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Lexus zeigt Hybridsystem des LS 600h im Detail

Lexus wird sich auch in Zukunft auf Vollhybridantriebe statt auf Mild-Hybridsysteme konzentrieren und verdeutlicht das mit einem detaillierten Einblick in das Antriebssystem des LS 600h. Bei der Kombination des Verbrennungsmotors mit der elektrischen Einheit sei es wichtig, die grundsätzliche Anordnung der Aggregate weitestgehend beizubehalten, um gewohnte Komfort- und Platzangebote beibehalten zu können.
Für den Lexus LS 600h bedeutet das die Integration der wesentlichen Hybridkomponenten wie Elektromotor und Generator in die Glocke eines herkömmlichen Getriebes. Dort ersetzt Lexus das gewohnte Automatikgetriebe durch ein stufenloses Planetengetriebe, das den Generator, Verbrennungs- und Elektromotor zu einer leistungsstarken Einheit verbinden soll.

Das Hybridsystem ist mit einem permanent erregten Dreiphasen-Drehstrom-Synchronmotor ausgerüstet. Das wasser-/ölgekühlte Aggregat wird vom Energie-Management mit einer Betriebsspannung von 650 Volt versorgt und stellt dank der hohen Betriebsspannung und des optimierten Kühlsystems 165 kW und ein Drehmoment von 300 Newtonmetern zur Verfügung. Um die hohe Leistung des Elektromotors ohne Größen- und Gewichtsnachteile zu gewährleisten, haben die japanischen Ingenieure ein Inverter-Modul mit gekühlten Transistoren entwickelt.

Auch der Generator ist ein wasser-/ölgekühlter Drehstrom-Synchronmotor. Er wird vom Verbrennungsmotor angetrieben und liefert seinen Ladestrom sowohl an den Elektromotor als auch an die Nickel-Metallhydrid-Batterie.

Das Energie-Management übernimmt eine Inverter/Konverter-Einheit, welche die Batteriespannung von 288 auf 650 Volt erhöht und den Gleichstrom in Drehstrom wandelt, um den Elektromotor anzutreiben. Die zur Steuerung notwendigen Informationen erhält die Einheit vom Antriebs-Management des Hybridsystems.

Eine Schlüsselkomponente stellt das Hybridgetriebe des LS 600h dar. Über einen Planetensatz wird der Kraftfluss zwischen Verbrennungsmotor, Antriebsrädern und Generator auf zwei Wege verteilt. Diese Leistungsverzweigung erfolgt über zwei Ausgangswellen, von denen die eine mit dem Generator und die andere mit dem Elektromotor sowie den Antriebsrädern gekoppelt ist. Auf diese Weise kann die Leistung des Verbrennungsmotors variabel sowohl auf die Räder (mechanischer Antrieb mit Unterstützung des Elektromotors) als auch auf den Generator (Erzeugung elektrischer Energie) übertragen werden.

Der Generator ist mit dem Sonnenrad und der Verbrennungsmotor mit dem Planetenträger gekoppelt, während der Elektromotor über Hohlrad und Achsantrieb mit den Antriebsrädern verbunden ist. Erfolgt der Antrieb über Verbrennungsmotor, Elektromotor oder gleichzeitig über beide Aggregate, bestimmt die Rotationsgeschwindigkeit des Hohlrades die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Durch diese Konfiguration kann das Planetengetriebe verschiedene Leistungsverzweigung umsetzen: Beim Anfahren und bei niedrigen Geschwindigkeiten bleibt der Verbrennungsmotor ausgeschaltet, der Planetenträger befindet sich im Ruhezustand. Der Antrieb erfolgt in diesem Fall über den Elektromotor, der das Hohlrad und schließlich die Räder des Fahrzeugs antreibt. Gleichzeitig versetzen die auf dem stillstehenden Planetenträger rotierenden Planetenräder das mit dem Generator gekoppelte Sonnenrad in Bewegung.

Um den Verbrennungsmotor bei steigender Fahrgeschwindigkeit zu starten, wird das Sonnenrad kurzfristig festgehalten. Nun überträgt das Hohlrad die Antriebskräfte über die Planetenräder auf den Planetenträger, der schließlich die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors dreht. Sobald der Verbrennungsmotor arbeitet, überträgt er seine Leistung über die Planetenräder und den rotierenden Planetenträger sowohl auf das Hohlrad zum Antrieb der Hinterräder als auch auf das Sonnenrad, welches seinerseits den Generator antreibt. Dieser liefert die elektrische Energie entweder an die Batterie oder direkt an den Elektromotor. Bei voller Beschleunigung arbeiten Verbrennungs- und Elektromotor zusammen, um die Räder anzutreiben. Die Batterie stellt in diesem Fall zusätzliche Energie bereit, um die Systemleistung zu erhöhen.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Hybrid-Antriebsstrangs ist ein zweites Planetengetriebe (Ravigneaux-Satz mit zwei Planetenradsätzen), das eine geschwindigkeitsabhängige, zweistufige Untersetzung zwischen Elektro- und Verbrennungsmotor realisiert. Auf diese Weise können die Ingenieure eine größere Übersetzung und damit eine effektivere Nutzung der Drehmomente realisieren. Auch der zweite Planetensatz ist im Hybridgetriebe untergebracht.

Eine Hydraulik-Einheit, die ebenfalls im Hybridgetriebe des LS 600h integriert ist, steuert den Wechsel zwischen kurzer (3,900 : 1) und langer (1,900 : 1) Untersetzung vollautomatisch. Dabei werden Drehmoment und Drehzahl des Elektromotors über einen breiten Geschwindigkeitsbereich bis hin zur Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h optimiert. Im normalen Beschleunigungsmodus erfolgt der Wechsel bei etwa 85 km/h, in einer Verzögerungsphase wird die kürzere Übersetzung bei circa 50 km/h aktiviert. Bei niedrigen Geschwindigkeiten bewirkt die zweistufige Untersetzung eine Erhöhung des Antriebsdrehmoments, bei höheren Geschwindigkeiten sinken Drehzahl- und Geräuschniveau.

Das Bindeglied zwischen der Hybrid-Technologie und dem permanenten Allradantrieb des LS 600h ist ein elektronisch gesteuertes, stufenlos variables Getriebe. Das Steuergerät des Lexus Hybridsystems regelt sowohl die Drehzahlen des Verbrennungsmotors als auch die des Elektromotors, während das Getriebe die entsprechenden Übersetzungsverhältnisse realisiert.

Der 165 kW starke Elektromotor ergänzt die 290 kW des 5,0-Liter-Achtzylinder-Ottomotors zu einer Systemleistung von 327 kW. Damit beschleunigt das Lexus-Flaggschiff in etwa 6,3 Sekunden von null auf Tempo 100 und erreicht eine elektronisch begrenzte Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h. Den Durchschnittsverbrauch der Limousine gibt Lexus mit 9,3 Litern auf 100 Kilometer an, die CO2-Emissionen sollen 219 Gramm pro Kilometer betragen.
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