Das Geheimnis der Hybrid-Kraftstoffeinsparung: detaillierte technische Interpretation des eCVT-Getriebes

Ihnen ist vielleicht aufgefallen, dass viele gewöhnliche Hybridmodelle mit eCVT-Getrieben ausgestattet sind. Beispiele hierfür sind die gesamte Palette der Hybridmodelle von Lexus, der Toyota Camry Hybrid und der Ford Fusion Hybrid. Der auf dem nordamerikanischen Markt verkaufte Hybrid-Honda Accord ist ebenfalls mit einem eCVT-Getriebe ausgestattet.

Für Hybridfahrzeuge, bei denen Kraftstoffeffizienz im Vordergrund steht, ist eCVT tatsächlich die kostengünstigste und effizienteste Getriebetechnologie. Beachten Sie jedoch, dass sich eCVT grundlegend von herkömmlichen CVT-Getrieben unterscheidet und dass die technischen Prinzipien sehr unterschiedlich sind. Man könnte sogar sagen, dass es sich bei eCVT lediglich um eine Technologie zur Leistungsverteilung und nicht um ein echtes Geschwindigkeitsübertragungsgerät handelt.

eCVT wird auch PSD genannt, was für Power Split Device steht. Wie der Name schon sagt, handelt es sich hierbei um ein Stromverteilungsgerät. Es wird im Allgemeinen in Mild-Hybrid-Modellen (Hybrid) und nicht in Plug-in-Hybriden (Plug-in Hybrid) verwendet. Letzteres ist im Allgemeinen mit einem Automatikgetriebe ausgestattet.

Charakteristisch für Mild-Hybrid-Modelle ist, dass sie eine maximale Energieeinsparung erreichen, gleichzeitig weisen die Modelle aber keine auffälligen Leistungsparameter auf. Es ist im Allgemeinen eher für Familienautos und kompakte SUVs geeignet. Natürlich ist der bis zu 1,5 Millionen Yuan teure Lexus LS 600hL ein Einzelfall. Lassen Sie uns das spezifische Prinzip des eCVT erklären:

Zunächst müssen wir den Antriebsstrang von Hybridfahrzeugen verstehen, der im Allgemeinen aus einem Verbrennungsmotor, zwei Elektromotoren und einem Batteriepaket besteht. Dabei ist zu beachten, dass die maximale Leistung und das Drehmoment des Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs in der Regel nicht zu hoch sind. Die meisten davon sind Saugmotoren und verwenden den Atkinson-Zyklus.

Nehmen wir beispielsweise den Lexus NX 300h: Er ist mit einem 2,5-Liter-Saugmotor mit einer maximalen Leistung von 114 kW und einem Spitzendrehmoment von nur 210 N•m ausgestattet. Gleichzeitig ist es mit einem Elektromotor mit einer maximalen Leistung von 105 kW und einem Spitzendrehmoment von 270 N•m ausgestattet. Als Batteriesatz verwendet das Auto eine 1,6-kWh-Nickel-Eisen-Batterie.

Gehen Sie bei dieser Baugruppe nicht davon aus, dass die maximale Leistung des Fahrzeugs 114+105=219kW beträgt, denn in den meisten Fällen treibt nur der Elektromotor das Fahrzeug an. Nur bei hoher Geschwindigkeit schaltet das System die Antriebsquelle um und das Fahrzeug wird direkt vom Motor angetrieben.

Der 1,6-kWh-Akku hat zwei Funktionen: Zum einen versorgt er den Elektromotor mit Strom; Die andere besteht darin, die durch Bremsen zurückgewonnene Energie zu speichern. Die Akkuleistung wird durch den zweiten Motor erzeugt. Die Energiequellen dieses Motors sind ein Kraftstoffmotor und KERS (Kinetic Energy Recovery System).

