Hydraulik-Hybrid von Bosch und PSA

Alternativer Antrieb mit effizienter Bremskraft-Rückgewinnung

• Bis zu 45 Prozent Kraftstoffeinsparung im Stadtverkehr möglich
• Kostengünstiger, robuster und servicefreundlicher Hybridantrieb
• Weltweit erster hydraulischer Hybrid mit pneumatischem Druckspeicher

Wer kennt nicht die kleinen metallenen Spielzeugautos, die mit Rückzugfeder funktionieren? Bei ihnen wird mechanische Energie in einer Feder gespeichert und beim Loslassen des Autos wird die potentielle Energie wieder in kinetische Energie zurückverwandelt. In dem folgenden beschrieben Hybridantrieb macht man sich ebenfalls die gespeicherte Energie einer Feder zu Nutze. Nur dass es sich um eine Luftfeder handelt.

Der neue hydraulische Full-Hybridantrieb verbindet laut Bosch Sparsamkeit mit Spaß. Die Technologie, welche der Zulieferer in Zusammenarbeit mit PSA Peugeot Citroën entwickelt, hat klare Leitlinien: Der hydraulische Hybridantrieb soll den Spritverbrauch und den CO2-Ausstoß von Kompaktwagen deutlich reduzieren. Das System ist auch für weitere PKW-Segmente sowie städtische Lieferfahrzeuge geeignet.

Peugeot 2008 HYbrid Air (Quelle Peugeot)

Bei Peugeot und Citroen nennt man das System HYbrid Air (Hier liegt mit "Air" die Betonung auf dem Druckluftspeicher).Verwirklicht wird es aktuell im Peugeot 2008 Hybrid Air bzw. als Protoyp im Citroen C3. PSA bedient sich einiger Komponenten, die im Automobilbau neu sind, sich in Bereichen wie der Luftfahrt jedoch umfassend bewährt haben, nämlich: ein Druckluftspeicher, der unter der Karosserie im Mitteltunnel untergebracht ist, ein Niederdruckbehälter, der am Querträger der Hinterachse angeordnet ist und als Ausgleichsbehälter fungiert, und eine Hydraulikgruppe bestehend aus Motor und Pumpe, die im Motorraum über dem Getriebe Platz findet.

HYbrid Air Peugeot (Quelle Peugeot)

Der Aufbau des Hydraulik-Hybrids ermöglicht darüber hinaus einen Boost-Effekt, den sonst nur aufwändige elektrifizierte Antriebe bieten. Diese kurzzeitige Zusatzbeschleunigung entsteht durch die Zusammenarbeit eines klassischen Verbrennungsmotors mit den Hydraulik-Elementen und einem dazugehörigen Druckspeicher mit Stickstoff oder Druckluft. Das Hybridsystem kann Benzin- oder Dieselaggregate dort unterstützen, wo diese nicht optimal effizient arbeiten.

Schematische Darstellung des Hydraulik-Hybrids - Der Antriebsstrang eines Hydraulik-Hybrids verfügt neben einem klassischen Verbrennungsmotor über einen Druckspeicher und ein Reservoir. (Quelle Bosch)

Das Powersplit-Konzept ermöglicht verschiedene Antriebsarten: Kurze Strecken lassen sich rein hydraulisch mit der gespeicherten Energie zurücklegen. In diesem Fall steht der Verbrennungsmotor still und das Fahrzeug fährt emissionsfrei. Bei längeren Strecken oder höherer Geschwindigkeit sorgt der Verbrennungsmotor für den Vortrieb. Allerdings lassen sich auch beide Antriebe kombinieren. Dann sorgen sowohl die gespeicherte Energie des Hydrauliksystems als auch der verbrannte Kraftstoff für das Vorankommen. Zusätzlich ergibt sich dadurch kurzfristig ein Boost-Effekt.

Bosch und PSA sehen in der Technik großes Potential: Im neuen europäischen Fahrzyklus können im Vergleich zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor bis zu 30 Prozent Kraftstoff eingespart werden. Wer nur in der Stadt fährt, spart sogar bis zu 45 Prozent. Die Reichweite eines Kleinwagens kann sich durch den alternativen Antrieb also deutlich erhöhen. Diese gesteigerte Effizienz beruht auf einer gezielten Abstimmung der beiden Antriebskomponenten.

Zusätzlich gewinnt das hybride System Energie, die normalerweise verloren gehen würde. So lädt sich der hydraulische Speicher beim Bremsen schnell auf. Die kinetische Energie, die sich beim Bremsvorgang abbaut, wird in hydraulische Energie umgewandelt und im Druckbehälter gespeichert. Normalerweise würde sie als Wärme in den Reibbelägen der Bremse verloren gehen. Die Vorteile des hybriden Antriebs zeigen sich auch bei konstanter Fahrt. Hier kann der Motor in einem effizienten Bereich betrieben und gleichzeitig der hydraulische Energiespeicher aufgeladen werden.

