Hybridanteil in Japan seit 2014 extrem starkt erhöht. In den aktuellen Verkaufs Top 10 der japansichen Neufahrzeuge findet sich z.B. kein Fahrzeug welches nicht als Hybridversion zu haben ist. Ein weiteres Beispiel mag der Toyota Auris und der Yaris, welcher in Japan "Vitz" heißt sein. Der Auris kam bei den monatlichen Verkaufszahlen in Japan selten in die Top 30, während der Vitz öfter in die Top 10 rein und wieder rauspendelte. Beide Fahrzeuge waren in Japan nur als Normalbenziner verfügbar, bis man sich entschied auch diese in Japan als Hybrid anzubieten. Der Erfolg beim Auris war unmittelbar, in dem er es plötzlich ins Mittelfeld der Top 30 schaffte, während der Yaris/Vitz sich einen festen Platz in den Top 10 sicherte.

Im Jahr 2017 sieht es so aus, dass Toyota monatlich über 50.000 Hybridfahrzeuge verkauft, Honda über 30.000 Hybride und Nissan seit kurzem über 10.000 Hybridfahrzeuge.
-> Hybrids break into the Japanese market


Sensible Kundschaft

In den Medien kennt man vor allem die USA als schwierigen Markt, da die dortigen Rechtsvorschriften sehr Kundenfreundlich gestaltet sind und die Amerikaner sehr Klagewillig sind. Aber auch Japan ist ein Markt, auf dem man es sich besser nicht verscherzen sollte. Zwar gibt es hier nicht die Klagewellen, welche man aus den USA kennt, dafür werden aber Konzerne, die grobe Fehler begangen haben mit schmerzhafter Kaufzurückhaltung bestraft. Dies bekam der deutsche Hersteller VW und noch viel stärker dessen Edelmarke Audi nach dem Dieselgate Skandal in Japan zu spüren, bei denen die Verkäufe einbrachen. Aber auch heimische Hersteller bekommen den Unwillen zu spüren, so führten 5 aufeinander folgende Rückrufe beim i-DCD Doppelkupplungssystems des Honda Hybrid zu einem massiven Vertrauensverlust und der geschäftsführende CEO Takanobu Ito mußte zurücktreten. Noch größerer Schaden enstand beim Skandal um nicht ordnungsgemäße Effizienztests bei Mitsubishi - die japanische Staatsanwaltschaft durchsuchte Büroräume und Fabriken, die Produktion betroffener Modelle wurde über Wochen eingestellt, der Firmenpräsident Tetsuro Aikawa musste zurücktreten und die Aktie verlor so viel an Wert, dass der Joint-Venture-Partner Nissan eingriff und Mitsubishi Motors übernahm. Bleiben wir noch kurz bei Nissan, denn die Firma liefert das aktuellste Skandalbeispiel. Nachdem bekannt wurde, dass vorgeschriebene Qualitätsinspektionen nicht nach Vorschrift von entsprechend geschultem Personal durchgeführt wurden, war auch hier die Hölle los. Nissan hielt zur Überprüfung der Vorwürfe die Produktion in allen 6 japanischen Werken an und die Kunden reagierten mit Kaufzurückhaltung -> Auto sales in Japan fall 1.7% in October after Nissan inspection scandal



Ich hoffe ich konnte nun einen kurzen und noch einigermaßen übersichtlichen Einblick in die Rahmenbedingunen des japanischen Automobilmarktes geben. Ich werde in nächster Zeit wie angekündigt verschiedene Themen und Aspekte beleuchten, sowie über Neuentwicklungen und Modellvorstellungen japanischer Hersteller auf dem japanischen Markt berichten. Bei Interesse freue ich mich über Fragen zum Thema und werde, soweit ich fachlich dazu in der Lage bin, diese auch nach Möglichkeit beantworten.

Allen Lesern einen schönen Abend
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Pan Adam » 12.11.2017, 12:36

Hey Kamui77,
interessanter Blog :top:
Bin gespannt auf weitere Beiträge, für mich hört sich das sehr interessant an!

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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon D-Auris » 13.11.2017, 08:02

Guten Morgen,
nachdem ich diesen Blog, nach oder trotz anfänglicher Skepsis meinerseits, gelesen habe - finde ich Ihn inhaltlich interessant und sehr gut geschrieben.
Insofern - weiter so :top:
Ein vernünftiges Auto soll seinen Besitzer überallhin transportieren -
außer auf den Jahrmarkt der Eitelkeiten (Henry Ford) :auris2ts:

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Bert B.
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Bert B. » 13.11.2017, 12:32

jo, spannende Infos, finde ich auch. gern mehr davon.

ich las mal, das in Japan keinerlei Nachrüstung mit zusätzlichen Ausstattungen erlaubt ist, soll heißen, nix mit nachträglicher Erweiterung wie zB eFH, Klimaanlage etc. Stimmt das?
Grüße aus dem Münsterland, Berti

dem Auris HSD sein Durst :) : Bild Bild

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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Kamui77 » 13.11.2017, 17:32

Hallo zusammen,

ich möchte mich für das Lob bedanken und werde in Kürze den nächsten Artikel folgen lassen, welcher sich nochmal mit der Marktsituation in Japan befassen wird. Das dient dem Verständnis "In Deutschland/Österreich/Schweiz kaufen die meisten Leute Golf, in Japan ...".

Zur Frage von Bert B. ist mir nichts bekannt, dass eine Nachrüstung mit zusätzlicher Ausstattung verboten wäre. Japan ist mir eher im gegenteiligen Sinne bekannt, also dass eine sehr liberale Einstellung zu Nach- und Aufrüstungen besteht. So gibt es nicht nur bei den Herstellern eine ganze Reihe von Custom Cars mit verschärftem Design, sondern auch in Kundenhand gehen die Anpassungen an den eigenen Geschmack munter weiter, wie dieses -> Video zeigt.
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Kamui77 » 13.11.2017, 20:06

MARKTSITUATION: BELIEBTESTE HERSTELLER UND MODELLE 2016

Nachdem die Grundlagen geklärt sind, möchte ich nun die erfolgreichsten Hersteller und Modelle des Jahres 2016 vorstellen, da die aktuellen Zahlen für 2017 noch einige Wochen auf sich warten lassen werden. Die Herstellerverkaufszahlen schließen alle PKW und Nutzfahrzeuge mit ein. Bei den Modellverkaufszahlen trennt man in Japan üblicherweise die Statistiken zwischen "Kei Cars" und "Compact Cars". Ich nehme jetzt die Top 30 der Compact Cars zusammen mit den Top 15 der Kei Cars. Das sollte einen ganz guten Einblick darin geben, worauf die japanischen Käufer denn so "abfahren"

Beliebteste Hersteller 2016
Anbei die Übersicht der Hersteller Top 20 Gesamtverkaufszahlen von 2016 inklusive Link zur Herstellerwebseite.

PlatzHerstellerVerkaufszahlen 2016Verkaufszahlen 2015
1.Toyota1.528.1731.449.067
2.Honda707.044726.928
3.Suzuki622.866636.360
4.Daihatsu586.974610.396
5.Nissan534.415589.099
6.Mazda201.404245.437
7.Subaru155.778162.254
8.Mitsubishi85.720102.009
9.Isuzu81.12874.730
10.Mercedes-Benz67.38665.162
11.Hino63.31061.173
12.Lexus52.12048.231
13.BMW50.57146.229
14.VW47.32454.766
15.Mitsubishi Fuso45.21044.230
16.Audi28.50229.414
17.Mini24.54821.083
18.Volvo14.91413.786
19.UD Trucks10.52911.001
20.Jeep9.3927.132



Beliebteste Compact Car 2016
Anbei die Top 30 Übersicht der beliebtesten PKWs ohne Kei Cars an Hand ihrer Gesamtverkaufszahlen von 2016.

PlatzHersteller & FahrzeugVerkaufszahlen
1.Toyota Prius248.258
2.Toyota Aqua168.208
3.Toyota Sienta125.832
4.Honda Fit105.662
5.Nissan Note102.402
6.Toyota Voxy91.868
7.Toyota Corolla84.770
8.Honda Vezel73.889
9.Nissan Serena73.502
10.Toyota Vitz71.909
11.Toyota Passo70.381
12.Mazda Demio57.320
13.Nissan X-Trail56.151
14.Toyota Noah54.826
15.Honda Stepwgn52.472
16.Honda Freed52.202
17.Toyota Vellfire48.982
18.Suzuki Solio48.814
19.Toyota Esquire44.881
20.Honda Shuttle42.514
21.Subaru Impreza42.423
22.Toyota Harrier41.403
23.Toyota Crown39.813
24.Toyota Alphard37.069
25.Honda Odyssey30.858
26.Subaru Forester28.554
27.Mazda Axela26.342
28.Suzuki Ignis24.261
29.Subaru Levorg24.181
30.Toyota Land Cruiser23.321



Beliebteste Kei Cars 2016
Anbei die Top 15 Übersicht der beliebtesten Kei Cars an Hand ihrer Gesamtverkaufszahlen von 2016.

PlatzHersteller & FahrzeugVerkaufszahlen
1.Honda N-Box186.367
2.Daihatsu Tanto155.998
3.Nissan Dayz105.731
4.Daihatsu Move102.410
5.Suzuki Alto99.715
6.Honda N-WGN86.710
7.Suzuki Hustler85.762
8.Suzuki Spacia81.277
9.Suzuki WagonR81.134
10.Daihatsu Mira72.924
11.Daihatsu Cast66.290
12.Mitsubishi eK35.544
13.Daihatsu Wake32.828
14.Toyota Pixis21.061
15.Suzuki Everywagon17.282
Zuletzt geändert von Shar am 13.11.2017, 22:59, insgesamt 2-mal geändert.
Grund: Auf Wunsch von Kamui Tabellen-Code geändert
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Kamui77 » 16.11.2017, 23:02

TOYOTA/LEXUS MOTORENTECHNIK

Toyota ist der größte Automobilhersteller der Welt und zusammen mit seiner Edelmarke Lexus Marktführer in Sachen Hybrid. Die Geschichte des Konzerns reicht zurück bis ins Jahr 1937 und die Geschichte der Hybridserienfertigung immerhin bis 1997. Heute möchte ich einen kleinen zeitlichen Rückblick auf die Technologieen werfen, welche von Toyota und Lexus im Laufe der Zeit entwickelt wurden und auch noch heute in ihren zahlreichen Fahrzeugen eingesetzt werden. Dabei erhebe ich keinen Anspruch auf Vollständigkeit und wünsche viel Spaß beim lesen.

EFI (Electronic Fuel Injection)
1974 kam erstmals bei Toyota eine elektronische Saugrohreinspritzung beim Motor 18R-E zum Einsatz. Das System basierte ähnlich wie die Systeme der Konkurrenten auf Lizenzen und Patenten der Bosch L-Jetronic, welche von der damaligen NipponDENSO oder dem JECS Konsortium genutzt wurden. 1978 entwickelte Toyota den 4M-E mit einer frühen Form der elektronischen Treibstoffeinspritzung (EFI) und der zugehörigen Steuerung (TCCS). Im weiteren Verlauf des nächsten Jahrzehnts ersetzte diese Technik dann den vormals eingesetzten Vergaser.
-> LINK: Toyota EFI System
-> LINK: Toyota TCCS System
-> Webseite: Basic EFI Theory
-> Video: Electronic Fuel Injection

TTC-V (Toyota Total Clean System-Vortex)
1975 kam bei Toyota mit dem 19R Saugmotor eine lizensierte Kopie des Honda CVCC Schichtladungsprinzips zum Einsatz, welche bei Toyota TTC-V genannt wurde.
-> Wikipedia Artikel zum TTC-V System
-> Wikipedia Artikel zum 19R Motor
-> Artikel zum TTC-V bei 75 years of Toyota

Turboaufladung
1980 entwickelte Toyota den M-TEU Motor mit Turboaufladung. Turbolader wurden vorher bereits von GM, BMW, Porsche und Saab eingesetzt. Bei Toyota konnte man Turbomotoren zuweilen durch ein "T" in der Motorenbezeichnung erkennen (z.B. M-TEU, 7M-GTE, 1JZ-GTE)
-> Wikipedia Artikel zum M-TEU Motor
-> Video: M-TEU Motor
-> Wikipedia Artikel zum 1JZ-GTE Motor
-> Video: 1JZ-GTE Motor

VVT (Variable Valve Timing)
1991 wurde ein System zur variablen Nockenwellenverstellung erstmals im 1.6L 20-Ventile 4A-GE Motor eingeführt. Dabei wurden mittels einer diskreten 2stufigen Hydraulik die Öffnungszeiten auf der Einlassseite beeinflusst.
-> Wikipedia Artikel: Nockenwellenverstellung
-> Wikipedia Artikel: zum 4A-GE Motor
-> Webseite: Vergleich Toyota VVT zu Honda VTEC

VVT-i (Variable Valve Timing intelligent system)
1996 wurde als Nachfolger des bisherigen zweistufigen Systems (VVT) ein stufenloses System (VVT-i) vorgestellt. Abermals wird die Einlassnockenwelle per Hydraulik (Flügelrad) relativ zur Kurbelwelle verdreht und dadurch die Öffnungszeiten der Einlassventile beeinflusst. Mit der stufenlosen Steuerung werden viele verschiedene Lastbereiche abgedeckt. Als eine der ersten Anwendungen diente der 1JZ-GTE Motor für das neue VVT-i System.
-> Artikel über VVT und VVT-i System
-> Wikipedia Artikel zum 1JZ-GTE Motor
-> Video: VVT-i Flügelradsystem
-> Video: VVT-i Verbrennungszyklus

D-4 (Direct Injection 4-Stroke)
1996 wurde von Toyota eine Benzin-Direkteinspritzung in Serie auf den Markt gebraucht, zeitgleich zu mit den Systemen bei Mitsubishi und Nissan. Der erste Motor mit diesem neuen System war der in Japan erschienene 3S-FSE
-> Japanisches Wiki über Toyota D-4
-> Japanisches Wiki über 3S-FSE Motor
-> Artikel: Developement of the Direct Injection Gasoline Engine
-> Artikel: The Concept Gasoline Direct Injection Engine
-> Video: Japanische Werbung für Wagen mit D-4 System

