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Jetzt ist es schon über ein Jahr her, dass ich meinen Prius II bekommen habe. Sechs Jahre zuvor hatte ich einmal fast eine Woche das Vergnügen, den Hybrid als Leihauto zu fahren. Ich war damals skeptisch, aber technisch sehr interessiert, was so eine Kombination von Verbrenner und Elektromotor zu leisten vermag. Vor der Probefahrt wurde ich mit den Worten: "Vergessen Sie alles was Sie über das Autofahren wissen" eingewiesen. Was den Antriebsstrang betrifft, stimmt die Aussage.

Mein Prius

Kurzer Technikschlenker :-)

Beim Prius handelt es sich, von der Kategorisierung her, um einen Vollhybrid, d.h. der Elektromotor hat etwa die gleiche Leistung wie der Verbrennungsmotor und ist deshalb auch dazu geeignet, eigenständig das Fahrzeug zu bewegen. Das Konzept, das Toyota jedoch bei der Umsetzung verfolgt, geht deutlich über diese Definition hinaus. Der Prius hat genau genommen einen speziellen Verbrennungsmotor (links im Bild), einen Haupt-Elektromotor (rechts im Bild) und einen Hilfs-Elektromotor. Die drei Motoren sind über ein Planetengetriebe (Power-Split-Device) miteinander verbunden, das das stufenlose Getriebe bildet. Wer es genau wissen will, findet in http://www.priuswiki.de die Antworten.

Für alle die nicht so tief in die Materie eintauchen wollen sei gesagt, dass diese Konstruktion eine verschleissarme, verlustarme Möglichkeit bietet, eine stufenlos übersetzte Antriebseinheit zu bilden.

 Der Motorraum des Prius II

 

Elektromotor und Getriebe

Konkret bedeutet das, dass der Haupt-Elektromotor immer mit den Rädern verbunden ist.

Der Haupt-Elektromotor des Prius

Beim Anfahren (z.B. Ampel) steht sofort das ganze Drehmoment des Elektromotors an den Rädern an.  Das ist unabhängig davon, ob gerade der Verbrennugsmotor läuft oder aus ist. Wird der Verbrennungsmotor zugeschaltet, so ist das so, wie wenn man bei einem normalen Auto (Motor-Getriebe-Räder) den Motor nicht fest eingebaut hätte, sondern diesen durch einen zweiten Motor zusätzlich drehen könnte. Dann würden sich die Drehungen an der Abtriebsachse zu den Rädern addieren. Hätte man jetzt noch einen dritten Motor, der die beiden anderen Drehen könnte, so könnte man mit dem mittleren Motor dafür sorgen, dass

  • sich alle drei Drehbewegungen addieren (alle drei Motoren drehen in die gleiche Richtung),
  • sich nur zwei Drehbewegungen addieren (mittlerer Motor wird kurzgeschlossen und fungiert als passive Achse
  • sich die drei Drehungen mit anderem Vorzeichen addieren und damit subtrahieren (mittlerer Motor dreht anders herum und vermindert damit die Drehzahl aktiv)
  • sich ein Motor als Generator dreht und damit Strom erzeugt um die Batterie zu laden. Dem Antriebsstrang oder dem Verbrennungsmotor wird dann Energie entzogen.

Dazwischen ist alles möglich. Das ganze funktioniert ohne Kupplung und ohne dass irgendwo etwas mechanisch zugeschaltet werden muss.

Nun zum Verbrennungsmotor

Mich hat damals in der Schule eine Sache gestört, als wir den Verbrennungsmotor durchgenommen haben: Das Volumen des Zylinders im Motor ist konstant. Außerdem ist das Mischungsverhältnis von Benzin zu Luft nur sehr begrenzt variierbar (1:10..1:18). Damals lief für mich so ein Motor quasi immer mit voller Leistung, die sich durch die Drehzahl multipliziert mit dem konstanten Explosionsvolumen definierte.

Erst später habe ich erkannt, dass der Motor in der Regel nicht normale Luft (Normaldruck) atmet, sondern durch die Drosselklappen im Teillastbetrieb im wahrsten Sinne des Wortes gedrosselt wird. Dadurch gibt es weniger Luft im Brennraum, damit weniger Benzin und das führt dann zu weniger Leistung. Anders rum geht natürlich auch: mehr Luft in den Zylinder gedrückt, wird dann Turbo oder Kompressor genannt.

