CO2 im Blickpunkt der Hybridentwicklung

RX 400h zeigt deutliche Leistungssteigerung des Systems

Mit der Markteinführung des Lexus RX 400h zeigt der Toyota-Konzern bereits die dritte Generation des innovativen Hybridsystems (HSD). Mehr Leistung bei relativ kleinerem Bauraum und zu reduzierten Kosten herzustellen, stand im Lastenheft der Entwickler ganz oben. Die Hybrid-Komponenten des neuen RX 400h erzielen zusammen eine Spitzenleistung von 200 kW/272 PS und erreichen mit 840 Nm ein Drehmoment-Maximum, das selbst den großen V8-Triebwerken im Segment zur Ehre gereichen würde. Damit stellt Lexus das derzeit leistungsfähigste Hybridsystem am Markt. Gegenüber dem Hybrid Synergie Drive (HSD) des Prius der zweiten Generation ist der Elektromotor im Antriebssystem des RX 400h nur sieben Kilogramm schwerer, dabei aber etwa doppelt so stark. Während der Elektromotor des Prius 50 kW zur Gesamtleistung beiträgt, stellt der des RX 400h schon 123 kW zur Verfügung. Die elektrische Spannung stieg gleichzeitig von 500 Volt auf 650 Volt.

Trotz der fokussierten Mehrleistung spielt der Hybridantrieb im Lexus RX 400h seine Vorzüge vor allem bei den Emissionen aus. Die CO2-Emission beträgt lediglich 192 g/km. Der Normverbrauch von nur 8,1 Litern setzt Maßstäbe unter den Sport Utility Vehicles (SUVs). Berücksichtigt man, dass Benzin eine um etwa elf Prozent geringere Dichte hat als Diesel, so dürfte ein vergleichbar starker Dieselmotor in einem Fahrzeug dieser Klasse nur wenig mehr als sieben Liter Diesel je 100 Kilometer konsumieren, um auf ähnlich niedrige CO2-Werte zu kommen. Da der Hybridantrieb keine Partikel emittiert und auch hinsichtlich der NOX- und HC-Emissionen äußerst niedrige Werte aufweist, unterbietet der RX 400h in dieser Disziplin nicht nur die Wettbewerber mit Dieselmotor, sondern auch die großen Benziner im SUV-Segment.

Der Verbrennungsmotor des RX 400h entstammt der US-Version des Lexus RX330. Das Triebwerk wurde für den Einsatz im Hybridsystem in allen relevanten Bereichen optimiert und fügt sich ideal in das Antriebskonzept ein. Sechs Zylinder in 60°-V-Anordnung, ein Bohrungs-Hubverhältnis von 92,0 x 83,0 Millimeter, zwei obenliegende Nockenwellen je Zylinderbank und 24 Ventile bilden auch hier die konstruktiven Eckdaten des 3.311 cm3 großen Leichtmetall-Aggregats. Als Antriebskomponente des Hybrid Synergy Drive entwickelt der kultivierte Benziner eine Spitzenleistung von 155 kW (211 PS) bei 5.600 U/min und erreicht sein Drehmoment-Maximum von 288 Nm bei 4.400/min.

Der vordere Elektromotor des Hybrid Synergy Drive stellt die zweite Antriebsquelle dar und unterstützt den Sechszylinder immer dann, wenn ein kraftvoller Sprint gefordert ist. Zudem ist das leistungsstarke Aggregat in der Lage, den alleinigen Antrieb des RX 400h zu übernehmen, falls der Verbrennungsmotor – etwa bei geringen Geschwindigkeiten oder im Stop-and-go-Verkehr der Innenstädte – uneffizient arbeiten würde und deshalb abschaltet. In diesen Fällen bewegt sich der RX 400h nahezu lautlos, verbraucht keinen Kraftstoff und arbeitet völlig emissionsfrei.

Der Drehstrom-Synchronmotor liefert eine Spitzenleistung von 123 kW/167 PS bei 4.500/min und entwickelt ein Drehmoment-Maximum von 333 Nm, das zwischen 0 und 1.500/min anliegt. Die Höchstdrehzahl beträgt 12.400 U/min. Verglichen mit dem Elektromotor des Toyota Prius liefert das Lexus Aggregat bei nahezu identischen Abmessungen die rund 2,5-fache Leistung und nimmt in Sachen Leistungsgewicht und Leistungsvolumen eine weltweite Spitzenposition ein.