Atkinson Zyklus
1997 war Toyota nach Mazda der zweite Autohersteller, welcher eine moderne Form das Atkinson-Zyklus in einem Ottomotor einsetzte. Das System basiert auf einem DOHC VVT-i Motor, in welchem der Ansaugtakt verlängert wurde und das Einlassventil später schliesst. Damit fliesst ein Teil des Luftgemisches zurück ins Ansaugrohr, der Verdichtungstakt beginnt mit dem Kolben weiter oben und mit weniger Luftgemisch. Beim Expansionstakt legt der Kolban aber den vollen Weg zurück und setzt so mehr Wärmeenergie in Bewegungsenergie um. Der erste Motor mit dieser Art von Technik im Serieneinsatz ist der 1NZ-FXE. Man erkennt bei Toyota die Atkinson Motoren unter anderem durch das "X" in der Motorkennung
-> Englischer Wiki Artikel über den Atkinson Zyklus
-> Japanischer Wiki Artikel über den 1NZ-FXE
-> Beschreibung des Atikinson Zyklus auf Prius Wiki
-> Toyota Präsentation über den Atkinson Zyklus im 1NZ-FXE
-> Video Lexus Präsentation über den Atkinson Zyklus im 2ZR-FXE

Dual VVT-i (Dual Variable Valve Timing intelligent system)
1998 wurde eine Weiterentwicklung des bisherigen VVT-i Systems eingeführt. Wie bisher erlaubt Dual VVT-i eine stufenlose Steuerung der Ventilzeiten, diesmal aber sowohl bei den Einlass- als auch bei den Auslassventilen. Voraussetzung dafür ist natürlich ein Motor mit doppelt obenligender Nockenwelle (DOHC). Der erste Motor bei Toyota mit dieser neuen Technik war der 3S-GE.
-> Wiki Artikel über Dual VVT-i
-> Wiki Artiel über den 3S-GE
-> Video: Toyota Dual VVT-i Engine
-> Video: Dual VVT-i Vierzylinder Motor
-> Video: Dual VVT-i Sechszylinder Motor

VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift intelligent system)
2000 führte Toyota mit dem VVTL-i ein System ein, das nicht nur wie beim Dual VVT-i die Ventilsteuerzeiten beeinflusste, sondern erstmals auch Einfluss auf den Ventilhub hatte und zwei unterschiedliche Nockenwellenprofile bot. Lag die Drehzahl des Motors unterhalb von 6000-7000 Umdrehungen (abhängig nach Modell), war das normale Nockenwelleprofil aktiv. Lag die Drehzahl über diesem Punkt, schaltete ein elektronisches Steuergerät über eine hydraulik auf ein "scharfes" Nockenwellenprofil um, welches für Höchstleistungen konzipiert war. Erstmalig kam diese Technik beim 2ZZ-GE Motor zum Einsatz. Toyota folgte damit der Entwicklung bei Honda, welche Jahre zuvor bereits ihr VTEC System vorgestellt hatten. Da die VVTL-i Motoren nicht die Euro 4 Vorschriften erfüllen konnten, wurden sie in Europa wieder eingestellt.
-> Wikipedia Artikel VVTL-i
-> Technischer Artikel über VVTL-i
-> Vergleich VVTL-i mit ähnlichen Systemen anderer Hersteller
-> Video VVTL-i System

Kompressoraufladung
2005 stattete Toyota in einigen Varianten den 2ZZ-GE Motor zusätzlich mit einer Kompressoraufladung aus, der unter anderem dann im Corolla 1.8L TS Compressor verbaut war.
-> Wikipedia Artikel 2ZZ-GE Motor
-> Video: Toyota Corolla TS Compressor

D-4S (Direct Injection 4-Stroke Superior)
2006 folgte eine Weiterentwicklung der bisherigen D-4 Direkteinspritzung. Das neue System nannte sich D-4S und kombinierte Direkt- und Saugrohreinspritzung, je nach optimalem Wirkungsgrad und niedrigstem Schafstoffausstoss. Erstmalig wurde das System beim 2GR-FSE eingesetzt
-> Japanisches Wiki D-4
-> Technischer Artikel zum D-4S
-> Wiki Artikel zum 2GR-FSE
-> Video zum D-4S Scion FR-S
-> Video zum D-4S Toyota GT86

VVT-iE (Variable Valve Timing-intelligent system by Electric motor)
2006 war weiterhin der Startschuss für das VVT-iE System, bei dem ein elektronischer Aktuator variabel die Ventilöffnungszeiten auf der Einlassseite steuert, während das Auslassventil hydraulisch angesteuert wird. Die sich daraus ergebenden, wesentlich schnelleren und präziseren Ansprechzeiten bei niedrigen Geschwindigkeiten erlauben z.B. einen erweiterten Atkinson Zyklus, bei dem die sonst üblichen Verluste an Drehmoment kompensiert werden. Das System wurde zuerst bei Lexus im 1UR-FSE eingesetzt.
-> Wiki Artikel zum VVT-iE
-> Wiki Artikel zum 1UR-FSE
-> Toyota Global Newsroom Pressemeldung
-> Artikel auf Paul Tan über VVT-iE
-> GGC Artikel mit Beschreibung der Wirkweise des VVT-iE Systems
-> Video: Toyota Pressekonferenz zum VVT-iE System
-> Video: technische Beschreibung des VVT-iE Systems

Valvematic
2007 entwickelte Toyota das sogenannte Valvematic System, bei welchem ein vollvariabler Ventilhub durch einen elektronischen Aktuator erreicht wurde. Dabei übernahm der Ventilhub die bisherige Funktion der Drosselklappen die Luftzufuhr zu regeln, wodurch selbige bei laufendem Motor immer offen standen, Pumpverluste reduziert und die Maximalleistung gleichzeitig erhöht wurden. Der erste Motor mit dieser neuen Technik war der 3ZR-FAE. Man erkennt bei Toyota die Valvematic Motoren unter anderem durch das "A" in der Motorkennung
-> Wiki Artikel Valvematic
-> Wiki Artikel 3ZR-FAE
-> Toyota Pressemitteilung Valvematic
-> Vergleich Valvematic mit ähnlichen Systemen der Konkurrenz
-> Video Deutsch: Was bedeutet Valvematic
-> Video Englisch: Wie funktioniert Valvematic
-> Video 3D Modell und Vorteile von Valvematic
-> Video genauere Funktionsweise der Valvematic Ventilhubsteuerung

VVT-iW (Variable Valve Timing intelligent system wide)
2014 wurde für den Lexus NX-200t und den 8AR-FTS Turbomotor eine neue Ventilsteuertechnologie namens VVT-iW entwickelt. Dieses System erlaubt einen freien Wechsel zwischen Atkinson- und Ottozyklus, je nach Lastzustand.
-> Wiki Artikel zum VVT-iW
-> Neuer 2.0L VVT-iW Motor für den Camry

D-4ST (Direct Injection 4-Stroke Superior Turbo)
2014 wurde von Toyota für den Lexus NX-200t und dessen 8AR-FTS Turbomotor eine speziell angepasste Form des bisherigen D-4S Kombieinspritzungssystems entwickelt. Die neue Bezeichnung lautet dabei D-4ST.
-> Pressemeldung Toyotas zum Lexus NX
-> Wiki Artikel zum 8AR-FTS
-> Artikel auf Paul Tan zum NX-200t
-> Video: 8AR-FTS Motor

D-4T (Direct Injection 4-Stroke Turbo)
2015 folgte von Toyota eine abgespeckte Version des zuvor entwickelten Systems, diesmal als reine Direkteinspritzung und ohne Einspritzdüsen im Ansaugtrakt. Dieses System wurde schlicht D-4T getauft und findet Verwendung im 8NR-FTS Motor.
-> Vorstellung des neuen 1.2L ESTED D-4T Motors
-> Video: 8NR-FTS Motor

Dynamic Force Engine
Ende 2016 stellte Toyota eine neue Motorengeneration vor, welche in die 10. Generation des Camrys kommen sollte und sich einer Kombination aus den bisher entwickelten Motortechnologien bedienen sollte. Der entsprechende Motor im neuen Camry Hybrid hat die Bezeichnung A25A-FXS und erreicht als erster Ottomotor einen Wirkungsgrad von bis zu 41%.
-> Toyota Global Newsroom Pressemeldung zur Dynamic Force Engine
-> japanisches Wiki zum A25A-FXS
-> Video: Dynamic Force Engine
-> Video Toyota Camry 2018
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Kamui77 » 19.11.2017, 15:34

DER HYBRIDANTRIEB - DAS UNVERSTANDENE WESEN

Ursprünglich habe ich diesen Artikel im Mai 2016 geschrieben und auf Motortalk veröffentlicht. Seitdem hat sich an der Aktuatlität des Titels leider nur sehr wenig geändert. Noch immer laufen große Desinformationskampagnen in den Medien, teils um Marketingargumente für manche Hersteller zu stützen, teils um undifferenzzierte politische Ziele zu verfolgen. Ich möchte heute versuchen, das Thema Hybridautos nochmal in seinen zahlreichen Facetten zu betrachten und dem Leser einen möglichst objektiven Eindruck zu verschaffen.
 

Typen und Klassen
 
Das Wort Hybrid kommt aus dem Griechischen und bezeichnet etwas Gebündeltes, Gekreuztes oder Vermischtes - so ist es auf Wikipedia zu lesen und es passt auch sehr gut als Beschreibung der Bedeutung des Wortes im Automobilsektor. Hier werden zwei Antriebssysteme gemischt und die Resultate sind je nach Hersteller und Konzept auch recht unterschiedlich.

Um sich in der Vielfalt der bis zum heutigen Tag erschienenn Systeme zu orientieren, lassen sich Hybridfahrzeuge nach ihrem funktionellen Aufbau in bestimmte Typen und nach ihren Fähigkeiten zum elektrischen Betrieb in bestimmte Klassen einteilen.

Kommen wir erst mal zu den Hybrid-Typen gemäß ihrer System-Struktur, da diese Einteilung relativ einfach und überschaubar ist.

Paralleler Hybrid: Bei diesem Hybridkonzept wird ein Elektromtor mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt. Der Elektromotor arbeitet je nach Ansteuerung als Traktionsmotor um elektrischen Vortrieb zu liefern, oder als Generator um Energie aus dem Verbrennungsmotor oder beim Bremsen in Strom umzuwandeln. Ein derartiges Hybridsystem ist relativ einfach zu verwirklichen. Bekannte Beispiele sind das Honda IMA Hbridsystem aber auch die meisten Systeme deutscher Hersteller fallen in diese Funktionskategorie.

Serieller Hybrid: Bei diesem Hybridkonzept sind zwei Elektromotoren neben einem Verbrennungsmotor nötig. Der Verbrennungsmotor treibt dabei einen als Generator arbeitenden Elektromotor an, welcher Strom für den Akku und/oder den als Traktionsmotor arbeitenden zweiten Elektromotor liefert. Der Verbrenner hat dabei keinen Kontakt zum Fahrwerk und ruft seine Leistung unabhängig von der derzeitigen Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Bekannte Beispiele sind der glücklose Fisker Karma und seit kurzem das Nissan e-Power Hybridsystem.

Leistungsverzweigter Hybrid / Mischhybrid: Bei diesem Hybridkonzept sind ebenfalls mindestens zwei Elektromotoren neben einem Verbreunnungsmotor nötig. Es handelt sich, wie der Name schon sagt, um eine Mischform aus parallelem und seriellem Hybrid. Dabei kann auf mechanische Weise (z.B. durch Planetengetriebe oder Trennkupplungen) der Weg der Kraftübertragung zwischen Verbrennungsmotor und Generator variabel geändert werden, so daß der Verbrenner je nach Fahrbedingung mehr als Stromerzeuger, oder mehr für den Vortrieb des Fahrzeugs dient. Bekannte Beispiele sind das Toyota HSD System, das Ford Hybrid System, das GM Voltec Hybridsystem oder das Honda i-MMD Hybridsystem.

Nachdem wir Hybridfahrzeuge mechanisch in diese 3 Typen einteilen konnten, folgt nun eine Klassifizierung gemäß ihrer elektrischen Leisung.

Mikrohybrid: Mikrohybride sind keine Hybridfahrzeuge im eigentlichen Sinn. Zwar gibt es Teilelemente eines Hybridfahrzeugs, wie z.B. einen Akku zum speichern von Energie und ein System um Bremsenergie zu rekuperieren. Allerdings beschränkt sich der aktive Teil auf einen verstärkten Startergenerator als Lichtmaschine welche dem Fahrzeug eine solide Stopp-Start-Funktion bietet, allerdings keine Unterstützung des Verbrennungsmotors leistet. Bekannte Beispiele sind der Smart mhd, das Suzuki eNe-CHARGE System, oder das kommende Audi 48V Bordnetzsystem
 
Mildhybrid: Mildhybride sind Fahrzeuge, bei denen der Elektromotor den Verbrennungsmotor aktiv unterstützt, aber nicht in der Lage ist rein elektrisch anzufahren. Je nach Ausführung und Stärke des Elektromotors, reicht die unterstützung vom elektrischen Zusatzantrieb bis hin zur Fähigkeit nach einer Beschleunigungsphase rein elektrisch zu segeln.
 
Vollhybrid: Vollhybride sind Fahrzeuge, mit kräftigeren Elektromotoren als beim Mildhybrid, welche nun auch in der Lage sind rein elektrisch anzufahren und kurze Strecken alleine mit Hilfe des elektrischen Antriebsteils zurückzulegen.
 
Plug-in-Hybrid: Plug-in-Hybride sind Fahrzeuge den Eigenschaften des Vollhybrids, können aber mit Hilfe eines extern aufladbaren und deutlich größeren Akkus auch längere Strecken rein elektrisch zurücklegen.
 
Range Extender: Range Extender kommen eigentlich aus den Reihen der Elektrofahrzeuge und zeichnen sich dadurch aus, dass sie neben ihrem elektrischen Hauptantriebsteil einen möglichst kleinen und kompakten Verbrennungsmotor zur seriellen Stromerzeugung eingebaut haben um bei Bedarf ihre Reichweite zu verlängern.


