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Mercedes S400 BlueHybrid - Teil 1: Die Hybridisierung des Antriebsstrangs

Rund ein Jahr vor Marktstart bietet Mercedes-Benz detaillierte Einblicke in sein ersten Serienfahrzeug mit Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie, den S 400 BlueHybrid. Die Hybrid-Limousine basiert auf dem S 350 und ist mit einem umfangreich modifizierten Antriebsstrang ausgerüstet. Dazu gehören neben der Lithium-Ionen-Batterie der weiterentwickelte 3,5-Liter-V6-Ottomotor, der zusätzliche Permanentmagnet-Elektromotor und die für die Aufnahme des Hybridmoduls ausgelegte Siebenstufen-Automatik 7G-Tronic sowie die erforderliche Leistungs- und Steuerungselektronik und den Spannungswandler.

Bei der Überarbeitung des Sechszylindermotors mit adaptiver Ventilsteuerung machten sich die Entwicklungsingenieure zum Teil die Vorzüge des so genannten Atkinson-Prinzips zu nutze, bei dem die Expansionsphase länger ist als die Verdichtungsphase. Dabei wird das Einlassventil zwischen Ansaugen und Verdichten kurzfristig länger offen gehalten. Dies soll den thermischen Wirkungsgrad des Motors erhöhen, während der spezifische Kraftstoffverbrauch und die Rohemissionen sinken. Ein neuer Zylinderkopf, andere Kolben sowie eine modifizierte Nockenwelle mit anderer Nockenwellensteuerung steigern die Leistung um fünf auf 205 kW - bei gleichzeitig reduziertem Kraftstoffkonsum.

Eine zusätzliche Wirkungsgradverbesserung, insbesondere bei Überlandfahrten oder auf der Autobahn, erreicht der S 400 BlueHybrid durch die intelligente Verschiebung des Betriebspunkts des Verbrennungsmotors in Richtung eines geringeren spezifischen Verbrauchs. Zudem vermittelt das hohe Anfahrmoment von 160 Newtonmetern, erzeugt durch den Elektromotor, ein souveränes Beschleunigungsgefühl, während der Verbrauch und die Emissionen in dieser Phase sinken.

Bei der elektronischen Komponente des Antriebs handelt es sich um einen scheibenförmigen 15 kW starken Elektromotor, der auch als Anlasser und Lichtmaschine dient. Er unterstützt den Motor kurzfristig bei Beschleunigungsfahrten (E-Boost) und übernimmt die Funktion eines Start-Stopp-Systems. Bei der Verzögerung des Fahrzeugs arbeitet der Elektromotor als Generator und kann durch die sogenannte Rekuperation Bremsenergie zurück gewinnen. Der Elektromotor übernimmt dabei zum Teil die Funktion der Motorbremse des Verbrennungstriebwerks sowie die der klassischen Radbremsen in nahtlos ineinander übergehenden Schritten. Die gewonnene Energie wird in der kompakten Lithium-Ionen-Batterie im Motorraum gespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen.

Um den 3-Phasen-Drehstrom-Elektromotor im 120-Hochvolt-Gleichspannungsnetz betreiben zu können, hat Mercedes-Benz eine spezielle Leistungselektronik entwickelt. Der Wechselrichter findet seinen Platz im Bauraum des früheren Anlassers. Da sich die Leistungselektronik durch die entstehenden elektrischen Ströme von bis zu 150 Ampere erwärmt, verfügt das System über einen zusätzlichen, separaten Niedertemperatur-Kühlkreislauf.

Im rechten vorderen Radhaus haben die Mercedes-Benz Ingenieure den Spannungswandler untergebracht, der den Energie-Austausch zwischen dem 120-Hochvoltnetz und dem 12-Volt-Bordnetz ermöglicht und - bei einem eventuellen Spannungsverlust der Standardbatterie - auch die Option Fremdstart per Starthilfekabel sicher stellt. Um einen konstant hohen elektrischen Wirkungsgrad zu gewährleisten, wird auch der Spannungswandler über einen Niedertemperatur-Kreislauf gekühlt. Als Standardbatterie ist eine 12-Volt-Bleisäure-Batterie im Kofferraum eingebaut, die neben den Standardverbrauchern auch das Überwachungssystem der Hochvoltkomponenten mit Energie versorgt. Sie konnte durch die Kombination mit der Lithium-Ionen-Batterie kleiner und leichter ausgelegt werden.

Auch das bewährte 7G-Tronic-Automatikgetriebe passten die Mercedes-Benz Entwickler für die Hybridanwendung an: Hinzu kommt eine neu programmierte Software für die Getriebesteuerung sowie eine neu entwickelte Zusatzölpumpe, die auch in den Abstellphasen des Verbrennungsmotors die zuverlässige Schmierung des Getriebes gewährleisten soll. Das Management des komplexen Systems übernimmt das modifizierte Hochleistungs-Motorsteuergerät. Es ermöglicht umfangreiche Funktionen und differenziert zwischen den Einsatzbedingungen wie Stadtfahrt, Überlandfahrt, Autobahnfahrt oder Rangieren.

Die Kombination aus dem weiterentwickelten V6-Ottomotor und Hybridmodul sollen den S 400 BlueHybrid zur "weltweit sparsamsten Luxuslimousine mit Ottomotor" machen. Der Benzinverbrauch reduziert sich im Vergleich zum Ausgangsmodell S 350 laut Mercedes-Benz um bis zu 2,2 auf durchschnittlich 7,9 Liter pro 100 Kilometer. Ebenso veringert sich der CO2-Ausstoß um bis zu 21 Prozent auf 190 Gramm pro Kilometer.

Die kombinierte Leistung von 220 kW lässt die Hybrid-Limousine in 7,2 Sekunden von null auf Tempo 100 beschleunigen und weiter auf die elektronisch begrenzte Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h.

Lesen Sie in Teil 2 über das Sicherheitskonzept der elektrischen Bauteile. Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte