Voltec – (Teil 2)

Modus 3 und 4

  • Wenn die Antriebsbatterie leer ist (zur Erhöhung der Haltbarkeit stehen nur etwa 10,4 der 16 kWh-Batterie zur Verfügung), oder
  • wenn die Batterieladung für „später“ aufgehoben wird (Einstellung „Halten“), oder
  • wenn die Batterieladung für einer bevorstehende Bergfahrt „vorbereitet“ wird (Einstellung „Gebirge“) …

… dann kommt der vorhandene 1,4L Verbrennungsmotor zur Verlängerung der Reichweite zum Einsatz. Dies geschieht entweder als serieller Hybrid-Antrieb („elektrischer Pfad“, Modus 3) oder wie der Toyota Prius als Ausgangs-Leistungs-verzweigter Hybrid-Antrieb („kombinierter Antrieb“, Modus 4):

hybrid

Genau wie zuvor im Modus 1 beschrieben, bewegt auch im Modus 3 der Elektromotor “B” das innere Rad (Sonnenrad) im Planetengetriebe, das äußere Rad (Hohlrad) wird durch eine Kupplung (C1) fest gehalten und der Planetenträger gibt die Leistung an die Antriebsräder weiter. Der benötigte Strom wird allerdings im Modus 3 (RVM-3) durch die Kopplung des Verbrennungsmotors an den Elektromotor „A“, der nun als  Generator funktioniert, produziert (C3 geschlossen, C2 offen).

voltec-3-klein

„Der Verbrennungsmotor treibt den Generator an, der den Strom für den Fahrmotor liefert. In dieser seriellen Anordnung gibt es keine mechanische Verbindung vom Verbrennungsmotor zu den Rädern. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors wird mit der Fahrzeuggeschwindigkeit verändert, um eine akustische Kopplung herzustellen. Geräusch- und Schwingungsverhalten sowie die Steuerung der Motordrehzahl wurden während der Fahrzeugentwicklung auf eine optimale haptische Wahrnehmung bei den Fahrzeuginsassen ausgelegt. Da der Verbrennungsmotor völlig entkoppelt ist, wird er im Wesentlichen im Bereich der höchsten Wirkungsgrade betrieben. “ (Grebe/Nitz)

E-Modus-1-4

Analog wie im Modus 2 beschrieben, wird bei geringem Leistungsbedarf (wenig Drehmoment an den Antriebsrädern) zur Herabsetzung der Drehzahl des elektrischen Hauptmotors „B“ auch im Modus 4 (RVM-4) wieder die Verbindung zum Hohlrad geschlossen (Kupplung C1 geöffnet) so das Generator „A“ gekoppelt mit dem Verbrennungsmotors an das Planetengetriebe über das Hohlrad etwas Leistung liefert. So bald aber wieder eine höhere Leistung (z.B. durch Beschleunigen) gebraucht wird, erfolgt sofort wieder eine Umschaltung auf den seriellen Betrieb (Modus 3). Erst ab einer Geschwindigkeit von etwa 140km/h wird fast nur mehr im Modus 4 gearbeitet.

Opel-M3-4

Auch hier sind die Opel-Grafiken nicht präzise, da es bei der Auswahl der Fahrmodi primär um die Leistungsanforderung und nicht um die Fahrzeug-Geschwindigkeit geht. Auch bei der Umschaltung Modus 3/4 steht die Gesamt-Effizienz im Vordergrund.

effizienz-2

Die Hauptleistung im seriellen Betrieb kann der Verbrennungsmotor schon bei relativ niedrigen Drehzahlen liefern (1500 – 1800 U/min) was eine „ruhige“ Fahrweise erlaubt. Wenn es zu einer zusätzlichen Leistungs- (und damit Strom-) Anforderung kommt, kann das Drehmoment noch um etwa 25% gesteigert werden, der Wirkungsgrad des Generators dabei auch noch um etwa 3% auf 93% erhöhten werden,  jedoch mit bis zu 4000 U/min auf „Kosten“ des Komforts. Eine auf die Besonderheiten des Voltecs-Antriebes angepaßte Fahrweise erlaubt durchschnittliche Verbrauchswerte um 6 L/100km.

Noch Fragen ? Hier noch einmal eine Zusammenfassung:

Grebe-03

Literatur / Abbildungen:

Reif K., Noreikat K.E. und Kai Borgeest (Herausgeber):
Kraftfahrzeug-Hybridantriebe
Springer Vieweg Verlag
ISBN 978-3-8348-0722-9
Grebe U., Nitz L.:
Voltec – Das Antriebssystem für Chevrolet Volt und Opel Ampera
MTZ −Motortechnische Zeitschrift Ausgabe Nr.: 2011-05
Namdoo K., Kwon J., and A. Rousseau:
Comparison of Powertrain Configuration Options for Plug-in HEVs from a Fuel Economy Perspective
SAE 2012-01-1027
Miller M., Holmes A., Conlon B., and P. Savagian:
The GM ‘Voltec’ 4ET50 Multi-mode Electric Transaxle
SAE 2011-01-0887, 2011.

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