Zusatzfunktionen des Hybridantriebs
 
Nachdem wir nun wissen, woher das Wort Hybrid kommt, was damit gemeint ist und welche Arten von Hybridfahrzeugen es gibt, werfen wir nun einen Blick darauf, was diese Fahrzeuge zusätzlich zum normalen Verbrenner alles können.

Start-Stopp-Funktion
Ein Start-Stopp-System ist mittlerweile auch bei modernen Nicht-Hybrid-PKWs weit verbreitet. Bei Hybridfahrzeugen wird aber an Stelle der Lichtmaschine ein robustes Energiesystem mit Hochvolt-Akkus verwendet, welche die regelmäßige Last dieser Start/Stopp-Vorgänge mit Leichtigkeit schultern
 
Segeln
Beim "Segeln" spricht man im Zusammenhang mit dem PKW dann, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet und vom Antriebsstrang ausgekoppelt wird. Diese Funktion gibt es bei einigen modernen Nichthybriden ebenfalls. Bei Hybridfahrzeugen ist diese Funktion in vielen Fällen nur in einem sehr engen Bereich zwischen Energierückgewinnung und dem Fahren möglich, da auch die Betriebsstrategie des Akkus beachtet werden muss den man nicht zu voll und nicht zu leer haben möchte.
ACHTUNG: Dieses Segeln ist nicht zu verwechseln mit dem "elektrischen Segeln" das man in manchen Hybridforen antrifft. Das elektrische Segeln fällt unter die Funktion elektrisch Fahren die später folgt.
 
Rekuperation
Die Rekuperation ist ein wesentlicher Bestandteil des Hybridantriebs. Hierbei wird üblicherweise der Traktionsmotor als Generator geschaltet und die kinetische Bewegunsenergie des Fahrzeugs wird in elektrische Energie für den Akku umgewandelt. Dies geschieht beim Hybridfahrzeug gewöhnlich sobald der Fahrer vom Gas geht (beim Nichthybriden die Schubabschaltung) und verstärkt sich durch leichten Druck aufs Bremspedal. Wird das Bremspedal stärker durchgetreten, kommt zusätzlich die mechanische Bremse zum Einsatz und die kinetische Energie wird ungenutzt in Wärmeenergie umgewandelt.
 
Generatorbetrieb
Vom Generatorbetrieb spricht man beim Hybriden, wenn der Verbrennungsmotor dazu genutzt wird, einen als Generator geschaltenen Elektromotor anzutreiben, damit dieser Strom produziert. Der Strom kann dann in einem Akku gespeichert werden, oder auch an einen Traktionsmotor weitergeleitet werden, welcher das Fahrzeug antreibt. Der Generatorbetrieb ist beim Hybriden ein wichtiger Bestandteil der Lastpunktstrategie, welche ich später erklären werde.
 
Boost-Betrieb
Vom Boost-Betrieb spricht man beim Hybriden dann, wenn Verbrennungsmotor und Traktionsmotor gemeinsam auf den Antriebsstrang wirken. Dadurch kann der Verbrennungsmotor entlastet werden, oder auch bei voller Nutzung beider Motoren die kombinierte Höchstleistung erreicht werden. Im Gegensatz zum Turbolader - welcher zusätzlichen Treibstoff aufwendet um einen Überdruckkreislauf im Verbrennungsmotor zu schaffen, diesen künstlich beatmet und auf diese Art die Motorleistung verstärkt - nutzt der Traktionsmotor elektrische Energie welche zuvor z.B. durch Rekuperation gewonnen wurde. Die Boost-Funktion ist beim Hybriden ebenfalls ein wichtiger Bestandteil der Lastpunktstrategie, welche ich später erklären werde.
 
Elektrisches Fahren
Vom elektrischen Fahren spricht man, sobald das Fahrzeug nur vom Traktionsmotor angetrieben wird und der Verbrennungsmotor nicht läuft. Darunter fällt das Unterscheidungsmerkmal zwischen Mildhybrid und Vollhybrid "elektrisches Anfahren". Der Mildhybrid braucht den Verbrennungsmotor um anzufahren, der Vollhybrid kann das alleine mit dem Traktinsmotor. Weiterhin fällt unter diese Funktion auch das "elektrische Segeln" was man öfter in Hybridforen hört und den Zustand beschreibt, in welchem das Hybridfahrzeug die Geschwindigkeit per Traktionsmotor hält und der Verbrenner nicht läuft.


Operationsstrategieen bei Hybridfahrzeugen

Wie eingangs angedeutet, gibt es Hybridfahrzeuge mit unterschiedlichen Konzepten von unterschiedlichen Herstellern. Zwar gleichen sich die grundsätzlichen Fähigkeiten der Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor und elektrischem Antrieb, es gibt jedoch große Unterschiede in der jeweiligen Zielsetzung, in der Auswahl an Systemkomponenten und in der Art und Weise, wie das Hybridfahrzeug betrieben wird. Wenn man der öffentlichen Diskussion und den Medien folgt, so gibt es zwei Ansätze, auf welche die Hybridfahrzeuge hin entwickelt werden. Diese möchte ich wie folgend ausführen.

Japanischer Ansatz: Steigerung der Effizienz mit dem Hybrid als Verbrennerfahrzeug

Diesen Ansatz nenne ich japanischen Ansatz, weil dieser Weg neben Toyota auch von Honda, Nissan, Suzuki und anderen japanischen Herstellern beschritten wird. Wesentliche Punkte dieser Strategie sind unter anderem:

Optimaler Wirkungsbereich/Wirkungsgrad
Der Verbrennungsmotor sollte mit einer möglichst hohen Last betrieben werden, weil er genau dann den höchsten Wirkungsgrad erzielt. Dazu eignen sich besonders Saugmotoren mit moderater Leistung welche dann entsprechend ausgelastet werden können.

Ein Automotor (Ottomotor oder Dieselmotor) kann bei mittlerer bis hoher Last Wirkungsgrade im Bereich von 25 bis 40?% erreichen. Bei niedriger Auslastung (z.?B. im Stadtverkehr) dagegen kann der Wirkungsgrad leicht auch unter 5?% absinken. Dieses Problem kann mit Hybridantrieben gelöst werden, bei denen niedrige Leistungen über einen Elektromotor erzeugt werden.

-> Aus RP-Energielexikon
-> Video Verbrauchskennfeld: Optimaler Wirkungsgrad des Motors für PW
-> Video Motorkennfeld und spezifischer Verbrauch von Verbrennungsmotoren

Lastpunktverschiebung durch Generatorbetrieb oder Boost-Funktion
Wenn man sich ein Verbrauchskennfeld (im Englischen BSFC) ansieht, dann gibt es von Herstellerseite manchmal noch Linien oder Punkte eingezeichnet, welche den Motorbetriebspunkt bei der jeweiligen Getriebeübersetzung angeben. Nun kann man diesen Motorbetriebspunkt mit Hilfe des Elektromotors durch Generator- oder Boost-Funktion nach oben oder unten verschieben. Diese Idee hatten nicht nur die Japaner, sondern auch die Damiler AG hält per Patent DE 10 2008 035 451 A1 "Verfahren zur Optimierung eines Hybridbetriebs" vom 19.03.2009 fest:
Verfahren zur Optimierung eines Hybridbetriebs eines Hybridfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme eines Elektromotors derart gesteuert bzw. geregelt wird, dass eine Leistungsabgabe eines Verbrennungsmotors auf einen für einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors optimalen Lastpunkt (LP2, LP3) gesteuert bzw. geregelt wird, wobei eine Gesamtleistung des Hybridfahrzeugs, welche sich aus der Leistung des Elektromotors und der Leistung des Verbrennungsmotors (P2, P3) zusammensetzt, konstant bleibt.

-> LINK: Patent DE 10 2008 035 451 A1

Die Damiler AG nutzte das Patent für den Mercedes S400 Hybrid, von dem auch die folgende Präsentation und Video stammt
-> Präsentation: Implementing supervisory control strategies for Mercedes-Benz hybrid vehicles
-> Video: Hybridantrieb in Pkw

Atkinson/Miller-Zyklus
Viele Hybridfahrzeuge nutzen mittels moderner Ventilsteuerung eine moderne Form des sogenannten Atkinson-Zyklus. Der Name geht auf den britischen Ingenieur "James Atkinson" zurück, welcher einen Motor mit unterschiedlichem Kolbenhub - und daraus resultierend - einen Motor mit unterschiedlichem Volumen bei ansaugen/verdichten und expandieren/ausstoßen erfand. Dies erhöhte die thermische Effizienz des Motors, verringerte allerdings das maximale Drehmoment. Auf Basis dieser Erfindung, entwickelte der amerikanische Ingenieur Ralph Miller seinen sogenannten Miller-Zyklus, bei dem unterschiedliche Volumen mit Hilfe eines Ventiltriebs realisiert wurden, bei welchem das Einlassventil im Ansaugtakt früher schloß. Der Verlust beim Drehmoment sollte laut Miller durch Motoraufladung ausgeglichen werden. Heute verwenden viele japanische Motoren ihre moderne Ventilsteuerung um unterschiedliche Volumen herzustellen, allerdings ohne dabei auf eine Motoraufladung zurückzugreifen. Hierbei hat sich die Rede vom "modernen Atkinsonzyklus" etabliert, wobei Mazda und Nissan auch gerne vom "Millerzklyus" reden.

Der maximale Wirkungsgrad eines modernen Atkinson-Motors kann in einem weiten Drehzahlbereich oberhalb von 35 % liegen. Beispielsweise erreicht der Verbrennungsmotor im Toyota Prius bis zu ca. 38 %. Dies ist deutlich höher als bei konventionellen Benzinmotoren, die meist kaum 35 % erreichen, aber etwas niedriger als bei den besten Dieselmotoren, die bei gut 40 % liegen. Man beachte, dass diese Werte für den jeweils optimalen Betriebspunkt gelten; im typischen Fahrzeugeinsatz liegen die Wirkungsgrade wesentlich tiefer. Jedoch ist dieser Abfall beim Atkinson-Motor wegen der reduzierten Drosselverluste tendenziell schwächer.

-> Aus RP-Energielexikon
-> Video: Atkinson-Zyklus
-> Video: Engineering explained How The Atkinson Cycle Works - Car Engines

Stufenlose Getriebe
Ein ganz entscheidender Punkt japanischer Hersteller ist die Verwendung von stufenlosen Getrieben in der einen oder anderen Form. Diese ermöglicht einem Getriebe eine möglichst lange Übersetzung zu wählen, welche bei einem diskreten Schaltgetriebe auf Grund der fehlenden Beschleunigungsleistung nicht möglich wäre. Dadurch liegen die Operationsbereiche eines Prius weitgehend im optimalen Wirkungsbereich des Verbrauchskennfeldes, während der Operationsbereich eines Golf weit außerhalb des Optimalbereichs liegt.

Deutscher Ansatz: Steigerung der elektrischen Reichweite mit dem Hybrid als Überganslösung

Diesen Ansatz nenne ich deutschen Ansatz, weil dieser Weg von praktisch allen deutschen Herstellern begangen und von den Medien aggressiv propagiert wird. Dabei werden praktisch alle Ansatzpunkte japanischer Hersteller ignoriert und die wesentlichen Punkte lauten wie folgt:

Große Akkus zum externen Nachladen
Dies ist der zentralste und wichtigste Punkt bei deutschen Hybridfahrzeugen, welche mittlerweile alle aus Plug-in-Hybriden bestehen. Der Hauptgedanke ist dabei auf den Flottenverbrauch gerichtet, sowie das für Plug-in-Fahrzeuge entworfene ECE R101 Meßverfahren was aus einer Mischformel besteht. Dabei gilt, je höher die rein elektrische Reichweite ist, desto geringer ist der Kraftstoffverbrauch in diesem Test.

Beibehaltung aller bisheriger Komponenten
Nachdem der Hauptanteil des deutschen Ansatzes vom Akku getragen wird, bleibt der Rest des Fahrzeugs bei dem was man kennt und seit Jahren produziert. Es werden aufgeladene Downsizingmotoren mit gestuften Getrieben verbaut welche auf maximale Beschleunigung und hohes Tempo ausgelegt sind.


Dieser Artikel ist eine kurze und knappe Zusammenfassung der momentanen Hybridkonzepte. Über Sinn und Unsinn, bzw. über den Erfolg der unterschiedlichen Konzepte möchte ich erst in meinem nächsten Blogartikel sprechen, welcher sich dann verstärkt mit dem Thama Plug-in-Hybrid und Elektroauto befasst. Denn erst wenn man beide Themenfelder übersichtlich aufgeführt hat, kann man zu einem objektiven Fazit kommen.
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon NUE154 » 20.11.2017, 06:04

Sehr informativ,danke.

traumsprinter
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon traumsprinter » 23.11.2017, 08:00

Danke für die nutzbare Info. Sehr interessant!

toyoengi

Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon toyoengi » 24.11.2017, 00:32

Sehr gute Infos. Vor allem das mit dem Golf, dessen Gänge nicht durch den effizientesten Bereich des Motors gehen. Das scheint mir bei vielen Modellen der Fall. Man möchte Beschleunigung.

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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Webbster » 24.11.2017, 00:53

Wow... starkes Stück Arbeit und sehr informativ. :) Bin echt beeindruckt.

Einiges hab ich damit über die Hybrid-Motor-Modelle gelernt.

Also das mit dem Mild-Hybrid kenn ich auch erst vor kurzem: Suzuki Ignis - hat so was. Aber war mir bis eben diesem Blog-Artikel - nicht ganz klar, was das eigentlich sein soll. Oder der Unterschied Voll-Hybrid und Plug-In. :danke:
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Kamui77
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Kamui77 » 27.11.2017, 19:54

STROM STATT SPRITT - IST DAS DIE LÖSUNG?

Willkommen im zweiten Teil meines Blogartikels, welcher sich sich wie angekündigt, um vorwiegend elektrische angetriebene Fahrzeuge kümmern wird. Ursprünglich war dieser Teil nur ein kleiner Teilabschnit meines Artikels zum Hybridantrieb auf Motortalk, jedoch zeigten die letzten Monate, dass das Thema doch deutlich bedeutsamer ist und so habe ich es in einen eigenen Artikel umgewandelt. Im Hybridartikel habe ich von Desinformationskampagnen, Marketingargumenten, sowie von einem deutschen Ansatz bei dei den Operationsstrategieen von Hybridantrieben gesprochen. Dies will ich im folgenden näher ausführen, einen Einblick auf die Situation in Europa und im Ausland geben und letztendlich zu einer Bewertung und einem Fazit zu kommen.