Das obige Bild ist eine schematische Darstellung der Planetengetriebe im eCVT. Das grüne Zahnrad in der Mitte wird „Sonnenrad“ genannt und ist mit dem Generator verbunden; die vier orangefarbenen Zahnräder darum herum werden Planetengetriebe genannt, die mit dem Kraftstoffmotor verbunden sind; Das äußerste gelbe Zahnrad wird als Hohlrad bezeichnet und ist mit dem Antriebsmotor verbunden. Das Hohlrad ist wiederum direkt mit der Abtriebswelle verbunden.

Auf diese Weise wird die Leistung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors über eine Planetengetriebestruktur integriert. In den meisten Fällen sind Autos auf die Kraft des Radkranzes, also des Elektromotors, angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben. Da der Motor über ein festes Übersetzungsverhältnis verfügt, gibt es bei eCVT kein sogenanntes Übersetzungsverhältniskonzept und es sind keine mehreren Sätze Planetengetriebe oder Kupplungen erforderlich, um unterschiedliche Gänge zu erreichen.

Nur bei hoher Geschwindigkeit überträgt das eCVT die Leistung des Verbrennungsmotors direkt an die Radenden, was einem herkömmlichen Automatikgetriebe im höchsten Gang entspricht. Der Grund für diese Einstellung liegt darin, dass bei Fahrten mit hoher Geschwindigkeit die Motordrehzahl sehr hoch ist und der thermische Wirkungsgrad sinkt. Wenn der Akku zu diesem Zeitpunkt weiterhin einen hohen Strom abgibt, wird das Wärmemanagement des gesamten elektrischen Systems zum Problem. Gleichzeitig kann der Atkinson-Motor auch bei hoher Reisegeschwindigkeit in den optimalen Betriebsbereich gelangen.

Der Atkinson-Zyklus ist ein Motortaktmuster, bei dem ein Pleuelstangenmechanismus verwendet wird, um den Hub des Kolbens zu maximieren, wobei das Expansionsverhältnis größer ist als das Kompressionsverhältnis. Auf diese Weise kann der Motorzylinder den Abgasdruck voll ausnutzen, um zu arbeiten, was den Kraftstoffverbrauch weiter senkt. Aber gerade aufgrund dieser Konstruktion sind die Leistung des A-Typ-Motors bei niedrigem Drehmoment und bei hoher Geschwindigkeit nicht so gut wie bei gewöhnlichen Motoren.

Sie sehen also, dass Fahrzeuge mit eCVT-Antriebssträngen entweder von einem Elektromotor oder einem Verbrennungsmotor angetrieben werden und es keinen sogenannten Hybridausgang gibt. Die tatsächliche Ausgangsleistung ist nicht die Summe der beiden. Der Lexus LS 600hL ist mit einem Saugmotor mit einer maximalen Leistung von 290 kW und einem Elektromotor mit einer Gesamtleistung von 165 kW ausgestattet, seine Beschleunigung von 0 auf 100 km/h ist jedoch nicht so gut wie die des LS460L, der nur mit einem 285 kW starken Saugmotor ausgestattet ist. Denn erstere verfügen zwar über zwei Stromquellen, jedoch gibt immer nur eine davon Strom ab.

Auf diese Weise besteht die Hauptaufgabe des Hybridfahrzeugs beim Fahren zwar darin, die Batterie aufzuladen, obwohl der Motor dröhnt. Warum also Kraftstoff sparen? Dies liegt daran, dass es keine Mehrfachübersetzungen gibt und die Leistung hauptsächlich über den Motor abgegeben wird. Daher weist der Energieverlust des eCVT-Antriebsstrangs nicht den großen Verlust bei der Energieübertragung herkömmlicher Automatikgetriebe auf.

Bei niedrigen Geschwindigkeiten fährt das Fahrzeug direkt im reinen Elektromodus und der Motor übernimmt den Atkinson-Zyklus, was den Kraftstoffverbrauch weiter senkt. So sparen Hybridfahrzeuge Kraftstoff.