Hier der Verbrennungsmotor, links ist ein riesiger leicht zu befüllender Schweibenwaschwasser-Behälter:

Beim Prius wird ein sogenannter Atkinson-Motor (Beschreibung) verbaut. Dieser hat eine variable Ventilsteuerung im Ansaugtrakt - was ist das denn jetzt wieder? Dieses variable Ventil sorgt dafür, dass der Motor das Gemisch, das er eingesaugt hatte, als der Kolben nach unten ging, wieder bei Bedarf in den Ansaugtrakt zurückspucken kann. Wer früher einmal Kind war, kennt das Prinzip :-). Mit dieser Einrichtung kann aber die Drosselklappe im Teillastbetrieb offen bleiben und der Motor arbeitet beim Ansaugen nicht wie eine Vakuumpumpe (Saugverluste), die auf Teufel komm raus gegen den Luftdruck arbeiten muss, nur um die Leistung zu reduzieren. Der Motor dreht im Teillastbereich viel leichter. Mit diesem Trick wird das Verdichtungsverhältnis variabel. Tendenziell sinkt damit die Kompression, der Wirkungsgrad steigt, die Verbrennungstemperatur sinkt und damit auch der Schadstoffausstoß. Diese Trick verhindert auch, dass es einen Prius-Diesel gibt. Der Diesel braucht prinzipbedingt immer die hohe Kompression zum Zünden des Gemisches.

Der "Rest"

Alles verstanden? Dann lass uns doch einen Hybrid bauen!

Die "kleinen" Änderungen haben auch noch ein paar Nebenwirkungen, die andere Autobauer wohl noch nicht in den Griff bekommen haben.

Energiebilanz-Anzeige des Prius II

Wenn man die Energie, die man beim Beschleunigen in das Auto gesteckt hat, wieder beim Bremsen heraus bekommen will, sollte man sich tunlichst von dem Gedanken vom Bremszylinder am Bremspedal verabschieden. Nur das Auto selbst (und dessen Technik) entscheidet, ob und in welchem Umfang die Bremsscheiben benutzt wird. Im normalen Fahrbetrieb wird die Bremsscheibe sehr selten zum Bremsen benutzt, was der Lebensdauer der Bremse zu Gute kommt. Der Prius ist also ein "Brake by Wire"-System, bei dem dem dem Fahrenden  durch einen Bremskraftsimulator (Hubsimulator) am Pedal das Gefühl gegeben wird, "er/sie" würde Bremsen.

Die Fahrzeugmasse wird zum Energiespeicher für kinetische und potentielle Energie.

Zurück zum Motor. Das verbleibende Pedal im Fahrerraum, das Gaspedal ist so gesehen auch ein "Fake". Auch hier entscheidet der Prius, welcher Motor gerade läuft.

Das führt manchmal zu ungewohnten Situationen:

  • Bei konstanter Fahrt und ohne irgendeiner Änderung am Gaspedal geht der Verbrennungsmotor aus. Dann ist das System der Meinung, das der Elektromotor zum fahren reicht oder auch gerade gar kein Motor gebraucht wird.
  • Umgekehrt springt auch dann der Verbrennungmotor an, wenn man es nicht erwartet (z.B. Ampelstop), weil das System z.B. gemerkt hat, dass der Verbrennungsmotor sonst zu sehr auskühlen würde oder die Batterie geladen werden muss.
  • Mir schon passiert: Verbrennungsmotor ist aus, Vergessen den "Ausschalter" zu drücken, mache die Türe auf und gehe vom Bremspedal: Prius fährt elektrisch los (Fahrtmodus war noch "D" ...:-)). Passiert nur einmal.

Dumm wäre, wenn Systeme wie Servobremse, Servolenkung oder auch Klimaanlage jetzt hydraudisch angetrieben über einen Keilriemen am Verbrennugsmotor funktionieren würde. Es käme permanent zu einem Ausfall der Systeme, auch während der Fahrt.

Aus diesem Grund funktionieren diese Systeme beim Prius elektrisch - was aber auch noch viel energieeffizienter funktioniert, da diese Systeme geregelt betrieben werden können im Gegensatz zu einer fest angebauten Hydraulik-Pumpe.