Politische und mediale Kampagnen für Elektrofahrzeuge

Bevor ich auf die verbrauchstechnischen Aspekte von Plug-in-Hybriden, Range Extendern und Elektroautos zu sprechen komme, ist es wichtig die Hintergründe in Deutschland und Europa zu kennen, welche die Basis von zahlreichen Artikeln und Diskussionen darstellen.

Verbrauchsermittlung in Europa
Die in Europa gültigen Verbrauchsangaben für Plug-in-Hybride wurden nach einer "R101" genannten Regelung der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UN/ECE), vom zuständigen Gremium Inlandtransportkomitee (ITC), Arbeitsgruppe WP.29 erstellt.
-> LINK UNECE WP.29

Vom Lobbyverband der deutschen Autoindustrie VDA, welcher wiederum Teil des europäischen Autolobby ACEA ist, wird die Regelung wie folgt umschrieben:
Damit ist sichergestellt, dass alle gesetzlich vorgeschriebenen Regeln eingehalten werden und der ermittelte Verbrauch korrekt ist. Der NEFZ erfüllt damit seine Aufgabe als einheitliches Regelwerk, das im Wettbewerb einzelne Hersteller weder bevorzugt noch benachteiligt. Die Details zur NEFZ-Verbrauchsmessung sind in der UN/ECE-Regelung 101 akribisch festgelegt. In allgemein verständlicher Form erläutert z. B. die Broschüre „Fakten und Argumente zum Kraftstoffverbrauch“ – erstellt vom VDIK, VDA und TÜV Nord – alle relevanten Fragen.

-> LINK: Seite des VDA zum R101 Zyklus

Der eigentliche Verbrauch wird beim R101 NEFZ Regeltest wie folgt ermittelt:
C = (De x C1 + Dav x C2)/(De + Dav)
C = Gesamtverbrauch in l/100 km,
C1 = Kraftstoffverbrauch bei voll aufgeladenem Akku,
C2 = Kraftstoffverbrauch bei leerem Akku,
De = rein elektrische Reichweite,
Dav = 25 km (willkürlich zugrundegelegte mittlere Strecke zwischen zwei Akkuaufladungen)
-> LINK: Plug-in-Hybrid Verbrauchsberechnung auf Autokiste

Man kann an Hand dieser Regelung erkennen, dass nur ein Bruchteil des tatsächlichen Verbrauchs ins Endergebnis Einzug findet. Zum einen wird der entstehende Stromverbrauch völlig außen vorgelassen, zum anderen sind die 25km zwischen zwei Aufladungen völlig willkürlich festgesetzt und ergeben nur dann einen Sinn, wenn der Alltag tatsächlich und immerwährend mit 25km elektrischer Fahrt zurückgelegt wird.

Im entsprechenden Wikipedia Artikel werden auch Kritiken zu dieser Regelung aufgeführt. Fragwürdig ist das Verfahren aber nicht nur wegen eventueller Verbrauchertäuschung, sondern auch wegen steuerrelavanter Auswirkungen, die im Zusammenhang mit dem veröffentlichten CO2 Ausstoß stehen.

Verbrauchsermittlung im Ausland
In den USA gilt die R101 Verbrauchsformel nicht. Dort wird von der Umweltbehörde EPA nach FTP-75 Norm getestet und auf der Webseite fueleconomy.gov sowohl die elektrische Effizienz als MPGe (Miles per Galone Gasoline equivalent)/oder als elektrischer Verbrauch in kWh/100 mi, als auch die Verbrennungsmotoreffizienz als MPG oder als Benzinverbrauch in gal/100 mi wiedergegeben.
-> Beispiel: Vollhybride
-> Beispiel: Plug-in-Hybride
-> Beispiel: Elektrofahrzeuge

In Japan gitl die R101 Verbrauchsformel ebenfalls nicht. Dort werden von den japanischen Behörden geforderte Test nach JC08-Standard und zukünftig nacht WLTP-Standard durchgeführte Tests durchgeführt und sowohl die Treibstoffeffizienz in km/L als auch die elektrische Effizienz in km/kWh
-> Beispiel: Toyota Prius PHV Spezifikation
-> Beispiel: VW Golf GTE Spezifikation
-> Beispiel: VW e-Golf Spezifikation

Benachteiligung ausländischer Hersteller durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Nicht nur bei den Plug-in-Hybriden wird von offiziellen Stellen ein Kurs gefahren, welcher weder im Interesse des Kunden, noch im Interesse des freien und internationalen Wettbewerbs steht. Auch beim für reine Elektroautos wichtigen Thema Ladestandards und Lademöglichkeiten wird ein Kurs gefahren, welcher selbst nur noch deutschen Herstellern zu gute kommt und sogar andere europäische Mittbewerber ausschileßt.

Es geht dabei um den Gleichstrom Schnellladestandard CCS, welcher hastig von deutschen Herstellern als Konkurrenz zum japanischen CHAdeMO Standard, sowie zum Supercharger Standard des US Unternehmens Tesla, entwickelt wurde. Der Einfluß der deutschen Autolobby führte aber nicht nur dazu, dass auf EU-Ebene der CCS als Standard beschlossen wurde. Darüber hinaus wurde vom BMWi die in Deutschland gültige Ladesäulenverordnung erlassen, welche den Betreibern derartiger Stromtankstellen nicht nur die verpflichtende Installation eines CCS-Ladeports vorschreibt, sondern auch noch die physikalische Abgrenzung seines Ladeorts, da dieser sonst als öffentlicher Raum erklärt wird.

Hinzu kommt ein, ebenfalls vom BMWi veranlasstes Förderprogramm "Schnellladenetz für Achsen und Metropolen" (SLAM) bei welchem Ladestationen, welche neben dem definierten CCS-Schnellladesystem auch noch andere Systeme unterstützen, explizit von der Förderung ausgeschlossen werden.
-> Artikel: SLAM der Förderunsinn

Benachteiligung ausländischer Hersteller in den Medien
Deutsche Medienveröffentlichungen sind ein großer Quell gezielt abwertender Polemik durch verschiedene Incognito Schreiber, aber auch halbstaatlicher Akteure. Das Repertoire umfaßt Texte, welche direkt von der Marketingabteilung deutscher Hersteller aufgesetzt sein könnten, als auch solche die sich sehr stark auf einen bestimmten Markt oder ein bestimmtes Thema verbissen haben und nichtsmehr außen herum wahrnehmen. Ich führe hier einige Beispiele auf an denen man unmittelbar die Wirkung (oder aber auch die geistigen Ursachen) der oben genannten Sonderregelungen in der EU und Deutschland zu sehen sind.

-> Press inform Artikel von 2015: Toyota verpasst mit dem Prius die Trendwende
-> Interview mit Ferdinand Dudenhöffer 2016: Toyota macht zu viel falsch
-> Focus Test zum Prius+ 2017: Der lange Japaner mit enttäuschender Batterie-Reichweite
-> AMS Test zwischen Golf GTE und Prius Plug-in 2017: Schlägt der Golf den Hybrid-Urvater?

Gelenkte Diskussionen und Meinungszensur in Internetforen wie "Motor-Talk"
Zusätzlich zu den hier genannten Medien gehört aber auch die angeblich größte europäische Auto-Community motor-talk in die Reihen der Manipulateure. Obbleich die Webseite und das Forum schon seit Jahren als sehr VW-freundlich bekannt ist, gab es seit dem Aufdecken des Diesel-Gate-Skandals eine immer stärker werdende Lenkung der Beiträge hin zum Thema Plug-in-Hybrid und Elektroauto. Dies alleine ist nichts verwerfliches, da man sich nach den nun nichtmehr zu verleugnenden Problemen beim Diesel auch Alternativen suchen muß. Das Problem lag im Stil und der Art und Weise, wie von den sogenannten "Moderatoren" die entstehenden Forendiskussionen um die Themen gelenkt wurden. Alle Debatten hatten unter der oben aufgeführten Prämisse "Plug-in-Hybrid und Elektroauto = CO2 Emissionsfrei" zu laufen. Diskussionen über die Herkunft des Stroms wurden kaum gedulded und mehrfach wurden ganze Passagen oder Seiten gelöscht, welche dem jeweiligen Moderator oder der Forenobrigkeit nicht in die Agenda gepasst hatten. Beschwerden wurden mit dem Hinweis, dass man nicht über Moderationsentscheidungen diskutieren würde, einfach abgebügelt.
-> LINK: Artikel eines anderen Bloggers über Motor-Talk

Diesem äußerst "demokratischen" Umstand verdanke ich dann auch eine e-Mail von Motor-Talk, welche mich darüber informierte, dass meine Anwesenheit im Forum nicht länger erwünscht sei. Höflich wie ich bin, habe ich daraufhin geantwortet, dass ich in diesem Fall das Recht auf mein geistiges Eigentum geltend mache und die werten Damen und Herren meine Blogs von ihrer Seite zu entfernen haben. :cool: Nun gut, das ist jetzt schon etwas :offtopic: aber ich möchte im Grunde nur ausdrücken, dass man sich auf motor-talk, ähnlich wie auch in den oben zitierten Medienartikeln, keine reine Sachinformation zu einem Produkt holt, sondern gleich eine vorgefertigte Meinung welche man im Forum dann entweder auch gerne teilen darf oder sonst gerne den Mund halten kann. :schulterzuck:


Energiegewinnung, Aufwand und Verbrauch bei Elektrofahrzeugen

Wie wir aus der weiter oben aufgeführten Betrachtung wissen, gelten Elektrofahrzeuge im europäischen Gesetzesrahmen praktisch als emissionsfrei. Damit ist der Anreiz für deutsche Hersteller geschaffen um mit möglichst teuren Fahrzeugen in einer staatlich geförderten und geschützten Nische (wie es schon beim Diesel der Fall war) kommende CO2 Richtlinien beim Flottenverbrauch auzusitzen oder zu umgehen. In den Medien und öffentlichen Diskussionen zumindest fällt immer wieder das Wort "emissionsfrei" bei der Elektromobilität und viele Politiker und Verbände fordern das baldige Ende des Verbrennungsmotors. Ich möchte dieser Betrachtung nun weiter folgen um zu sehen, ob sie gerechtfertigt ist und wie man das Thema in anderen Ländern angeht.

Ich komme zurück auf den Wikipedia Artikel zum R101 Verbrauchszyklus. Dort heißt es wie folgt:
Der Fehler liegt zusätzlich in der Nichtberücksichtigung der vorher eingeladenen elektrischen Energie. Dieser systemische Fehler führt deshalb zu sehr niedrigen Norm-Verbrauchswerten.

Eine ausschließliche Berücksichtigung des Schadstoffausstoßes bei der Stromproduktion (Übergang von Tank-to-Wheel zu Well-to-Wheel) würde allerdings zu einer Verzerrung zugunsten der Verbrennungsmotoren führen, da die Aufwendungen für Produktion und Transport der Flüssigkraftstoffe bisher ebenso unberücksichtigt bleiben. Außerdem würde diese Betrachtungsweise zu regional unterschiedlichen Verbrauchsangaben führen, da die Aufwendungen zur Stromproduktion und Kraftstoffherstellung regional /in verschiedenen Ländern stark differieren, vom Fahrzeughersteller aber nicht beeinflussbar sind. Vor allem aber ist durch die zunehmende Nutzung regenerativer Energien ein quasi „automatischer“ Einspareffekt bei E-Fahrzeugen gegeben, während ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor immer dieselbe Menge Kraftstoff pro 100 km verbrauchen und entsprechend CO2 emittieren wird, der Aufwand für die Kraftstoffproduktion aber tendenziell steigt.

Möglich wäre eine Angabe in der Norm über den Energiebedarf pro 100 km in kWh. Auch der Energiegehalt von Benzin und Diesel lässt sich in kWh angeben. Dadurch würde dann auch sichtbar, wie ineffizient die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor mit der Menge chemisch gespeicherter Energie umgehen.


Energieaufwand Verbrennerfahrzeug
Diese Argumentation wird nicht nur bei Plug-in-Hybriden, sondern auch bei reinen Elektrofahrzeugen angewandt und ist in zahlreichen Foren zu finden. Nach ausgiebiger Recherche zum Thema bin ich beim Ottomotor mit Benzin dann auf folgende Informationen gestoßen:
Bei der Benzinherstellung aus konventionell gewonnenem Erdöl (Erdölförderung, Transport und Raffinierung) entstehenden klimaschädlichen Emissionen betragen rund 10 % der CO2-Emissionen, die später durch Verbrennung des Benzins entstehen. (Der größte Teil dieser zusätzlichen Emissionen entsteht in der Raffinerie, der zweitgrößte bei der Rohölgewinnung; der Transport den Öltanker und fällt weniger stark ins Gewicht.) Der Energieverbrauch an Energie bei der Herstellung liegt sogar bei ca. 18 % des Energieinhalts des Kraftstoffs. Bei der Gewinnung von Erdöl mit nicht-konventionellen Methoden können Energieverbrauch und Emissionen allerdings noch weitaus höher sein.

-> LINK: RP-Energielexikon zum Thema Benzin

Um also einen Well to Wheel Vergleich zwischen Verbrennungsfahrzeugen und Elektrofahrzeugen zu starten, müßte man also den Treibstoffverbrauch des Verbrennungsfahrzeuges mit 110% berechnen. Dies ist eine sehr einfache Rechnung und so würde z.B. ein Auris Hybrid an Stelle von 3,5-3,9L/100km dann einen NEFZ Verbrauch von 3,9-4,3L/100km aufweisen.

Energieaufwand Elektrofahrzeug
Nach ebenfalls ausgiebiger Recherche bin ich beim Elektrofahrzeug zu einem für manche vielleicht überraschendem Ergebnis gekommen, was vielleicht auch den Grund dafür darstellt, dass man keinen ernsthaften Well to Wheel Vergleich beim Elektrofahrzeug darstellt. Es ergeben sich nämlich mehrere Stufen beim CO2 Aufwand, welch ich wie folgend darlegen möchte.

