Porsche

Zuffenhausen setzt die Segel

17.03.2009 | Redakteur:

Mit dem Cayenne S Hybrid will Porsche auf der Hybrid-Welle ganz oben mitschwimmen beziehungsweise Segeln. Denn die Zuffenhausener wollen möglichst lange Strecken ohne Verbrennungsmotor dahingleiten.

2010 wird der erste Porsche Cayenne mit Hybridantrieb in den Handel kommen. Er ist die nächste verbrauchsmindernde Innovation, mit der die Stuttgarter ihrer SUV-Baureihe die übermäßigen Trinkgewohnheiten abgewöhnen wollen.

Basis für den Hybrid-Antriebsstrang ist ein V6-Ottomotor aus Audi-Beständen. Das Aggregat mit drei Liter Hubraum, direkter Einspritzung und Kompressoraufladung hat Audi erst letztes Jahr neu entwickelt. Während es bei der Marke mit den vier Ringen zwischen 213 und 245 Kilowatt leistet, bietet es Porsche nur mit 245 Kilowatt Leistung und 440 Newtonmeter an. Die Aufladung per riemengetriebenem Kompressor bedeutet zweierlei. Durch den Leistungsbedarf des Kompressors ist bei dieser Technik der Verbrauchsvorteil im Vergleich zu einem gleich starken Motor mit Abgasturbolader nicht ganz so hoch. Allerdings sorgt der Kompressor in den unteren Drehzahlbereichen für deutlich mehr Agilität. „Wir setzen den Elektromotor und die Batteriekapazität vor allem zum elektrischen Anfahren und konstanten Dahingleiten bei höheren Geschwindigkeiten ein“, sagt Dr.-Ing. Michael Leiters, Gesamtprojektleiter für den Cayenne Hybrid.

Der 38 Kilowatt starke elektrische Synchronmotor von Bosch ist zusammen mit der Trennkupplung nur 15 Zentimeter lang und passt damit relativ problemlos zwischen den V6 und den Achtgang-Wandlerautomaten von Aisin. Diese Konfiguration erlaubt zunächst die drei üblichen Betriebsmodi: Konventionelles Fahren mit Verbrennungsmotor, Beschleunigen mit Verbrennungs- und Elektromotor (Boosten) und das Fahren nur mit Elektromotor. Daneben gibt es noch eine Regelstrategie zur Umwandlung von kinetischer in elektrische Energie und anschließender Speicherung in der Nickel-Metallhydrid-Batterie (Rekuperation) von Sanyo sowie die Stopp-Start-Funktion.

Zwei weitere Betriebsmodi

Die Ingenieure haben dem Cayenne Hybrid aber noch zwei weitere Betriebsmodi eingepflanzt, die einen Großteil des etwa 2,5 Liter geringeren Kraftstoffverbrauchs im Vergleich zum Cayenne mit konventionellem VR6-Motor ausmachen: die Modi Lastpunktverschiebung und Segeln. Bei der Lastpunktverschiebung wird der V6-Motor beispielsweise nicht nur zum Vortrieb genutzt, er lädt gleichzeitig auch die Batterie auf. Durch diese höhere Last arbeitet er in Kennfeldbereichen, die verbrauchsgünstiger sind.

Alleine durch die Lastpunktverschiebung und weitere Optimierungsmaßnahmen am Motor realisiert Porsche 44 Prozent des Minderverbrauchs des Cayenne Hybrid (8,9 Liter pro 100 Kilometer, 210 Gramm CO2 pro Kilometer) im Vergleich zum konventionellen Cayenne mit VR6-Motor (12,4 Liter, 294 Gramm CO2). Andere Maßnahmen sind zum Beispiel der modernere V6-Motor, bedarfsgeregelte Nebenaggregate und ein Achtgang-Automatikgetriebe mit Wandlerüberbrückung statt der bisherigen Sechsgang-Automatik. Den Einsatz des neuen Doppelkupplungsgetriebes hat man verworfen, da die Wandlerautomatik vor allem beim Anfahren im Anhängerbetrieb besser geeignet ist.

Das elektrische Fahren trägt zu weiteren 26 Prozent des Minderverbrauchs bei. Porsche konzentriert sich beim Elektromotorbetrieb vor allem auf das rein elektrische Fahren. Weniger auf die unterstützende Boostfunktion beim Beschleunigen, da der kompressoraufgeladene V6 bereits eine gute Drehmomentkurve hat. Der Cayenne Hybrid wird in weiten Bereichen mit schwacher Lastanforderung nicht oder nur mit dem Elektromotor angetrieben. Zusätzlich kommt hier die Trennkupplung zwischen Verbrennungs- und Elektromotor ins Spiel. Sie koppelt den ohnehin ruhenden Verbrennungsmotor vom restlichen Antriebsstrang ab und verhindert so unnötige bremsende Schleppmomente. Der erste deutsche Serienhybrid Mercedes-Benz S 400 kommt übrigens noch mit einer starren Motor-Getriebe-Anbindung auf den Markt.

Reaktivierung des Verbrennungsmotors in 0,3 Sekunden

Fordert der Fahrer mehr Drehmoment an und ist der Energiespeicher erschöpft, wird der Verbrennungsmotor in weniger als 0,3 Sekunden wieder an den Antriebsstrang gekuppelt und vom Elektromotor gestartet. „Die Segelphasen sind im aktuellen Versuchsträger bis zu einer Geschwindigkeit von 138 Kilometer pro Stunde möglich, bis zum Serienstart soll dieser Modus noch bis auf Tempo 157 ausgedehnt werden“, so Leiters. Insgesamt verarbeitet das von Bosch entwickelte Hybrid-Management für die komplexe Regelstrategie mehr als 20.000 Parameter. Zum Vergleich: eine konventionelle Motorsteuerung kommt mit 6.000 Parametern aus.

Die Einführung der Segelphasen und ihre Ausdehnung bis zu flottem Autobahntempo macht Sinn, da das typische Fahrprofil des Cayenne eher Überland- und Autobahnstrecken enthält und geringere städtische Anteile mit Stop-and-Go-Verkehr.

Den Segelmodus beherrschte der Cayenne auf einer Spritz- und Segeltour rund um Stuttgart bereits sehr gut, wenn der Fahrer seinen Gasfuß zügelt und möglichst gleichmäßig im Verkehrsfluss mitschwimmt. Die Reaktivierung des Verbrennungsmotors erfolgt fast unmerklich für den Fahrer. Der Hybrid-Cayenne konsumierte auf dem durchschnittlichen Fahrprofil angenäherten Rundkurs etwas mehr als neun Liter pro Kilometer. Bemerkenswert, schließlich ist er etwa 170 Kilogramm schwerer als sein Bruder mit Serien-Sechszylinder. Da der Elektromotor neben der eher moderaten Leistung von 38 Kilowatt aber 285 Newtonmeter Drehmoment entwickelt, entsprechen die Fahrleistungen und Beschleunigungswerte denen des größeren V8-Motors. Dieser genehmigt sich aber im Zyklus 15 Liter Benzin pro 100 Kilometer, 355 Gramm CO2.