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1-Liter-Auto mit Plug-in-Hybrid: Weltpremiere des VW XL1

Einst hatte der Aufsichtsratsvorsitzende der Volkswagen AG, Prof. Dr. Ferdinand Piëch, das visionäre Ziel formuliert, ein vollwertiges und alltagstaugliches Auto mit einem Verbrauch von einem Liter zur Serienreife zu bringen. Und so präsentiert der Konzern bei der ersten Qatar Motor Show die dritte Evolutionsstufe seiner 1-Liter-Auto-Strategie: den XL1. Und mit dieser Studie soll das von Piëch formulierte Ziel zum Greifen nahe sein. Denn das Hybridauto verbraucht laut Konzern 0,9 l/100 km. Hightech-Leichtbau (Monocoque und Anbauteile aus kohlefaserverstärktem Kunststoff), eine Aerodynamik mit einem Cw-Wert von 0,186 und ein Plug-In-Hybridsystem - es besteht aus einem Zweizylinder-TDI-Motor mit 35 Kilowatt Leistung, einem 20 Kilowatt starken E-Motor, einem Siebengang-Doppelkupplungsgetriebe (DSG) sowie Lithium-Ionen-Batterie - machen es möglich, dass der XL1 bei einem Verbrauch von 0,9 l/100 km 24 g/km CO2 emittiert. Da die Studie als Plug-In-Hybrid konzipiert ist, kann der Prototyp des XL1 zudem über eine Distanz von bis zu 35 Kilometern rein elektrisch gefahren werden. Aufgeladen wird die Batterie an herkömmlichen Stromanschlüssen. Via Rekuperation (Bremsenergierückgewinnung) lädt sich der Akku zudem beim Bremsen auf - der Elektromotor fungiert in diesem Fall als Generator.

Das Fahrgefühl in der Studie wird als dynamisch beschrieben. Möglich mache dies allerdings nicht Kraft, sondern Effizienz, wie es heißt. Denn dem Prototypen reichen 6,2 Kilowatt, um eine konstante Geschwindigkeit von 100 km/h zu fahren (Golf 1.6 TDI mit 77 Kilowatt und Siebengang-DSG benötigt dafür 13,2 Kilowatt). Im Elektrobetrieb genügen dem XL1 weniger als 0,1 Kilowattstunden (82 Wattstunden pro Kilometer) für mehr als einen Kilometer Fahrstrecke. Wird die volle Leistung des Hybridsystems abgerufen, soll der Prototyp in 11,9 Sekunden von 0 auf 100 km/h beschleunigen. Die Höchstgeschwindigkeit wird mit 160 km/h (abgeregelt) angegeben. Da das 1-Liter-Mobil 795 Kilogramm wiegt, hat das Antriebssystem ein entsprechend leichtes Spiel. Bei voller Leistungsabforderung wirkt der aus dem Stand heraus 100 Newtonmeter starke Elektromotor als Booster, der den TDI-Motor (120 Newtonmeter Drehmoment) unterstützt. TDI und E-Motor stellen beim Boosten maximal 140 Newtonmeter zur Verfügung.

Mit dem Prototyp realisiert der Automobilhersteller aus Wolfsburg ein Plug-In-Hybridkonzept, das die Technik der Common-Rail-Turbodiesel (TDI) und Doppelkupplungsgetriebe nutzt. Der TDI schöpft seine höchste Leistung von 35 Kilowatt aus 0,8 Liter Hubraum. Die komplette Hybrideinheit befindet sich im Heck des Fahrzeugs. Zwischen dem TDI und dem Siebengang-DSG angeordnet ist das eigentliche Hybridmodul mit Elektromotor und Kupplung. Dieses Modul wurde anstelle des üblichen Schwungrades in das DSG-Gehäuse integriert. Mit Energie versorgt wird der E-Motor über die integrierte Lithium-Ionen-Batterie. Eine im Spannungsbereich von 220 Volt arbeitende Leistungselektronik managt den Hochvoltenergiefluss von und zur Batterie respektive zum E-Motor. Das Bordnetz wird über einen DC/DC-Wandler mit Zölf-Volt-Spannung versorgt.

Der E-Motor unterstützt den TDI beim Beschleunigen (Boosten), kann den Prototypen aber auch allein über eine Distanz von bis zu 35 Kilometern antreiben. Hierbei wird der TDI durch das Öffnen der Kupplung vom Antriebsstrang getrennt und abgeschaltet. Die Kupplung auf der Getriebeseite indes bleibt geschlossen, das DSG also voll eingebunden. Übrigens kann der Fahrer laut Hersteller selbst entscheiden, ob er den XL1 rein elektrisch fahren will (solange die Batterie ausreichend Ladung hat). Dazu drückt er einfach eine entsprechende Taste in den Armaturen. Der erneute Start des TDI vollzieht sich indes komfortabel: Zum so genannten Impulsstart des TDI während der Fahrt wird der Rotor des Elektromotors weiter hochgedreht und die motorseitige Kupplung sehr schnell geschlossen. Der TDI wird so direkt auf die benötigte Drehzahl beschleunigt und gestartet. Das Ganze läuft laut Hersteller völlig ruckfrei ab, sodass der Fahrer den Neustart des TDI praktisch nicht spürt. Wird mit der Studie gebremst, arbeitet der E-Motor als Generator, der die Bremsenergie zum Laden der Batterie nutzt (Rekuperation). Positiv auf den Verbrauch des TDI wirkt sich auch in der Energiebilanz des Hybridsystems bei bestimmten Betriebsbedingungen die elektrische Lastpunktverschiebung des TDI aus, durch die der Turbodiesel mit einem günstigeren Wirkungsgrad betrieben werden kann. Ebenfalls im Hinblick auf einen möglichst niedrigen Energieverbrauch werden die Gänge des Siebengang-DSG gewählt. Das gesamte Energie- und Antriebsmanagement regelt das Motorsteuergerät unter Berücksichtigung der jeweiligen Lastanforderung. Als Parameter fließen hier unter anderem die Gas-/E-Pedal-Stellung, die Motorbelastung sowie der Energievorrat und Energiemix aus kinetischer und elektrischer Energie ein, um die augenblicklich optimale Vortriebsart umzusetzen.