Akku-Produktion: Auch beim Verbrenner versursacht die Fahrzeugproduktion einen bestimmten Anteil an CO2 Emissionen. Allerdings hat eine kürzlich erschienene Studie des IVL Swedish Environmental Research Institute gezeigt, dass die Produktion von Lithium-Ionen-Akkus mit einem CO2-Äquivalent von 150 bis 200 kg pro Kilowattstunde Speicherkapazität einhergeht. Die Forscher fordern daher, dass Elektrofahrzeuge mit möglichst kleinen Akkus auskommen sollen.
->LINK: Focus Artikel: Schwedische Studie rechnet vor: CO2-Bilanz eines Elektroautos ist ein Desaster
->LINK: Studie des IVL als PDF

Strom-Produktion: Kommen wir nun zum wirklichen Knackpunkt und dem was man direkt messen kann, die Stromproduktion. Was beim Abbau von Kohle oder Gas an CO2 entsteht, konnte ich nicht recherchieren. Allerdings entstehen im deutschen Strommix 527g CO2 pro kWh. Der Strommix schließt, wie der Name schon sagt, den gesamten in Deutschland erzeugten Strom inklusive Ökostrom, Kohlestrom, Gasstrom oder Atomstrom mit ein und wird dann fällig, sobald man ein Netzkabel in die Steckdose steckt.
-> LINK: Quelle ist das Umwelbundesamt

Übertragungsverluste: In Deutschland gehen im Deutschen Stromnetzwerk durch Übertragungsverluste rund 5,7% der bereitgestellten Energie verloren.
-> LINK: Quelle auf Wikipedia

Ladeverluste: Beim Aufladen von Lithium-Ionen Akkus gehen bei jedem Ladevorgang durch Ladeverluste zwischen 10-30% der bereitgestellten Energie verloren. Als Quellen beziehe ich mich auf folgende Seiten
-> Studie Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH
-> Webseite: Mario Sedlak - Ladezeiten und Energieeffizienz von Akkus für Elektroautos
-> Artikel auf Ecomento.de: Technik im Elektroauto: Verbrauch, Ladeverlust und Wirkungsgrad
-> Artikel auf Greenfinder.de: Elektroauto Ladekosten
-> Thread im Tesla Fahrer & Freunde Forum: Ladeverluste
-> Thread im GoingElectric Forum: Ladeverlust?

In Summe: Zusammengenommen bedeutet beim Elektroauto eine Well to Wheel Betrachtung in Deutschland nicht weniger als: 527g CO2/kWh zzgl. 5,7% Netzverluste zzgl. 10-30% Ladeverluste = 613-724g CO2/kWh.


Situation in Japan

Viele von Euch werden wissen, dass Japan mit dem Mitsubishi i-MiEV und dem Nissan Leaf stark im BEV-Geschäft engagiert ist und der Leaf das am meisten verkaufte Elektroauto weltweit ist. Trotzdem verkauft Nissan heute deutlich mehr Vollhybridmodelle und der japanische Staat hat ein Programm zum schnellen Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur auf den Weg gebracht. Woran mag das liegen?

In Japan wurden nach dem großen Erdbeben und dem Tsunami von 2011 mit der anschließenden Reaktorkatastrophe in Fukushima, sämtliche Kernkraftwerke vom Netz genommen. In den ersten Tagen und Monaten führte dies zu Produktionsausfällen bei vielen Unternehmen und verursachte damit hohe wirtschaftliche Folgeschäden. Seit diesem Zeitpunkt importiert Japan einen großen Teil fossiler Rohstoffe um damit den eigenen Energiebedarf zu decken. In der Folge stieg der japanische Strommix auf einen CO2 Ausstoß von 554g CO2 pro kWh an.
-> Quelle: FEPC Measures to Suppress CO2

Im Hinblick auf die weiter oben genannten Übertragungsverluste in Deutschland gibt es in Japan mit 100V die weltweit niedrigste Netzspannung überhaupt, was wiederum eine hohe Verlustleistung impliziert. Zudem wird in Westjapan mit einer Netzfrequenz von 60Hz, in Ostjapan mit einer Frequenz von 50Hz gearbeitet.
-> Quelle: Wikipedia Artikel Stromerzeugung in Japan

Es gibt Bestrebungen bis 2030 den japanischen Strommix auf 420-450g CO2/kWh zu senken, was allerdings nur dann gelingen wird, wenn man entsprechend viele Kernkraftwerke wieder ans Netz bringt.
-> LINK: Japans Power Sector and CO2 Pathways
-> LINK: Japans Energy Plan

Vor diesem Hintergrund sind die Überlegungen und die Tagespolitik in Japan sehr einfach zu verstehen. Es ist schlicht und einfach rationaler auf die stetig effizienter werdenden Vollhybride zu setzen, als dass man sich auf teure Elektroautos konzentriert, welche Strom benötigen, der unter hohem CO2 Ausstoß produziert und hohen Verlusten durch die Leitungen geschickt wird. Auch die vielseits beliebten Kei Cars werden durch Verbesserungen ihrer Verbrennungsmotoren und Fortschritten bei der Gewichtseinsparung immer effizienter. Schließlich und letztlich bietet die Wasserstoff-Technologie eine Möglichkeit an, Regenerativ gewonnene Energie direkt und unmittelbar vor Ort zu speichern - Firmen wie Iwatani, Toshiba, Panasonic und andere haben hier bereits vieles erreicht.
-> Artikel: Japan könnte Deutschland mit Hybrid-Autos ausbremsen
-> Artikel: Japanese automakers accelerate hybrid push in Southeast Asia

Situation in China

In den Medien wird China als DAS Elelktroauto-Wunderland dargestellt und zahlreiche Kommentatoren loben die chinesische Staatspolitik zur Förderung und Forderung nach Elektroautos. Dabei werden einige Punkte aber immer wieder übersehen. Zentrales Ansinnen der chinesichen Regierung ist die Stärkung ihrer heimischen Industrie, denn die Elektro-Soll-Quote ist in China nur dann erfüllt, wenn auch der Akku im Elektroauto aus chinesischer Produktion stammt. Vergleicht man das mit Meldungen aus Deutschland, so hört man immer wieder, dass eine Akkuproduktion hierzulande zu teuer und unwirtschaftlich wäre.
-> Artikel: Chinesische Batterien sind Pflicht: China bringt Produktionsquote für E-Autos
-> Artikel: Für 200 Millionen Euro: BMW baut Kompetenzzentrum für Batteriezellen in München

Der nächste Punkt welcher vollkommen ausgeblendet wird, ist die Stromproduktion in China. Durch einen hohen Anteil von Kohlekraftwerken hatte der chinesische Strommix 2012 einen CO2 Ausstoß von 836,7-1085g CO2/kWh, welcher aktuell auf einen Stand von 752,45g CO2/kWh gesunken ist.
-> Artkel: Klimaschädliche Elektroautos
-> 2015 Guidelines for Defra/DECC's GHG Conversion Factors for Company Reporting

Auch in China ist man sich der Problematik des CO2-Ausstoßes durch zahlreiche Kohlekraftwerke bewußt. Die Lösung auf dieses Problem lautet dabei für die chinesische Regierung: massiver Ausbau der Kernernergie. Das Land, welches von von unseren Politikern und Meinungsbildnern wegen seiner Elektromobilitätspläne so hofiert und idealisiert wird, steigt genau dort ein, wo eine Bundeskanzlerin Merkel 2011 ausgestiegen ist.
-> LINK: IAEA How China has Become the World's Fastest Expanding Nuclear Power Producer
-> Aritkel: China warned over 'insane' plans for new nuclear power plants


Mein Fazit

Ich hoffe ich konnte in diesem Blog-Artikel genügend Anschauungs- und Informationsmaterial bringen, damit sich nun jeder bis zu diesem Zeitpunkt ein eigenes Urteil bilden konnte. Mein Fazit in Bezug auf CO2 lautet "Man verringert den CO2 Ausstoß, in dem man weniger CO2 produziert". Es gibt keine generelle Lösung für alles und jeden, so wie sie von manchen grünen Politikern gesehen wird. Es mag Firmen geben, die eine große Photovoltaikanlage auf dem Dach haben und mit dieser ihre in Bereitschaft stehenend Elektrofahrzeuge laden können. Es gibt aber auch Millionen von Menschen, die haben keine Solaranlage, geschweige denn einen eigenen Stellplatz für ihr Auto um es irgendwo anzustecken - da sind Vollhybride im Gegensatz zu einer erzwungenen Elektromobilität einfach effizienter.

Eine Sache halte ich aber generell für Quatsch und das sind Plug-in-Hybride. Hier werden mit sehr viel Aufwand zwei Fahrzeugkonzepte unnötigerweise zur Ineffizienz getrieben. Im Fall japanischer Plug-in-Hybridmodelle gibts einen schweren Akkusatz, welcher an der reinen Hybrideffizienz nagt und mit Strom aus der Steckdose keinen Deut umweltfreundlicher ist. Im Fall deutscher Plug-in-Hybridmodelle gibts einen ineffizienten Downsizer, welcher nochmal mit schwerem Akkusatz beladen wird. Herzlichen Glückwunsch - was soll das bringen? :irre:
-> LINK: Spiegel Artikel: Elektromobilität - Ministerien beschweren sich über Hybrid-Dienstwagen

Zusammengefasst möchte ich noch Professor John D. Kelly von der Weber State University zitieren, welcher in einer Vorlesung sagte "Wer über 70.000 US-Dollar für einen Tesla S ausgeben kann, der kauft den Wagen nicht, weil er Treibstoff sparen will". :top:


Das war es jetzt von meiner Seite aus zum "allgemeinen Thema" Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Ich werde in folgenden Blogartikeln gezielt auf die Hybridsysteme japanischer Hersteller eingehen. Wie immer sind mir Fragen und Kommentare jederzeit willkommen.
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Kamui77 » 07.12.2017, 01:09

CVT GETRIEBE - IN EUROPA GEBOREN, IN JAPAN ERWACHSEN GEWORDEN

Den heutigen Artikel habe ich ursprünglich im April 2016 auf Motortalk veröffentlicht, aber auch dieser hat nichts an Aktualität eingebüßt. Beim Auto gehört für mich ein Automatikgetriebe zur selbstverständlichen Grundausstattung - schließlich kommt der Begriff Automobil auch daher, dass ein Fahrzeug von einem Motor betrieben wird und nicht per Pedes wie bei den Beiden. Es ist von daher schon eine große Ironie, das viele sogenannte "Auto-Enthusiasten" und auch ein Großteil der Länder in Europa auf manuell bediente Schaltgetriebe schwören. Diesen Umstand hat der langjährige Top Gear Moderator Jeremy Clarkson wie folgt umschrieben.
The only people who would buy an old-fashioned gearstick manual are the sort who choose not to have a washing machine because they prefer to clean their clothes in the local river

Und in der Tat ist es schon bezeichnend, dass Europa als moderner Industriestandort und mit hohen Klimaschutzzielen antriebstechnisch hinter Nordamerika, Japan/Korea und China liegt (siehe CTI Statistik 2014 auf Seite 18). Nun geht es aber nicht um irgendeine Automatik, sondern um stufenlose Getriebe - im englischen Continously variable Transmission (CVT) - welche hierzulande um ein vielfaches stärker beschimpft wurden und noch immer werden, als die Rührstabfetischisten von Jermy Clarkson. Ich möchte heute einen eingehenden Blick auf deren Entwicklung werfen und die Unterschiede zu anderen Getriebearten aber auch untereinander erklären. Denn auch hier ist es wieder wichtig die Hintergründe zu kennen, da in den heutigen Medien vieles undifferenziert zusammengeworfen und abwertend polemisiert wird.


Sinn von stufenlosen Getrieben

Der Grundgedanke ist bei fast allen CVTs der selbe, nämlich den Motor dauerhaft in seinem optimalen Wirkungsbereich laufen zu lassen. Dazu verweise ich nochmals auf zwei bereits bekannte Videos, welche sich mit dem Thema Verbrauchskennfelder von Verbrennungsmotoren beschäftigen.

-> Video: Verbrauchskennfeld: Optimaler Wirkungsgrad des Motors für PKW
-> Video: Motorkennfeld und spezifischer Verbrauch von Verbrennungsmotoren

Kurz gesagt, es gibt einen Bereich in dem Verbrennungsmotoren besonders effektiv laufen. Bei Fahrzeugen mit diskreten Gängen/Schaltstufen hat man eine begrenzte Anzahl an Übersetzungen zur Verfügung, welche aber die Gesamtheit der Verkehrssituationen abdecken müssen. In der Folge werden die Übersetzungen mit Priorität aufs Markenimage gewählt und laufen nur in den seltensten Fällen, oder überhaupt nicht im Optimalbereich.

Im Gegensatz dazu bieten stufenlose Getirebe ein weites Spektrum an möglichen Übersetzungen und können sich frei und ohne Unterbrechung an die jeweiligen Fahrsituationen anpassen. Nahezu alle bisher erschienenen stufenlose Getriebe nutzen diesen Umstand um im optimalen Wirkungsbereich zu laufen um damit Treibstoff zu sparen. Im professionellen Motorsport wurde Versuchsweise aber auch mal ein stufenloses Getriebe gebaut, welches auf die maximale Leistungsabgabe ausgerichtet war. Dieses Getriebe wurde durch ein Verbot der FIA aber aus dem Verkehr gezogen und das Konzept anschließend nichtmehr weiterverfolgt.

-> Video: Are CVTs The Best (Fastest) Transmissions?
-> Video: Williams FW15C CVT


Arten von stufenlosen Getrieben

Stufenlose Getriebe gibt es in Kraftfahrzeugen seit den späten 1950ern und bis heute wurden eine ganze Reihe an unterschiedlichen Ausführungen entwickelt. Dabei gibt es im PKW-Bereich heute zwei Grundarten, nämlich mechanische CVTs und elektrische CVTs. Beide Arten gibt es wiederum in unterschiedlichen Aufbautypen, welche wir im folgenden betrachten wollen.

Mechanisches CVT

-> Video: mechanische Kegelscheiben CVTs
-> Video: mechanisches Wälzkörpergetriebe CVT

Im ersten Video sehen wir die gebräuchlichste Art von CVT eines Kegelscheibenpaars. welches mittels Keilriemen, Metall-Schubgliederband oder Metall-Laschenkette miteinander verbunden ist. Neben diesem Typus gab es kurzzeitig auch noch ein Wälzkörpergetriebe im automobilen Einsatz. Hier nochmal die einzelnen Typen etwas näher erläutert.