Je mehr man sich in das Thema Hybrid vertieft, desto klarer wird, dass es nicht reicht, einfach ein bestehendes Auto mit einem zusätzlichen Elektromotor auszustatten. So ein Ansatz geht in die Hose oder spart keine Energie.

Kann man denn überhaupt etwas vom herkömmlichen Auto übernehmen? Ja, da bleibt genug: die Türgriffe, das Autoradio und die Sitze :-)

Hier ein Foto vom Amaturbrett. Links oben die Fahrer-Anzeige, in der Mitte das große TFT-Touch-Display (Combi-Display).

Amaturenbrett/Dashboard des Prius II

 Das  TFT-Display zeigt neben der Klimaanlage, dem Audio-System und dem Einstell-Schirm zwei verschiedene Verbrauch-Informationen.

Weniger Informativ ist dieser Schirm:

Er zeig den Verbrauch als Chronik während einer Fahrt und auch die Rückgewinnung der Energie beim Bremsen. Diese Anzeige ist trügerisch: viele grüne Punkte bedeutet viel rückgewonnene Energie, aber auch das viel gebremst wurde.

Viel wichtiger ist meines Erachtens die Anzeige:

Hier wird der aktuelle Verbrauch angezeigt,  der Ladezustand der Fahrbatterie und der Zustand der beiden Haupt-Motoren. Außerdem kann hier gesehen werden, ob der Prius gerade antriebslos rollt.  Auch der Energiefluß ist immer wieder ein Indikator, ob ich noch etwas das Gaspedal in die eine oder andere Richtung bringe.

Das Fahrerdisplay ist eher spartanisch. Der Tacho geht vor, Tankanzeige, Trip- und Odometer und einige Statusanzeigen.

Nun zu meinen Erfahrungen

Nach einem Jahr Nutzung des Prius gibt es einige Beobachtungen die ich gerne Prius-Interessierten geben will.

Zuerst die negativen Punkte und auch ein paar Haare in der Suppe:

  • Systembedingt hat der Prius unter bestimmten Umständen ein "Hybridloch" beim Beschleunigen.  Das entsteht, wenn beim Beschleunigen der Verbrennungsmotor aus ist und dann erst während des Beschleunigen anläuft. Da die Leistung eines (idealen) Verbrennungsmotors mit der Drehzahl steigt, haben herkömmliche Autos, die eine Standdrehzahl von 900..1100U/min haben, hier einen Vorteil. Der Motor nimmt an der Stelle schon recht zügig das Gasgemisch an, um es in Leistung umzusetzen, während der abgestellte Motor erst einmal auf Touren kommen muß, um Gas anzunehmen.
  • Wer Sprit spart, braucht sich über eine schlechte Heizung im Winter nicht beklagen. Die Heizung funktioniert wie bei herkömmlichen PKW über die Abwärme des Motors. Wenn ein Motor aber nur noch die Hälfte an Sprit braucht, wird er auch nicht so schnell warm. Bei meiner Fahrweise hat das im Winter durchaus 15km gedauert, bis es im Innenraum warm war. Da der Motor so sparsam ist, kann es auch ohne Heizung passieren, dass man mit einer Motortemperatur von 85°C startet (warmer Motor) und mit 60°C am Ziel ankommt.  Mit Heizung versucht der Prius die Temperatur im Innenraum zu halten. Das führt dann aber wieder zu einem erhöhten Benzinverbrauch.
  • Auf Autobahnen macht der Prius keinen so rechten Spaß. Wer gerne mit 160km/h und Flintenblick auf der linken Spur unterwegs ist, sollte keinen Prius fahren. Hier geht auch der Spitverbrauch hoch, denn der Hybrid kann hier kaum was leisten - ledigilich der geringe Luftwiderstand hilft, auch hier im unteren Verbrauchssegment zu bleiben. Kurze Sprints sind aber kein Problem.
  • Der Verbrauch steigt im Geschwindigkeitsbereich unter 30km/h stark an. Da ist der Verbrennungsmotor in einem Bereich, wo er ineffizient arbeitet. Da hilft dann Umschalten auf elektrisch oder ein spezieller Fahrstil (weiter unten erläutert).
  • Der Klang der Türen ist verglichen mit anderen Autos eine Pein. Da hört man wirklich das Blech raus.
  • Kein Drehzahlmesser, keine Motortemperaturanzeige.
  • Kein Stimmrecht des Fahrers im System. Sicherlich weiß der Prius selbst am Besten, in welchem Zustand er sich befindet. Aber der Fahrer sieht die ihn umgebende Situation. Diese Kenntniss kann helfen, den Spritverbrauch weiter zu senken.
  • Einparkprobleme durch die Geometrie des Fahrzeugs.
  • Tempomat steuert nur das Gaspedal, nicht das Bremspedal. Bei Bergabfahrten mit Geschwindigkeitsbegrenzung ist ein Blick auf den Tacho auch beim gesetzten Tempomaten hilfreich.
  • Optik/Design. Viele Menschen finden den Prius optisch nicht schön. Darüber läßt sich aber trefflich streiten.