Eine Sache muss hier erwähnt werden: Der Atkinson-Zyklusmotor des Hybridfahrzeugs übernimmt nicht wirklich die komplexe Struktur, die James Atkinson einst entworfen hat. Dank der Weiterentwicklung des elektronischen Motorsteuerungssystems verzögern die Motoren von Hybridmodellen wie Lexus jetzt das Schließen des Einlassventils, sodass ein Teil des Mischgases im Zylinder nach dem Takt überströmen kann, wodurch in verschleierter Form ein Expansionsverhältnis erreicht wird, das größer ist als das Kompressionsverhältnis.

Sie fragen sich vielleicht jedoch: Wenn dies das Prinzip des eCVT ist, wäre dieser Hybridfahrzeugtyp dann nicht in der Lage, Allradantrieb zu erreichen? Natürlich nicht, der Lexus NX 300h ist sowohl mit Frontantrieb als auch mit Allradantrieb erhältlich. Die Allradversion ist jedoch anders als der herkömmliche Allradantrieb ausgeführt.

Es ist zu beachten, dass die traditionelle Allradantriebsstruktur, also der Allradantriebsmodus, bei dem die Hinterachse die Kraft über eine Antriebswelle überträgt, zur Erzielung dieser Leistung auf das Getriebe angewiesen ist. Ob manuelles oder automatisches Getriebe, die mit einem Allradantrieb kombinierbare Version verfügt über zwei gegenläufige Abtriebswellen.

Aber ein eCVT ist überhaupt kein Getriebe. Wie kann es also zwei Leistungsabtriebswellen gleichzeitig bereitstellen? Nicht nötig. Der Allradantriebsmodus von Lexus besteht darin, der Hinterachse des Fahrzeugs einen Elektromotor hinzuzufügen, um Allradantrieb zu erreichen, und es ist keine Antriebswelle in der Mitte erforderlich. Dieses Design ähnelt in gewisser Weise dem Konzept des Volvo V60 Plug-in Hybrid.

Bei Hybridfahrzeugen ist die Kraftstoffeinsparung das ultimative Ziel. aber eCVT ist eigentlich nur eine relativ konservative Lösung. Nicht alle Mild-Hybrid-Modelle verwenden eCVT, da eCVT, wie oben erwähnt, zwar kraftstoffsparend ist, es ihm jedoch an Leistung mangelt. Einige leistungsorientierte Hybridmodelle, insbesondere Modelle mit Hinterradantrieb, verwenden immer noch Automatikgetriebe.

Der Infiniti Q50 Hybrid ist beispielsweise mit einem 3,5-Liter-Saugmotor und einem 50-kW-Motor ausgestattet, gepaart mit einem 7-Gang-Getriebe. Dies liegt daran, dass eCVT nur für Situationen mit Front- oder Allradantrieb geeignet ist und für Fahrzeuge mit Hinterradantrieb keine Leistung bietet. Das im Q50 verbaute 7-Gang-Getriebe stammt von Mercedes-Benz 7G-Tronic und kann in Hybridsystemen eingesetzt werden.

Für diesen Hybridmodus gibt es nur die Situation, dass Verbrennungsmotor und Elektromotor das Fahrzeug gleichzeitig antreiben oder dass der Motor das Fahrzeug allein antreibt. Es gibt keine Situation, in der der Motor das Fahrzeug allein antreibt, wie beim eCVT. Denn tatsächlich sind Verbrennungs- und Elektromotor über eine Abtriebswelle mit dem Getriebe verbunden.

Die Bedeutung dieses Hybridmodus besteht darin, dass der Motor einen Teil der Leistung auf der Basis des Verbrennungsmotors ergänzt, wodurch das Fahrzeug seine maximale Ausgangsleistung auf der Grundlage des ursprünglichen Hochleistungsmotors weiter steigern kann. Daher ist die Motorleistung in diesem Modus im Allgemeinen nicht sehr groß. Unter bestimmten Arbeitsbedingungen kann auch auf reinen Elektromodus umgestellt werden, wodurch bis zu einem gewissen Grad Kraftstoff gespart werden kann. Es ist jedoch offensichtlich, dass sein Kraftstoffspareffekt nicht so gut ist wie der des eCVT-Modus.

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