An der Technischen Universität Darmstadt wurde eine umfassende wissenschaftliche Studie des Voll-Hybrid Lexus RX 400h durchgeführt. Drei wesentliche Themen daraus werden im Rahmen dieses Beitrages diskutiert: 1. Das elektronisch gesteuerte Getriebe E-CVT ist das Herzstück des Hybridsystems von TOYOTA. Die schnelle und stufenlose Verstellung der Getriebeübersetzung erlaubt den verbrauchs- und abgasoptimalen Betrieb des Verbrennungsmotors. Je nach Betriebspunkt des E-CVT wird ein Teil der Antriebsleistung über den elektrischen Pfad mit relativ schlechtem Wirkungsgrad (mehrfache Energiewandlung) geleitet. Die Betriebsstrategie des Gesamtsystems Motor - Getriebe - E-Motoren - Batterie ist entscheidend für die Effizienz des Hybridantriebs. 2. Im Bereich von 0 - ca. 60 km/h wird der Verbrennungsmotor zyklisch betrieben (ca. 50% VKM und 50% elektrischer Antrieb). Dadurch kann man die niedrige Teillast des VKM mit den extrem schlechten Wirkungsgraden vermeiden. Dem Start/Stop-Vorgang wurde besonderes Augenmerk geschenkt. Durch eine technisch sehr anspruchsvolle Kombination von Steuerzeitenverstellung, Saugrohrdruckabsenkung und Zündzeitpunktregelung gelingt es, den komplexen Vorgang hinsichtlich Komfort und Abgasemission sehr gut zu beherrschen. 3. Im realen Fahrbetrieb lassen sich drei Phasen unterscheiden: Im unteren Bereich bis ca. 60 km/h (Phase I) ist vor allem durch den zyklischen Betrieb des VKM ein deutlicher Verbrauchsvorteil gegeben. Im Überland-/Autobahnverkehr zwischen 60 und 150 km/h (Phase II) sind durch die Motoroptimierung sowie die spezielle Betriebsstrategie des Gesamtsystems noch leichte Vorteile vorhanden. Über 150 km/h Konstantfahrt bzw. 125 km/h Durchschnittsgeschwindigkeit ist allerdings der Wirkungsgrad des Hybridsystems und damit der Verbrauch systembedingt deutlich schlechter als bei vergleichbaren Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb. Mit nochmals gesteigertem Aufwand (z.B. einer weiteren Getriebestufe) lassen sich die Nachteile des Lexus RX 400h im oberen Geschwindigkeitsbereich theoretisch vermeiden, entsprechende Entwicklungen laufen bekanntlich. Das Potenzial der Rekuperation zur Verbrauchssenkung liegt mit rund 4% deutlich unter dem theoretisch erreichbaren Wert. Die Ursache dafür ist, dass wegen der Batterielebensdauer der Ladezustand der Batterie nur in engen Grenzen variieren darf und auch der Ladestrom limitiert ist.

A comprehensive scientific study of the Lexus RX 400h full hybrid concept was carried out at the University of Technology Darmstadt. Three essential issues of this study are discussed in this paper: The electromechanic transmission E-CVT is the core of the TOYOTA hybrid system. The fast and infinitely variable adjustment of the transmission ratio allows the optimum operation of the combustion engine regarding fuel consumption and exhaust emissions. Depending on the operating point of the E-CVT part of the engine power is directed through the electrical path with relatively poor efficiency (multiple energy transformation). The operation strategy of the complete system 'combustion engine - transmission - electric motors - battery' is crucial for the effectiveness of the hybrid system. In the range between 0 and approx. 60 kph the combustion engine is operated cyclically (about 50% combustion engine and 50% electric drive). Due to this it is possible to avoid using the low part load of the combustion engine with the extremely low efficiencies. Special attention was paid to the start/stop-routine. By use of a technically very demanding combination of valve timing adjustment, lowering the intake pressure and controlling the ignition timing this complex routine is successfully mastered with regard to driving comfort and exhaust emissions. For real-world driving three different phases can be distinguished: In the low range up to 60 kph (phase I) there is a significant fuel consumption advantage mainly due to the cyclic operation of the combustion engine. There are still advantages in extra-urban and highway driving between 60 and 150 kph (constant driving) due to the engine optimization as well as the special operating strategy of the complete system. However, above 150 kph constant driving or 125 kph average speed the efficiency of the hybrid system and thus the fuel consumption is distinctly worse than with comparable vehicles with conventional drivetrains. In theory, by further increasing effort and complexity (such as adding a second gearing) the disadvantages of the Lexus RX 400h in the upper speed range can be avoided. As is generally known, correspondent developments are worked on at the moment. The rate of recuperation to lower the fuel consumption is around 4% and therefore significantly below the theoretically achievable value. Due to the battery lifetime the battery state of charge may only be varied inside narrow limits and that the charging current has to be limited as well.