Das hydraulisch-mechanische System macht einen kostengünstigen, robusten und servicefreundlichen Hybridantrieb möglich. Dieser erfordert keine spezielle Infrastruktur und ist weltweit einsetzbar.

Funktionsweise des Hydraulik-Hybrids Die Hydraulikeinheiten komprimieren mittels Hydraulikflüssigkeit ein Gaspolster. Die Flüssigkeit und das Gas werden voneinander getrennt. Im Gaspolster kann Energie gespeichert werden, dabei wird das Gas ähnlich einer Sprungfeder zusammen gedrückt. Sobald sich der Speicher entlädt, funktioniert das System umgekehrt.

Technische Funktionsweise im Detail

Der Antriebsstrang eines Hydraulik-Hybrids verfügt neben einem klassischen Verbrennungsmotor über einen Druckspeicher und ein Reservoir. Die Hydraulikeinheiten komprimieren mittels Hydraulikflüssigkeit ein Gaspolster. Die Flüssigkeit und das Gas werden voneinander getrennt. Im Gaspolster kann Energie gespeichert werden, dabei wird das Gas ähnlich einer Sprungfeder zusammen gedrückt. Dann steht das System unter einem Druck von über 300 bar. Wie viel Energie in dem Druckspeicher eingelagert werden kann, hängt von der Größe des Systems ab. Sobald sich der Speicher entlädt, funktioniert das System umgekehrt. Das Gas dehnt sich wieder aus und treibt über die Flüssigkeit einen hydraulischen Motor an, der die gespeicherte Energie über das Getriebe wieder an das Fahrzeug abgibt.

Fazit

Im Vergleich zu einem Lithium-Ionen-Akku eines Elektrofahrzeuges hat der Druckspeicher eine viel geringere Kapazität und Reichweite. Im Prinzip lässt sich gerade einmal so viel Energie speichern wie ein Schnapsglas voll Benzin, was einer emissionsfreien Reichweite von einigen hundert Metern Fahrstrecke mit Druckluft entspricht. Allerdings lädt sich der Druckspeicher deutlich schneller auf und die Zusatzenergie kann der Verbrennungsmotors auch effizienter nutzen. Außerdem sind deutliche Gewichtsvorteile gegenüber einem Elektroantrieb mit Batterien vorhanden. Im Stadtverkehr mit viel Stop- and Go Verkehr hat der Drucklufthybrid deutliche Vorteile und ein großes Kraftstoffeinsparpotenzial, weshalb die Franzosen auch deshalb diesen für kleinere Fahrzeuge hin optimieren. Aber auch für Nutzfahrzeuge wie beispielsweise Müllfahrzeuge wäre so ein Antrieb äußerst sinnvoll.

Pressetexte und Bilder: Bosch und Peugeot

Über die Zusammenarbeit von Bosch und PSA

Die enge Zusammenarbeit von PSA Peugeot Citroën und Bosch gründet auf einer Entwicklungskooperation aus dem Jahr 2008. Im Rahmen dieser strategischen Partnerschaft brachte Peugeot 2011 mit dem 3008 HYbrid4 den weltweit ersten Diesel-Hybrid-Pkw mit Axle-Split-Antrieb in Serie. Die elektrischen Komponenten (E-Motor, Leistungselektronik und Hochspannungsgenerator) und die für Hybridfahrzeuge erforderliche spezielle technische Auslegung des Elektronischen Stabilitäts-Programms ESP® hat PSA Peugeot Citroën in enger Kooperation mit Bosch entwickelt. Inzwischen produziert PSA auch das Modell Peugeot 508 als Kombi RXH und die Limousine Hybrid4 sowie den Citroën DS5 als HYbrid4 mit diesem Antriebskonzept. Bosch liefert auch für diese Modelle die Komponenten für den elektrischen Antriebsstrang.

Weitere Hintergründe

Mittels der Hybrid Air Technologie sollen laut Citroen außergewöhnliche Leistungen und ein Verbrauch von weniger als 3 l/100 km ohne zusätzliche Batterieleistung erreicht werden können.

Der indische Fahrzeughersteller Tata Motors arbeitet seit einigen Jahren an der Entwicklung eines serienreifen Druckluftmotors. Der Druck der komprimierten Luft soll jedoch nicht wie im oben beschriebenen Fall  im Fahrzeug aufgebaut werden, sondern wird von außen zugeführt.

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