Keilriemengetriebe
Bei diesem Typ von CVT handelt es sich um ein Umschlingungsgetriebe bei dem mittels eines Kunststoffkeilriemens zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren Zugkräfte übertragen werden. -> Video: Keilriemen Grundlagen

Schubgliederband
Bei diesem Typ von CVT handet es sich um ein Umschlingungsgetriebe bei dem mittels eines Spannbandes und zahlreicher darin befestigter Stahllamellen zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren Druckkräfte übertragen werden. -> Video: Aufbau eines CVT Schubgliederbandes

Laschenkettengetriebe
Bei diesem Typ von CVT handelt es sich um ein Umschlingungsgetriebe bei dem mittels einer Wiegegelenk-Laschenkette zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren Zugkräfte übertragen werden. -> Video: CVT Laschenkette am Beispiel der Subar Lineartronic

Wälzkörpergetriebe
Bei diesem Type von CVT handelt es sich um ein Reibradgetriebe mit verschiebbaren Rollen, welche mit verschiedenen Abrollradien die Kraftübertragung durchführen.

Elektrisches CVT

-> Video: Toyota Hybrid Synergy Drive
-> Video: GM Voltec
-> Video: Honda i-MMD
-> Video: Nissan e-Power

In den obigen Videos sieht man dass elektrische CVTs sehr unterschiedlich aufgebaut sein können, aber immer auf eine Kombination Verbrennungsmotor mit Elektromotor zur seriellen oder teilseriellen Kraftumwandlung nutzen. Es würde den Rahmen dieses Artikels sprengen wenn ich hier anfangen wollte tiefer ins Detail zu gehen. Deswegen möchte ich es bei den Videos belassen und die elektrischen CVTs später als Teil der Hybridsysteme vorstellen. Im folgenden werde ich mich also auf die mechanischen CVTs konzentrieren.


Historische Anfänge bis in die Gegenwart

Die weiter oben genannte Kenntnis, dass viele Motoren durch begrenzt vorhandene Übersetzungen nicht in ihrem optimalen Wirkbereich laufen ist keineswegs neu, und so wurden in den 1950ern zuerst bei Mopeds (Motobecane Mobymatic), dann bei Motorrollern (DKW Hobby/System Uher) und schließlich bei PKWs (DAF Variomatic) die ersten stufenlosen Fahrzeuggetriebe entwickelt und eingeführt.

Die damaligen Keilriemengetriebe eigneten sich nur zum Einsatz in Mopeds, Motorrollern und Kleinwagen mit 0.6L Motoren. Der maximale Drehmomentbereich war stark eingeschränkt und die Getriebeeffizienz lag bei gerade mal 70%. Eine physikalische Eigenschaft dieser Getriebe ist bis heute auch, dass es keinen Rückwärtsgang gibt und dieser Fahrmodus erst mittels eines Planetengetriebes implementiert werden musste. Dies wiederum führte zu der Besonderheit, dass stufenlose Getriebe rückwärts genauso schnell wie vorwärts fahren konnten und deshalb zur Sicherheit elektronisch begrenzt werden. Kuriosum am Rande: In den Niederlanden nutzte man diese Besonderheit zu "Achteruitrijden" genannten Spektakelrennen mit ausrangierten DAF PKWs.

Im Verlauf der Jahre wurden die Keilriemenantriebe aus Gummi gegen Kompositriemen, metallische Schubgliederbänder oder metallische Laschenketten ersetzt. In den 1980ern wurden Verbesserungen im Reibungskoeffizienten und der Schmierung erreicht, in den späten 1990ern wurden erstmals Motoren bis 2.0L mit CVTs ausgestattet. 2010 lag die Obergrenze bereits bei 3.5L Motoren mit 300 PS und Allradantrieb, während die Getriebeeffizienz inwzischen bei 92% angekommen war. 2013 übertrafen CVTs nach einer NEDO Studie die Effizienz von Wandlerautomaten mit Planetengetrieben. Zum heutigen Zeitpunkt schließlich erzielen viele CVTs inzwischen bessere Treibstoffeinsparungen als Schaltgetriebe und gehören deshalb in Japan zur Grundausstattung.


Vor und Nachteile

Wie jede Form von Getriebe weisen CVTs bestimmte vor und Nachteile auf, welche hier kurz genannt werden sollen.

Vorteile
  • Schaltrucke entfallen, sanfte Beschleunigung sowie Bremswirkung möglich
  • Fähigkeit den Motor auch bei niedrigen Geschwindigkeiten dauerhaft im hohen Lasbereich zu halten um das optimale Verbrauchskennfeld zu erreichen.
  • Abschaltung der Treibstoffeinspritzung in einem weiten Operationsbereich möglich
  • Einfachere Energiegewinnung für die Lichtmaschine bzw. Elektromotor
  • Kompakter und leichter als viele andere Automatikgetriebe

Nachteile
  • Begrenzter Drehmomentbereich, deswegen Einsatz vorwiegend im PKW
  • Anfangs teurer als klassische 4-Stufen Wandlerautomaten. Inzwischen ist die CVT Produktion auf Grund der großen Verbreitung billiger geworden.
  • Geringere Spreizung (7.0 bei JATCO CVT8) im Vergleich zu Wandlerautomatik (9.81 bei ZF 9HP). Zwischenzeitlich hat man beim CVT nachgelegt (8.7 bei JATCO CVT7 W/R)
  • Bei voller Kraftübertragung muss großer hydraulischer Öldruck für Kegelscheiben aufgebaut werden, deswegen sind Verzögerungen bei der Beschleunigung "Gummibandeffekt" und Einbußen bei der Höchstgechwindigkeit möglich. Moderne CVTs (Subaru, Honda) reagieren schneller und können dieses Manko nahezu ausgleichen
  • Anderes Fahrepmfinden bei Beschleunigung und Motorgeräusch als bei gestuften Getrieben, was einige Fahrer stört. Als Abhilfe wurden virtuelle Schaltstufen entwickelt


Geschichtliche Entwicklung
 
Im folgenden gebe ich nun einen historischen Abriss mit den wichtigsten Entwicklungen der einzelnen Akteure wieder. Dabei erhebe ich keinen Anspruch auf Vollständigkeit, was in Anbetracht der Flut an Informationen auch kaum Möglich wäre. Für den Fall, dass sich jemand bei seiner Lieblingsmarke übergangen sieht, sage ich schon an dieser Stelle war keine Absicht.

1950er: Die Anfänge und Geburt des CVT in Europa
JahrEntwicklung
1958Die niederländische Firma DAF entwickelt die "Variomatic", ein Keilriemen CVT und nutzt es im Kleinwagen DAF 600


1960er: Ausweitung des Fahrzeugsortiments
JahrEntwicklung
1961DAF baut den Kleinwagen DAF 30 / DAF 750 / Daffodil mit Variomatic
1966DAF baut den unteren Mittelklassewagen DAF 44 mit Variomatic
1967DAF baut den Kleinwagen DAF 33 mit Variomatic
1967DAF baut den unteren Mittelklassewagen DAF 55 mit Variomatic


1970er: Kauf durch Volvo und Abspaltung in VDT
JahrEntwicklung
1972DAF baut den unteren Mittelklassewagen DAF 66 mit Variomatic
1974Technische Änderungen führen beim unteren Mitteklassewagen DAF 44 zur Namensänderung in DAF 46
1975Die PKW Sparte von DAF wird vom schwedischen Hersteller Volvo aufgekauft. Die Patente der Variomatic werden in eine neu geschaffene Gesellschaft VDT (Van Doorne’s Transmissie) B.V. ausgegliedert, welche fortan CVT Komponenten für andere Hersteller liefert.
1975Volvo baut den Kleinwagen Volvo 66 mit Variomatic von VDT
1976Volvo führt die Kompaktklassenserie Volvo 300 mit Variomatic von VDT ein


1980er: Metall-Schubgliederband sowie Entwicklungen in Japan und Europa
JahrEntwicklung
1984Der japansiche Hersteller Fuji Heavy Industries entwickelt für seine Automobilsparte Subaru das erste elektronisch gesteuerte Schubgliederband CVT mit Anfahrkupplung "ECVT" (electronically-controlled continuously variable transmission) auf Basis eines V-Belt Stahl Schubgliederband von VDT
1985VDT beginnt mit der Massenproduktiion von Stahl-Schubgliederbändern für OEMs
1987VDT fertigt bis zum Zeitraum 1991 Schubgliederbänder für ein maximales Drehmoment bis 250Nm welche dank elektronischer Steuerrung auch deutlich effektiver laufen
1987Subaru bringt den Justy 1. Generation mit "ECVT" Schubgliederband CVT auf den Markt.
1987Der US Konzern Ford entwickelt sein "CTX" (Continously-variable Transaxle) Schubgliederband CVT auf Basis eines V-Belt Stahl Schubgliederband von VDT. Dieses Getriebe wird im Fiesta 2. Generation verbaut.
1987Der italienische Hersteller Fiat bringt den Uno Typ 146 mit "Selecta" Schubgliederband CVT auf den Markt, ein Lizenzbau des "Ford CTX"
1988Volvo bringt den Volvo 440 mit einem von VDT entwickelten "Transmatic" Schubgliederband CVT auf den Markt
1988Subaru bringt den Justy 4WD mit seinem "ECVT" Schubgliederband CVT auf den Markt
1988Subaru bringt den Rex 3. Generation mit seinem "ECVT" Schubgliederband CVT auf den Markt
1988Fiat bringt den Tipo Typ 160 mit "Selecta" Schubgliederband CVT auf den Markt, ein Lizenzbau des "Ford CTX"
1989Volvo bringt den Volvo 460 mit einem von VDT entwickelten "Transmatic" Schubgliederband CVT auf den Markt
1989Der italienische Hersteller Lancia bringt den Lancia Y10 mit "Selectronic" Schubgliederband CVT auf den Markt, ein Lizenzbau des Subaru "ECVT"


1990er: Laschenkettengetriebe, Formel 1, Bosch Übernahme, Drehmomentwandler, virtuelle Gänge und Toroidgetriebe
JahrEntwicklung
1991Der japanische Hersteller Suzuki entwickelt zusammen mit dem US Getriebehersteller BorgWarner das "SCVT" ein Laschenkettengetriebe mit Anfahrkupplung für den Suzuki Cultus, der im gleichen Jahr erscheint
1991Fiat bringt den Panda Typ 141 mit "Selecta" Schubgliederband CVT auf den Markt, ein Lizenzbau des "Subaru ECVT"
1992Der japanische Hersteller Nissan bringt den March K11 mit "N-CVT" auf den Markt, ein Lizenzbau des "Subaru ECVT"
1993VDT bestückt in Zusammenarbeit mit Renault/Williams den damaligen Boliden FW15C mit einem speziell entwickelten CVT Getriebe als Prototypen bei dem die Elektronik aber auf maximale Leistung an Stelle von maximaler Effizienz steuerte.
1993Durch den Williams Test aufmerksam geworden, macht die FIA mit einer Regeländerung ab dem Jahr 1994 den Einsatz eines CVT Getriebes unmöglich.
1994Fiat bringt den Punto Typ 176 mit "Selecta" Schubgliederband CVT auf den Markt, ein Lizenzbau des "Subaru ECVT"
1995VDT wird durch das deutsche Unternehmen Robert Bosch GmbH übernommen.
1995Der japanische Hersteller Honda entwickelt die "Multimatic", ein Schubgliederband CVT Getriebe mit Anfahrkupplung auf Basis eines V-Belt Stahl Schubgliederband von VDT und setzt diese im Civic der 6. Generation (EK) ein.
1996Lancia bringt den Lancia Y mit "Selectronic" Schubgliederband CVT auf den Markt, ein Lizenzbau des Subaru "ECVT"
1997VDT, jetzt unter Bosch Kontrolle, entwickelt ein 30mm Schubgliederband für höheres Drehmoment. Bis 2002 werden 30/12er Schubgliederbänder für ein Drehmomentmaximum von 350 Nm entwickelt
1997Nissan entwickelt das Hyper CVT, ein Schubgliederband CVT Getriebe erstmals mit Drehmomentwandler und dem neuen 30mm V-Belt von VDT. Es wird im Primera P11, sowie im Bluebird U14 eingesetzt.
1998Fuji Heavy Industries entwickelt für ihre Autosparte Subaru das i-CVT, ein Schubgliederband CVT mit Drehmomentwandler und erstmalig 7 virtuellen Schaltstufen mit V-Belt von VDT. Es wird im Pleo eingesetzt, der im gleichen Jahr erscheint.
1998Suzuki entwickelt das "SE-CVT" in Zusammenarbeit mit mit Aichi Machine Industry und Bando Chemical, einen sogenannten Dry Hybrid Belt Riemen aus Verbundmaterial für den Wagon R der 2. Generation, sowie dem Alto der 5. Generation
1998Der japanische Hersteller Daihatsu produziert das "A-CVT", wobei es sich um eine Lizenzversion des "Suzuki SE-CVT" handelt. Dieses Getriebe wird im Mira der 5. Generation, sowie im Move der 2. Generation eingesetzt.
1999Nissan entwickelt das HYPER CVT-M6, wobei es sich um ein Schubgliederband CVT Getriebe mit Drehmomentwandler und 6 virtuellen Schaltstufen basierend auf dem 30mm V-Belt von VDT handelt. Es kommt abermals im Primera zum Einsatz
1999Audi entwickelt die "Multitronic" ein Laschenkettengetriebe mit Anfahrkupplung und 6 virtuellen Gängen auf Basis einer Laschenkette von LUK. Das neue Getriebe kam erstmals im Audi A6 C5 zum Einsatz
1999Nissan entwickelt zusammen mit JATCO, NSK und Idemitsu Kosan ein Halbtoroidgetriebe welches "Extroid CVT" genannt wird. Es kommt in der 10. Generation des Nissan Cedric, in der 11. Generation des Nissan Gloria, sowie in der 11. Generation des Nissan Skyline zum Einsatz, bis es wegen hoher Kosten und technischer Probleme 2005 ausgemustert wird