Der 0,8-l-TDI mit seine 35 Kilowatt Leistung wurde vom 1,6-l-TDI, der zum Beispiel den Golf und Passat antreibt, abgeleitet. Der 0,8-l-TDI weist somit hinsichtlich des Zylinderabstands (88 Millimeter), die Bohrung (79,5 Millimeter) und den Hub (80,5 Millimeter) die identischen Daten wie der 1,6-l-TDI-Common-Rail-Motor auf. Darüber hinaus teilen sich der Zweizylinder des XL1 und der Vierzylinder der Großserie innermotorische Features zur Emissionssenkung. Dazu zählen unter anderem spezielle Kolbenmulden, die Mehrfacheinspritzung und die individuelle Ausrichtung der jeweiligen Einspritzstrahlen. Das Aluminium-Kurbelgehäuse des TDI wurde so konstruiert, dass hohe Formgenauigkeit und damit geringe Reibverluste erreicht werden. Im Hinblick auf die Reduzierung der Emissionen kommen eine Abgasrückführung sowie ein Oxidationskatalysator und Dieselpartikelfilter zum Einsatz. So erreiche der 0,8-l-TDI die Grenzwerte der Euro-6-Abgasnorm. Die Reichweite des TDI- in Verbindung mit der E-Antrieb-Einheit soll rund 550 Kilometer betragen. Ausgestattet ist das Modell mit einem 10-Liter-Tank.

Die Studie hat einen Cw-Wert von 0,186 und seiner Stirnfläche von 1,50 Quadratmeter. Das Produkt hieraus ergibt einen Luftwiderstand von 0,277 Quadratmeter. Sie ist 3888 Millimeter lang, 1665 Millimeter breit und 1156 Millimeter hoch - in der Höhe misst der XL1 dementsprechend etwa so viel wie ein Lamborghini Gallardo Spyder (1184 Millimeter). Die Karosserie des Prototypen besteht in weiten Bereichen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK). Im Detail sind das Monocoque mit den leicht versetzt angeordneten Sitzplätzen für Fahrer und Beifahrer sowie alle Karosserieaußenteile aus CFK gefertigt. Die kraftflussgerechten Lagen der Kohlefasern werden mit einem Epoxidharzsystem im aRTM-Verfahren (advanced Resin Transfer Moulding / Harz-Injektionsverfahren) zu den Bauteilen geformt. Dieser Materialmix ergibt einen tragfähigen und leichten Verbundwerkstoff. Eine Karosserie, wie die der Studie aus CFK nach industriellen Maßstäben zu fertigen, galt lange Zeit als nicht darstellbar, berichtet der Konzern. Allerdings sei es dem Unternehmen bereits im Jahr 2009 im Rahmen der XL1-Entwicklung gelungen, einen serientauglichen und wirtschaftlichen Weg zu finden, CFK-Teile in relevanten Mengen herzustellen. Dieses Verfahren sei nun weiter perfektioniert worden. Der Grund dafür, warum CFK für die Karosserie des neuen XL1 der ideale Werkstoff ist, zeig das Gewicht. Der Prototyp wiegt 795 Kilogramm. Aufgesplittet entfallen 227 Kilo auf die komplette Antriebseinheit, 153 Kilo auf das Fahrwerk, 80 Kilo auf die Ausstattung (inklusive der zwei Schalensitze) und 105 Kilo auf die Elektrik. Bleiben 230 Kilogramm: und genau so viel wiegt die in weiten Teilen aus CFK gefertigte Karosserie mitsamt Flügeltüren, Windschutzscheibe in Dünnglastechnik sowie dem aus dem Rennsport bekannten, hochsicheren Monocoque. Insgesamt 21,3 Prozent des neuen Modells, respektive 169 Kilogramm, bestehen aus CFK. Darüber hinaus setzt das Unternehmen für 22,5 Prozent aller Teile (179 Kilo) Leichtmetalle ein. 23,2 Prozent (184 Kilo) der Studie sind Stahl- und Eisenwerkstoffen. Das restliche Gewicht verteilt sich auf verschiedene Kunststoffe wie Seitenscheiben aus Polycarbonat, Metalle, Naturfasern sowie die Betriebsstoffe und Elektronik.
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