 

Nun die positiven Punkte:

  • Ein großartiges, gelungenes Konzept für einen Vollhybrid.
  • Geringer Benzinverbrauch (zu dem Punkt weiter unten im Beitrag mehr).
  • Stufenloses Getriebe. Damit kann der Verbrennungsmotor häufig im optimalen Bereich (siehe Priuswiki) gehalten werden. Klar wer auf Ruckeln beim Schalten steht...
  • Modus Antriebsloses Rollen. Das hätte ich nicht gedacht, dass man häufig auf leicht abschüssiger Strecke oder beim Ausrollen oft ohne jeglichen Antrieb aus kommt. Das Auskuppeln oder gar ausstellen des Motors während der Fahrt ist ja bei einem normalen Fahrzeug verboten (Servolenkung/Bremskraftverstärker/Verkehrsbehinderung) der Prius macht das aber ganz legal und ohne spürbare Reaktionen bei der Umschaltung.
  • Gute Beschleuunigung dank dem drehmomentstarken Elektromotor.
  • Elektrisches Fahren im Stop&Go-Verkehr. Ich hätte es nicht gedacht, aber auch untertouriges Fahren betreibt den Motor im nicht optimalen Bereich. Beim Prius kann hier häufig einfach auf reines Elektro-Fahren umgeschaltet werden. 
  • Energierückgewinnung beim Bremsen. Wie wenig Benzin man braucht, wenn das Land eben ist und nicht gebremst werden muß ist unglaublich. Die Energierückgewinnung "glättet" das Land und puffert die Verluste im stockenden Verkehr.
  • Motorentechnik/Haltbarkeit. Da dem Verbrennungsmotor die meisten Hochdrehzahl-Beschleunigungen erspart bleibt, wir der Verbrennungsmotor unterm Strich deutlich weniger Belastet. Das Gleiche gilt für das herkömmliche Bremssystem.
  • Gewicht. Ja, auch wenn der Prius kein Leichtgewicht ist, wurde trotzdem beim Bau auf Gewicht gespart. So ist zum Beispiel die Motorhaube aus Aluminium und damit ungewöhnlich leicht.
  • Cw-Wert. Der Prius hat einen besonders niedrigen Cw-Wert (0,26). Das zahlt sich beim Fahren auf der Autobahn aus.
  • Reichweite. Geht das nicht mit dem niedrigen Verbrauch einher? Ja im Prinzip schon, aber in Verbindung mit dem Tank hat der Prius eine Reichweite von ca. 1000km. Das bedeutet, ich tanke normalerweise nicht dann wenn der Tank leer ist, sondern wenn der Benzinpreis niedrig ist. Auf Dauer ergibt sich damit einer zusätzlicher EURO-Spareffekt.
  • Intelligente Staufächer. Der Prius hat jede Menge unterschiedliche Staufächer die im Alltag sehr nützlich sind.
  • Innenraumgröße. Ich hatte schon 8 Modellflieger mit Akkukoffer und Fernsteuerungs-/Servicekoffer im Prius. Auch eine 2m Spannweite Taser oder eine 1,6m Mustang montiert zu transportieren ist kein Problem.
  • Der Prius hilft bei einer sparsamen Fahrweise. Durch das permanente Feedback, welche Verhaltensweisen wenig Benzin verbrauchen und was man besser läßt führt früher oder später zu einer effizienteren Fahrweise.  Im Sommer versuche ich zum Beispiel zur Arbeit (20km Strecke) mit einem Schnitt von 4,0 bis 4,2l/100km zu fahren. Im Winter versuche ich, unter 5,0l/100km zu kommen.
  • Riesiger Scheibenwaschbehälter und 6 Düsen an der Scheibe. Das Beste was ich je hatte.
  • Keyless-Startsystem. Für mich anfangs gewöhnungsbedürftig. Man setzt sich rein, drückt den "Ein"-Knopf und die Kiste läuft.
  • Keyless-Öffnungssystem. Das finde unglaublich praktisch. Kein gesuche nach dem Schlüssel wenn man gerade beide Hände voll hat. Ein kurzer Griff an die Tür und der Prius öffnet seine Türverschlüsse. Ein kurzer Druck auf die Schwarzen Taster an der Tür, und der Prius verriegelt sich. Der Schlüssel kann dabei in der Jacke/Hose bleiben. Der Prius merkt dabei auch, ob sich der Schlüssel innerhalb oder außerhalb des Innenraums befindet. So ist ein Ausschließen oder ein Schlüssel vergessen nicht möglich. Bei starken Hochfrequenzfeldern versagt aber das System auch einmal. Dann muß regulär mit der Fernbedienung des Schlüssels aufgeschlossen werden und derweil auch der Schlüssel in das dafür vorgesehene Fach gesteckt werden.