2000er: Alle wollen mitmischen und Japan macht sich unabhängig

JahrEntwicklung
2000Der japanische Hersteller Mitsubishi Motors entwickelt das "INVECS III CVT" Schubgliederband CVT Getriebe mit Drehmomentwandler und V-Belt von VDT. Es wurde im Lancer eingesetzt, welcher im gleichen Jahr an den Start ging.
2000Audi bringt den Audi A4 B6 mit "Multitronic" Laschenketten CVT auf den Markt.
2000Der japanische Hersteller Toyota entwickelt das "Super CVT" (interne Bezeichnung K110) Schubgliederband CVT mit Drehmomentwandler und V-Belt von VDT. Dieses Getriebe fand erstmalig Einsatz im Opa, welcher im gleichen Jahr an den Start ging
2001Der deutsche Hersteller BMW bringt für seine neu aufgelegte Marke Mini das "VT1F" Steptronic Schubgliederband CVT mit Anfahrkupplung und 6 virtuellen Gängen, welches vom Partner ZF entwickelt wurde, auf Basis von VDT V-Belts. Dieses Getriebe wird im Mini Cooper 1. Generation verbaut.
2001Der britische Hersteller MG Rover benützt für seine Modelle Rover 45 und MG ZS ebenfalls das VT1F CVT
2001Honda entwickelt das "Multimatic S", ein Schubgliederband CVT Getriebe mit Anfahrkupplung und 7 virtuellen Gängen auf Basis von V-Belts von VDT. Das neue Getriebe wird erstmals im Fit 1. Generation eingesetzt
2002Die Robert Bosch GmbH und Aisin AW gründen das Joint Venture CVTEC Corp. um Schubgliederbänder lokal in Japan herzustellen.
2002Der US Hersteller GM entwickelte 2002 das "VTi" genannte Schubgliederband CVT Getriebe mit Drehmomentwandler auf Basis von VDT V-Belts. Dieses kam erstmals beim Saturn VUE zum Einsatz.
2002Der deutsche Hersteller Opel bringt unter dem Markennamen "CVTronic" das "GM VTi" Schubgliederband CVT im Vectra C auf den Markt.
2002Nissan bringt in Zusammenarbeit mit seinem Partner JATCO das "XTRONIC CVT-M6" Schubgliederband CVT mit Drehmomentwandler und 6 virtuellen Schaltstufen für den Teana auf den Markt. Im gleichen Jahr wird auch ein XTRONIC CVT-M6 für den Nissan Cube auf den Markt gebracht.
2002Mitsubishi Motors lagert seine AT/CVT Division in die Diamondmatic Co. aus. Im gleichen Jahr wird die Diamondmatic durch Aktientausch Teil von JATCO.
2003Fuji Heavy Industries und JATCO gründen das Joint Venture Fuji AT zur Entwicklung und Produktion von CVTs.
2003Ford entwickelt mit seinem Partner ZF das "CFT30" Schubgliederband CVT mit Drehmomentwandler und 6 virtuellen Schaltstufen für Fahrzeuge auf dem US Markt
2004Der deutsche Hersteller Mercedes Benz entwickelt die "Autotronic", ein Schubgliederband CVT mit Drehmomentwandler und 7 virtuellen Schaltstufen, welche in der A-Klasse Baureihe 169 zum Einsatz kommt
2005Mercedes Benz setzt die "Autotronic" nun auch in der B-Klasse T245 ein.
2005Ford bringt mit seinem Partner ZF das "Durashift-CVT" (interne Bezeichnung CFT23) Schubgliederband CVT mit Drehmomentwandler und 6 virtuellen Schaltstufen für den Ford Focus 2. Generation
2005Mitsubishi entwickelt das "INVECS III CVT with 6Speed Sportronic Mode", ein Schubgliederband CVT mit Drehmomentwandler und 6 virtuellen Schaltstufen.
2006VDT wird innerhalb des Robert Bosch Konzerns in die Gasoline Systems Division integriert
2006Daihatsu entwickelt mit seinem Partner Fujitsu Ten ein CVT in Schubgliederband-Ausführung mit Drehmomentwandler und 7 virtuellen Schaltstufen für den Sonica
2007Die Robert Bosch GmbH verkauft ihre Anteile von CVTEC an Aisin AW
2007Das deutsche Unternehmen Continental stellt einen Komposit Hybridring für Automobil CVT Getriebe vor, ähnlich der Technik wie sie 1998 beim Suzuki SE-CVT eingesetzt wurde.
2008Toyota entwickelt das "Super CVT-i" (interne Bezeichnung K41A), ein Schubgliederband CVT mit Drehmomentwandler und 7 virtuellen Schaltstufen. Es wird in späteren Varianten in Europa unter dem Markennamen "Multidrive-S" bekannt.
2009Die im Robert Bosch Gasoline Systems untergliederte VDT verliert ihren Markennamen und wird in Bosch Transmission Technology B.V. umbenannt.
2009Der spanische Hersteller SEAT bringt den Exeo mit "Multitronic" Laschenkettengetriebe von Audi auf den Markt
2009Nissan und Suzuki entwickeln gemeinsam mit ihrem Partner JATCO das CVT7 Schubgliederband CVT mit Drehmomentwandler, zusätzlichem Hilfsgetriebe und 7 virtuellen Gängen. Die Schubgliederbänder werden von JATCO selbst gefertigt.
2009Fuji Heavy Industries entwickeln für ihre PKW-Sparte Subaru zusammen mit dem Partner LUK die "Lineartronic", ein Laschenketten CVT mit Drehmomentwandler und 6 virtuellen Schaltstufen


2010er: CVT - in Europa vergessen, in Japan der Standard
JahrEntwicklung
2012Honda kündigt eine neue Reihe von "Earth Dreams CVTs" an. Dabei handelt es sich um Schubgliederbänder mit Drehmomentwandler und 7 virtuellen Schaltstufen welche in zahlreichen Fahrzeugen zum Einsatz kommen.
2016Das International Council on Clean Transportation (ICCT) korrigiert frühere Schätzungen, nach denen CVT-Getriebe an Bedeutung verlieren würden. Doppelkupplungsgetriebe, an welche man große Erwartungen hatte enttäuschten in sämtlichen Punkten, während CVTs über den Erwartungen liegen.



Fazit
 
Mechanische CVT Getriebe sind seit ihren Ursprüngen Ende der 50er Jahre einen langen Weg gegangen. Der richtige Reifungsprozess, mit den für dieses Getriebe wesentlichen Entwicklungen, fand aber erst ab den 1990er Jahren statt. Die japanischen Hersteller haben einige Dinge anders gemacht als ihre europäischen Konkurrenten, weshalb der Erfolg der CVTs in Japan vermutlich auch größer ist. Das fängt an bei der inzwischen durchgängigen Nutzung von Drehmomentwandlern im Gegensatz zu den sehr anfälligen Anfahrkupplungen bei Audi. Weiterhin wurden Schubgliederbänder eingesetzt, welche noch einen deutlichen Sicherheitspuffer zum maximalen Drehmoment des Verbrennungsmotors hatten, im Gegensatz zu den überlasteten CVTs bei GM und Ford. Schließlich und letztlich haben sich die Japaner auch die Fertigung der Schubgliederbänder ins eigene Haus geholt und gehen Joint Ventures ein, um größtmögliche und gleichbleibende Qualität sicherzustellen.
 
Aber der Erfolg der CVTs bleibt nicht alleine auf den japanischen Markt beschränkt. In jüngster Zeit ersetzen immer mehr japanische Hersteller in Nordamerika die herkömmliche Wandlerautomatik gegen ein CVT-Getriebe mit virtuellen Schaltstufen. Es gibt auch dort viele Kritiker welche sich über einen "Gummiband-Effekt" und ein "losgelöstes Fahrerlebnis" beschweren - jüngste Entwicklungen bei Subaru oder Honda haben bereits so manchen verstummen lassen. Es werden zukünftig auch amerikanische Hersteller wieder ins CVT Geschäft einsteigen, dann vermutlich mit besseren Konzepten oder in Partnerschaften mit Herstellern aus Nippon.
 
Im Grunde bietet ein modernes CVT per Softwareprogrammierung ein breites Spektrum an Fahrerlebnissen an. Man kann das Gefühl einer klassischen Wandlerautomatik haben, oder auch das Flugzeuggefühl beim CVT - wenn Passagierjet abhebt gibt der auch erstmal Vollschub bis er auf Reisegeschwindigkeit ist und dann werden die Triebwerke leiser.
 
Verbesserungspotential gibt es noch bei der Widerstandsfähigkeit des Zugmittels (Schubgliederband oder Laschenkette) um Belastungsgrenzen, Drehmoment und Lebensdauer noch weiter zu erhöhen. Hier könnten neue Materialien, Legierungen oder Verbindungen aus Kohlefaser, bzw. Ergebnisse aus der Nanotechnik weiterhelfen. Weitere Verbesserungen könnten noch am Öldrucksystem für die Kegelscheiben vorgenommen werden, welcher ähnlich wie bei einem Turbolader, eine gewisse Ansprechzeit zum Druckaufbau benötigt. Hier könnte man über eine stärkere elektrische Unterstützung, ähnlich zum "e-Turbo" nachdenken.


Weiterführende Links:
High Torque CVT P930, design and test results (Bosch 1997)
An upshift in CVT -efficiency (Bosch 1998)
Variable Automatic Gearbox Multitronic (Audi 1999)
Extroid CVT (Nissan 1999)
500Nm CVT (LUK 2002)
Van Doorne CVT Fluid Test (Bosch 2003)
Mini CVT VT1F (ZF 2003)
About CVTs (2004)
Improving Push Belt CVT Efficiency by Control Strategies Based on New Variator Wear Insight (Bosch 2004)
New Push-Belt Design to Increase Power Density of CVTs Featuring a New Maraging Steel (Bosch 2004)
Implementation of a slip controlled CVT in a production vehicle (B. Bonsen 2005)
Continuously Variable Transmission: Benchmark, Status & Potentials (Bosch 2005)
Ford Focus 1.6-litre Duratorq TDCi with Durashift CVT (Ford 2005)
Efficiency optimization of the push-belt CVT by variator slip control (B. Bonsen 2006)
XTRONIC CVT Technology Overview (Nissan 2006)
Neues CVT-Getriebe von Subaru: «Übersetzung unendlich» (Autotechnik 2009)
CVT - Hochwertig und leistungsstark (Schaeffler 2010)
Lubricants for Metal Belt Continuously Variable Transmissions (Keiichi Narita 2014)
CVT - Das Getriebekonzept mit Zukunft (Schaeffler 2014)
Transmissions (ICCT 2016)
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Re: Made in Japan - der Japan Auto Blog

Beitragvon Kamui77 » 05.01.2018, 20:07

BENZINDIREKTEINSPRITZUNG - VOM HOFFNUNGSSCHIMMER ZUM PROBLEMFALL

Heute möchte ich über eine Technik schreiben, die ihren Ursprung im Europa der 1900er-1950er hatte, Ende der 1990er in Japan eine Renaissance erlebte und in Europa seit den 2000ern fester Bestandteil der meisten Motorenkonzepte ist. Ich spreche dabei von der Benzindirekteinspritzung, wie sie in vielen aktuellen Ottomotoren zu finden ist. Die moderene Direkteinspritzung wie man sie heute kennt, hielt in den späten 1990ern wieder Einzug ins Auto. Zum damaligen Zeitpunkt war CO2 das Hauptthema bei den Emissionen, während Feinstaub und Stickoxide in der öffentlichen Wahrnehmung keine oder nur einen geringe Rolle spielten. Über die Folgen dieser Entwicklung werden sich Autofahrer und Anwohner erst in den letzten Jahren richtig bewusst. Parallel zum Dieselgate Skandal wird von den meisten Herstellern noch immer viel unternommen um die auftretenden Probleme möglichst zu verschweigen oder kleinzureden.


Geschichtliche Entwicklung:

Bevor ich zum Kern der Technik und meiner Kritik an dieser komme, möchte ich auch hier wieder einen historischen Abriss der Entwicklungen geben, damit sich jeder ein Bild über Marktlage und Situation bei den einzelnen Herstellern machen kann.

1900er: Entwicklung in Frankreich
Die Benzindirekteinspritzung geht auf den Franzosen Léon Levavasseur zurück, welcher auch als Erfinder des V8 Motors gilt und beim französischen Unternehmen Société Antoinette beteiligt war. Der erste Einsatz eines Motors mit dieser Einspritztechnik erfolgte 1906 mit der Antoinette 8V, gefolgt von der Antoinette VII 1909.
 
1920er: Nutzung in Schweden
Nach dem ersten Weltkrieg fand die Technik beim schwedischen Ingineur Jonas Hesselman, in dem nach ihm benannten "Hesselman-Motor" wieder Anwendung. Verschiedene Hersteller verwendeten denn Motor bei ihren LKWs.

1930er: Einsatz als Flugmotor in Deutschland
In Deutschland wurden seit den 1930ern die Direkteinspritzung im Luftfahrtbereich weiterentwickelt. Zuerst ging 1937 bei der Firma Junkers Flugzeug- und Motorenwerke ein aufgeladener V12 Flugzeugmotor mit der Bezeichnung "JUMO 210 G" in Serie. Kurz darauf folge der von der Daimler-Benz AG und der damaligen Robert Bosch AG in Zusammenarbeit entwickelte aufgeladene V12 Flugzeugmotor "DB 601". Beide Motoren wurden beim deutschen Jagdflugzeug Messerschmitt Bf 109 eingesetzt, welche durch diese Technik ihrem britischen Widersacher Supermarine Spitfire einen Vorteil bei negativen G-Beschleunigungen hatte. (Dokuteil zur "Battle of Britain")
 
1950er: Ziviler Einsatz im PKW
Nach dem zweiten Weltkrieg wurde vom deutschen Konstrukteur Hans Scherenberg auch wieder in Zusammenarbeit mit der Robert Bosch GmbH die Benzindirekteinspritzung für den PKW ausgearbeitet. Zuerst kam 1950 der Gutbrod Superior auf den Markt, ihm folgte der Goliath GP700. Scherenberg wechselte 1952 zu Mercedes Benz und war dort an der Entwicklung des Mercedes-Benz W 196 beteiligt, welcher 1954 auf den Markt kam. Auch im 1955 erschienenen Mercedes-Benz W 188 II wurde ein entsprechendes System eingesetzt. Probleme mit Ölverdünnung und dem notwendigen hohen Einspritzdruck führten jedoch dazu, dass man bei Mercedes Benz ab 1957 zur Saugrohreinspritzung wechselte

1970er: Versuche in den USA ohne Sereinergebnis
In den frühen 1970ern führte die American Motors Corporation (AMC) Versuche mit einem "SCFI" genannten Benzindirekteinspritzungssystem durch, welches 1973 in einem Prototyp der AMC Hornet verbaut wurde, jedoch auf Grund schwerwiegender Probleme nie in Serie ging.
 