Gespeist wird der Hochleistungsmotor vom Generator und/oder der Hybridbatterie, der Kraftschluss zu den Antriebsrädern erfolgt über das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes. Dieser Planetensatz untersetzt die Drehzahlen des Elektromotors und bewirkt infolgedessen eine Erhöhung des Drehmoments. Auf diese Weise konnten die Lexus Ingenieure eine besonders hohe Drehmomentausbeute von 840 Nm bei gleichzeitig kompakten Abmessungen realisieren. Neben dem Antrieb übernimmt der Elektromotor eine weitere Aufgabe als Teil des regenerativen Bremssystems: Immer dann, wenn der RX 400h abgebremst oder im Schiebebetrieb gefahren wird, fungiert das Aggregat als Generator, der die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandelt, die dann in der Batterie gespeichert wird.

Auch der Generator des Hybrid Synergy Drive ist ein Drehstrom-Synchronmotor. Dank konsequenter Weiterentwicklung arbeitet der Generator heute mit einer Maximaldrehzahl von 13.000 U/min. Angetrieben vom Verbrennungsmotor liefert das Aggregat einen hohen Ladestrom und trägt zu einem Leistungs-Plus besonders im unteren und mittleren Drehzahlbereich bei. Je nach Bedarf liefert der Generator die erzeugte Energie entweder direkt an den Elektromotor oder an die Batterie. Darüber hinaus übernimmt das Aggregat zwei weitere Aufgaben: Zum einen dient es als Anlasser für den Verbrennungsmotor, zum anderen fungiert es als „Übersetzungswandler“ der stufenlos variablen Getriebeeinheit. Das jeweilige Übersetzungsverhältnis im Planetengetriebe wird dabei über die unterschiedlichen Drehzahlen von Elektromotor und Generator bestimmt. Lexus setzt im RX 400h eine Kombination zweier Planetengetriebe ein, die besonders effizient und geräuscharm arbeiten. Elektromotor, Generator und Planetengetriebe sind zu einer kompakten Einheit zusammengefasst, die nur 117 Kilogramm auf die Waage bringt. Zum Vergleich: eine konventionelle Fünfstufen-Automatik der gleichen Leistungsklasse wiegt im Mittel alleine rund 95 Kilogramm.

Ein zweiter Elektromotor treibt bei Bedarf die Hinterachse an und erlaubt damit eine intelligente Allrad-Funktionalität. Auch hier setzt Lexus einen Drehstrom-Synchronmotor ein, der dank der hohen Betriebsspannung von 650 Volt zwischen 4.610 und 5.120 U/min eine Spitzenleistung von 50 kW/68 PS bereitstellt. Das maximale Drehmoment von 130 Nm steht von 0 bis 610 U/min zur Verfügung.

Als Speichermedium für die elektrische Energie nutzt der RX 400h eine Nickel-Metallhydrid-Batterie (Ni-MH), die auf die hohe Leistung der übrigen Hybrid-Komponenten abgestimmt ist. Der kompakte, dreigeteilte Akkumulator findet seinen Platz unter den hinteren Sitzen und zeichnet sich durch hohe Leistungsdichte, geringes Gewicht und eine, dem Gesamtfahrzeug entsprechende, lange Lebensdauer aus. Kommen im Prius 28 Module mit je 6 Zellen, insgesamt also 168 Zellen, zum Einsatz, weist die Lexus Hybridbatterie 30 versiegelte Module mit insgesamt 240 Zellen auf. Die Nennspannung wurde von 201,6 auf 288 Volt Gleichstrom erhöht, die Batterieleistung beträgt 45 kW. Zugleich konnte die Bauhöhe um 40 Millimeter oder 22 Prozent reduziert werden.

Dank der hohen Leistung erreicht der RX 400h eine Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h und beschleunigt in nur 7,6 Sekunden von Null auf 100 km/h. Bei alledem zeichnet sich der RX 400h durch höchste Laufruhe und den für Lexus typischen Antriebskomfort aus.