 

Wie sieht der Verbrauch aus?

Das hängt ganz davon ab wie die Randbedingungen sind. Ich habe seit einem Jahr akribisch jede Tankquittung aufgehoben und die dabei gefahrenen Kilometer dokumentiert. Hier meine Auswertung:

Alle Tankfüllungen mit allen Informationen

Benzinverbrauch über den Zeitraum

Zusammengefasst ergibt sich damit folgendes Bild:

Testzeitraum 500Tage, 27000km, der Prius II

Der kalte Frühling hat aber den Spritverbrauch erhöht.

Der Benzinverbrauch hängt von der Außentemperatur ab, da der Motor länger zum Aufwärmen braucht. Auch spielen die Reifen (Winterreifen, Luftdruck) einen große Rolle. Das zeigt die folgende Auswertung:

 


Dummerweise habe ich letztes Jahr den Tempomaten benutzt, wann immer es ging. Der Tempomat nimmt aber keine Rücksicht auf die optimale Drehzahl des Verbrennungsmotors sondern hält einfach die Geschwindigkeit.

Seit diesem Frühling probiere ich einen neuen Fahrstil aus. Der geht so: Beim Beschleunigen versuche ich den Verbrennungsmotor bei einer Drehzahl von 2500U/min zu betreiben. Ich vermeide Drehzahlen über 3000U/min und beobachte bei langsamer Fahrt den aktuellen Spritverbrauch. Liegt dieser zu hoch, versuche ich entweder elektrisch zu fahren oder kurz zu beschleunigen und dann zu rollen. Fahre ich mit kalten Motor los, versuche ich möglichst zügig den Motor warm zu bekommen. Geht das z.B. wegen Ampeln nicht, schalte ich wenn möglich in den E-Motor-Modus. Wann immer es geht, lasse ich den Prius rollen.

Eine große Hilfe ist mir das Scan-Gauge, das einfach an den ODB-Stecker des Prius gesteckt wird und von dort alle Informationen abgreift.

Das Display des Scan-Gauge kann vier frei einstellbare Informationen anzeigen. Ich habe die die Wassertemperatur (WT), die Drehzahl des Verbrennungsmotors (RPM), der Durchschnittsverbrauch während einer Fahrt (AVG) und einen sehr genauen Geschwindigkeitsmesser (KPH) eingestellt. Das sind wertvolle Informationen.

Auch für Fahrer von anderen Fahrzeugen ist dieses Gerät empfehlenswert. Beim Auslesen und gegebenenfalls auch Zurücksetzen des Fehlerspeichers leistet das Scan-Gauge ganze Arbeit.

 

Ich habe den Eindruck, ich fahre nun deutlich sparsamer, aber das werden die nächsten Tankzyklen zeigen.

 

Lohnt sich ein Prius?

Betriebswirtschaftlich lohnt sich der Prius nicht, wenn man den höheren Kaufpreis dem eingesparten Sprit gegenüberstellt. Dazu ist das Benzin noch zu billig. Für mich ist aber der Prius das Auto 2.0 - kein Zweifel.