Die Ford Motor Company arbeitete in den späten 1970ern ebenfalls an einem Benzindirekteinspritzungsystem welches "PROCO" genannt wurde und versuchsweise in einigen Ford LTD Crown Victoria zum Einsatz kam, jedoch ebenfalls auf Grund vielfältiger Probleme und starker Stickoxidentwicklung nicht in Serie ging.

1990er: Wiedergeburt in Japan und Europa
1996 brachte Mitsubishi Motors das Systeme "GDI" (Gasoline Direct Injection) mit dem 4G93-Motor heraus, welcher im Mitsubishi Galant verbaut wurde. In Europa erfolgte der Marktstart 1997 mit dem Mitsubishi Carisma (Video zum Mitsubishi GDI System beim Marktstart)
 
1996 brachte auch Toyota sein "D-4" (Direct Injection 4-Stroke) genanntes Direkteinspritzungsystem im Toyota Corona Premio mit dem 3S-FSE Motor auf den Markt.
 
1997 führte Nissan die Direkteinspritzung im Nissan Leopoard ein, welcher mit dem VQ30DD-Motor bestückt wurde.
 
1999 führte Renault sein "IDE" (Injection Directe Essence) Direkteinspritzungssystem im Megane ein.
 
1999 war außerdem das Jahr, in dem PSA Peugeot Citröen, Hyundai und Volvo für das Mitsubishi GDI System eine Lizenz erwarben und in ihre eigenen Fahrzeuge integrierten.

2000er: Wiederverbreitung in Europa und Beginn des Downsizing
2000 entwickelte Volkswagen das FSI (Fuel Stratified Injection) System und verbaute es erstmals im VW Lupo. (Video zum FSI System)
 
2002 bringt Alfa den Alfa Romeo 156 mit "JTS" (Jet Thrust Stoichiometric)
 
2003 entwickelt Honda sein "DOHC i-VTEC I" (intelligent Variable valve Timing and Lift Electronic Control with Direct Injection) System, welches im Honda Stream Absolute zum Einsatz kommt. (Video zum i-VTEC I Motor)
 
2003 bringt Ford den Duratec SCI Motor, wobei "SCI" für (Smart Charge injection) steht. Dieser Motor wird im Ford Mondeo eingesetzt.

2003 entwickelt BMW den N73 Motor mit Direkteinspritzung.
 
2003 entwickelt auch GM seine Ecotec Motorenfamilie, welche in den europäischen Opelmodellen zum Einsatz kommt.
 
2004 bringt Isuzu einen Motor mit Direkteinspritzung auf den Markt.
 
2004 bringen Audi und VW basierend auf der FSI-Technik, die "TFSI" Technik (Turbo fuel stratified injection) mittels einen 2.0L Motors im Audi A3 und im Golf V GTI auf den Markt. (Video zum TFSI Motor)
 
2005 bringt Mazda sein "DISI" (Direct Injection Spark Ignition) genanntes System auf den Markt, welches im Mazda 6 Einsatz findet.
 
2005 führt Volkswagen die TFSI Technik bei sich unter dem Markennamen "TSI" (Twincharged Stratified Injection) weiter und startet mit dem Golf V 1.4L TSI die große Downsizing-Welle. (Video zum TSI Motor)
 
2006 führt BMW den N54 Motor mit Direkteinspritzung ein.
 
2006 entwickelt Mercedes Benz sein "CGI" (Charged Gasoline Injection) genanntes Direkteinspritzungssystem welches im CLS 350 CGI zum Einsatz kommt.
 
2006 entwickelt Toyota das "D-4S" (Direct Injection 4-Stroke Superior) genannte Kombisystem, bei dem zusätzlich zur Benzin-Direkteinspritzung auch noch eine Benzin-Multipoint-Saugrohreinspritzung zum Einsatz kommt. Der erste Motor mit diesem System ist der 2GR-FSE welche im Lexus IS 350 zum Einsatz kommt. (Video D-4S System)
 
2007 bringt Ford seine Ecoboost Motorenreihe auf den Markt. (Video Ford Ecoboost System)
 
2011 Mazda bringt sein "SkyActiv" System auf den Markt. (Video zum Mazda SkyActiv Motor)
 
2011 Audi implementiert bei seinem neuesten 1.8L TFSI Motor zusätzlich zur Benzin-Direkteinspritzung noch eine Benzin-Multipoint-Saugrohreinspritzung (Audi Webseite zum 1.8L TFSI)
 
2015 Toyota bringt mit dem 8NR-FTS im Toyota Auris einen 1.2L Downsizing Turbo mit einfacher D-4 Direkteinspritzung (Video zum 1.2L ESTEC Turbo)
 
2015 Honda bringt mit dem "Earth Dreams" L15B für den Stepwgn in Japan und den Civic in den USA einen 1.5L Downsizing Turbo mit Direkteinspritzung auf den Markt (Video zum 1.5L Earth Dreams VTEC Turbo)
 
2016 Honda bringt mit dem JNC1 für den NSX einen V6 3.5L Turbobenziner mit kombinierter Direkteinspritzung+Multipoint-Saugrohreinspritzung auf den Markt.


Welche Hoffnung legte/legt man in die Benzin Direkteinspritzung:

Gezieltere Treibstoffverteilung im Brennraum
Mittels Direkteinspritzung lassen sich Kondensationsverluste im Saugrohr vermeiden und die Einspritzmenge genauer abstimmen.
 
Schichtladung / Magermixbetrieb / Lean-Burn / Stratified
Die ursprüngliche Idee für die Benzin Direkteinspritzung Ende der 1990er war es, im Bereich der Zündkerze ein zündfähiges Gemisch herzustellen, während im Rest des Brennraums ein mageres Gemisch vorherrschte. Dadurch wollte man den Kraftstoffverbrauch deutlich absenken. Dies erfolgte allerdings unter einem hohen Anstieg an Stickoxiden, so dass ein NOx-Speicherkat notwendig wurde. Aus diesem Grund fahren die meisten Hersteller ihre Direkteinspritzersysteme wieder im stochiometrischen Betrieb.
 
Kühlwirkung durch Verdampfungsprozess
Bei einer Direkteinspritzung in den Motorraum, verdampft der flüssige Treibstoff was zu einer Kühlung der Zylinderkammer führt
 
Höheres Verdichtungsverhältnis
Auf Grund der Kühlwirkung ist es möglich, das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen ohne ein Motorklopfen befürchten zu müssen. Dies führt wiederum zu einer Leistungssteigerung.


Warum wurde die Direkteinspritzung zum Problemfall:

-> VIDEO: Carbon Build up on Direct Injection Engine (Intake Valves) AKA GDI Gasoline Direct Inection
-> VIDEO: Why Am I Experiencing Carbon Buildup in Lexus IS?

Problem für den Fahrer - Ventilverkokung
Ein Problem welches in den letzten Jahren vor allem in den USA, aber auch in anderen Ländern immer mehr Aufmerksamkeit auf sich zieht, ist die Ventilverkokung bei Benzin Direkteinspritzern. Dabei handelt es sich um Reste des Verbrennungsprozesses, welche auf verschiedene Arten in den Ansaugtrakt gelangen. Bei einer Saugrohreinspritzung werden diese Reste vom eingespritzten Treibstoff regelmäßig abgewaschen. Bei der Direkteinspritzung jedoch, gibt es nichts was die Reste fortspülen kann und so bilden sich mit der Zeit immer größere Ablagerungen auf den Ventilköpfen.
 
Die Ablagerungen führen dann mit der Zeit zu Leistungsverlust und gegebenenfalls auch zu Fehlzündungen. Im schlimmsten Fall können sich auch größere Rückstandsteile lösen, durch den Zylinder wandern und Löcher in die Katalysatorwände brennen.
 
Eine Quelle für diese Ablagerungen ist die Kurbelgehäuseentlüftung - PCV (positive crankshaft ventilation) im Englischen. Die Verbrennungsrückstände werden ins Saugrohr zurückgeführt und landen auf dem Einlassventil.
 
Eine weitere Quelle dieser Ablagerungen sind Ventilüberscheidungen wie das sogenannte Scavenging. Ein kleiner Teil der sich im Brennraum befindenden Verbrennungsrückstände kann dabei wieder ins Saugrohr gelangen.
 
Die Abgasrückführung - exhaust gas recirculation (EGR) im Englischen - ist schließlich die dritte große Quelle von Verbrennungsrückständen auf den Ventillöpfen. Dabei wird ein Teil des Abgases in den Ansaugtrakt zurückgeleitet. Dies ist in der heutigen Zeit besonders wichtig, um die Stickoxid-Abgasvorschriften einzuhalten.
 
In mehreren Publikationen liest man, dass Hersteller B weniger Probleme hätte als Hersteller A, weil er mehr Technikverstand hätte, oder aus Fehlern der anderen gelernt hätte. Das ist jedoch alles Quatsch, denn der Physik und den Verbrennungsresten im Treibstoff ist es egal was für ein Emblem vorne auf der Motorhaube prangt. Ein VW/Audi ist von der Venitlverkokung ebenso betroffen wie ein BMW, ein Ford oder ein Lexus. Jeder Motor mit Direkteinspritzung wird über die Zeit verkoken, da führt kein Weg dran vorbei und es verkoken zwischenzeitlich auch Mazda Skyactiv, und Honda VTEC Earth Dreams Direkteinspritzermotoren. Wer plant, seinen Benzin-Direkteinspritzer über längere Zeit zu fahren, der sollte sich über eine Reinigung der Einlassventile (z.B. mittels Walnut-Blastung) konkrete Gedanken machen. Die einzige Möglichkeit dies zu verhindern besteht in einer Kombination aus Direkt- und Saugrohreinspritzung, wie es beim Toyota D-4S System, einigen Audi/VW TFSI Systemen, oder beim Honda NSX getan wurde.


Problem für die Umwelt - Feinstaub und Stickoxide

-> VIDEO: Feinstaub: neue Benzin PKWs gefährlicher als alte?

Beim Verbrennungsprozess mit Direkteinspritzung ist die Zeit, welche Luft und Treibstoff haben um sich miteinander zu vermischen sehr begrenzt. Aufgrund dessen erfolgt die Verbrennung auch nicht 100% homogen, kleine Tröpfchen bleiben an der Zylinderwand hängen und werden als Rußpartikel in den Abgasstrang geleitet. Im Gegensatz zum Dieselmotor war für Benzinfahrzeuge bisher kein Rußpartikelfilter vorgesehen. Bei Abgasmessungen jüngeren Datums hat sich dabei gezeigt, dass manche Benzindirekteinspritzer einen bis zu 10.000fach höheren Partikelausstoß haben als Diesel-PKWs mit Partikelfilter. Dieser Umstand ist der deutschen Bundesregierung, den europäischen Regierungen und den Herstellern mindestens seit 2012 bekannt - dennoch wurde nichts unternommen.
 
Ein weiterer Negativpunkt bei derartigen Fahrzeugen ist auch der relativ hohe Stickstoffausstoß, im Vergleich zu Benzinfahrzeugen mit Saugrohreinspritzung. Das inhomogene Treibstoffgemisch begünstigt die Bildung von Stickoxiden. Kommen dann noch hohe Verbrennungstemperaturen wie bei Turboaufladung hinzu, schießen die NOx-Werte in die Höhe. Ein Vergleichstest des Magazins "Auto Motor und Sport" im Dezember 2012 verglich 8 Dieselfahrzeuge mit 1 Turbobenziner in einem Realverkehrstest. Der Ford Mondeo 1.0L Ecoboost Turbobenziner überschritt dabei im Stadtverkehr sogar die Abgaswerte mancher Dieselfahrzeuge!
 
Seit dem Dieselskandal geraten die tatsächlichen Abgaswerte im Straßenverkehr immer stärker in den Blickpunkt. Das Ziel von Grenzwerten sollte sein, Menschen vor der Einwirkung übermäßiger Umweltgifte zu schützen. Inzwischen weiss man, dass in Deutschland und vielen Teilen Europas die zuständigen Behörden aus Unbedachtheit oder auch vollkommener Absicht versagt haben. In Folge dessen kündigten Umweltbehörden - wie z.B. die amerikanische EPA - an, in Zukunft neben den obligatorischen Labortests auch Realtests fahren zu lassen. Was dies für Benzindirekteinspritzer verheisst, mag sich jeder an Hand dieses Zitats aus der Wirtschaftswoche vom 16.02.2016 selbst denken.

Im Vergleich zu den in Europa immer weniger verbauten Benzinmotoren mit Saugrohreinspritzung sind viele Schadstoffanteile bei den modernen Downsizing-Motoren mit Benzindirekteinspritzung und Turboladern um das 10- bis 40-Fache gestiegen. Die Anzahl der Partikelteilchen um den Faktor 1000. Das zeigte eine Studie der Umweltschutzorganisation Transport & Environment im Jahr 2013.



Mein Fazit:

Als ich diesen Artikel im April 2016 bei Motortalk veröffentlicht hatte, sprach ich von einer tickenden Zeitbombe im Motorraum. Zwischenzeitlich scheint sich das so langsam zu Bewahrheiten, da mit der Euro 6c Norm auch für Benzindirekteinspriter die Zeit für Partikelfilter angebrochen ist. Diese können zwar das Emissionsproblem bis zur nächsten Regenerationsphase lösen (was beim ausbrennen rausgeblasen wird, ist nichtmehr feierlich) aber Partikelfilter bringen auch neue Probleme bzw. Schwierigkeiten mit sich, welche auch beim Diesel noch ungelöst sind.
Technology equals might!


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