Auch wenn die Tage von Verbrennungsmotoren gezählt zu sein scheinen, kommen beim Thema Range Extender noch aktuelle Verbrennungsmotoren zu Wort. Toyota präsentiert uns seine neueste Innovation, die sich noch in der Entwicklung befindet.
Während alle anderen Marken Range Extender auf Basis konventioneller Verbrennungsmotoren einsetzen, geht Toyota bei den Range Extendern für seine Hybrid- und Elektrofahrzeuge noch einen Schritt weiter und ist der Konkurrenz voraus.Entdecken Sie in diesem Artikel aus der Rubrik Autopédia alle Details dieses Toyota-Motors, der nicht zum Bewegen des Autos verwendet wird, sondern nur dazu, Kraftstoff in elektrischen Strom umzuwandeln.
Die Entstehung dieser Architektur
Toyota nutzte vor fast zwei Jahrhunderten mechanische Prinzipien und ließ sich direkt vom Freikolbenmotor inspirieren: dem Stirling-Motor. Eine Lokomotive, die einst Hauptkonkurrent der Dampfmaschine war, könnte fast 200 Jahre nach ihrem Erscheinen wieder ins Rampenlicht zurückkehren.
Die Idee von Toyota ist jedoch nicht absolut neu in der Autoindustrie und wir erklären warum. In den 70er Jahren und kurz nach der Ölkrise – die den Automobilsektor stark erschütterte – sahen sich viele Hersteller unter enormem Druck, kraftstoffsparende Lösungen zu finden.
Zur Erinnerung: Aufgrund der Ölkrise der 70er Jahre war es Portugal, das die Rallye-Weltmeisterschaft 1974 eröffnete
Zu dieser Zeit, im Jahr 1978, entstand eine der besten Anpassungen des Stirling-Motors an die Automobilindustrie. Eine 1977er Opel Rekord 2100 Diesel-Limousine war das perfekte Versuchskaninchen für den 1978er Stirling P-40-Motor, der in einer beispiellosen strategischen Partnerschaft zwischen der US-Raumfahrtbehörde NASA und GM entwickelt wurde (Bild oben).
Der Stirling P-40-Motor hatte den Vorteil, dass er sowohl mit Benzin als auch mit Diesel oder sogar mit Alkohol lief. Es wäre das zweite „Flex Fuel“-Auto in der Geschichte nach dem Ford Model T von 1908, das mit Benzin, Kerosin oder verdampftem Ethanol betrieben werden konnte.
1979 war AMC (American Motors Corporation) an der Reihe, den gleichen P-40-Motor für den Spirit zu verwenden, aber die Leistung konnte die Verbraucher nie überzeugen. Ein Projekt, das zwar nicht erfolgreich war, aber in der weltweiten Automobilindustrie einen Präzedenzfall geschaffen hat. Bild unten:
Von zurück bis heute: Toyotas Innovation
Nach all den Jahren geht die Erfindung von Toyota noch einen Schritt weiter. Direkt nach einem 2012 von der NASA entwickelten Konzept eines Radioisotopengenerators, der speziell für den Antrieb von Satelliten entwickelt wurde, und mit einem Gesamtgewicht von nur 20 kg versuchte Toyota, den Freikolbenmotor als linearen Stromgenerator für Autobatterien neu zu erfinden.
Wie das von der NASA entwickelte Konzept besitzt dieser Freikolbenmotor weder eine Pleuelstange noch eine Kurbelwelle, um die erzeugte Bewegung zu übertragen. Wie Sie in den Bildern (unten) sehen können, haben wir anstelle der traditionellen beweglichen Teile eines Verbrennungsmotors eine Druckgaskammer, die als Feder wirkt und den Kolben zu einem neuen Verbrennungszyklus zurückführt.
Toyotas Freikolbenmotor als Lineargenerator hat eine W-Form, wobei der Kolben in der Mitte der W-Konfiguration positioniert ist.Dieser Freikolbenmotor arbeitet fast wie ein 2-Takt-Motor. Die Abgase werden durch Ventile oben am Zylinderkopf ausgestoßen, während die Luft für den neuen Zyklus durch seitliche Ansaugkrümmer eintritt, bereit, komprimiert zu werden und sich der Direkteinspritzung von Benzin anzuschließen, um das Gemisch zu entzünden.
Nach der durch die Zündung des Gemisches erzeugten Expansion wirkt der untere Gasraum als Feder, die den Kolben in seinen PMS (oberer Totpunkt) zurückführt.
Doch wie schafft es der Toyota-Freikolbenmotor als Lineargenerator, elektrischen Strom zu erzeugen?
An der Außenseite des Motors in W-Konfiguration befindet sich ein Magnet aus Neodym, Eisen und Bor und um den Brennraum herum eine Spule aus Kupferdraht. Durch die ständige Bewegung zwischen Magneten und Spule wird elektrischer Strom erzeugt, der an die Batterie geleitet wird.
Um das Konzept ein wenig zu entmystifizieren, ist Neodym keine absolute Neuheit. Es wird seit langem verwendet und wird sogar synthetisch hergestellt, obwohl Neodym – je nach molekularer Nomenklatur – zu den seltensten magnetischen Metallen der Erde gehört. Diese 1982 entdeckte Verbindung hat sich auf der ganzen Welt und in fast der gesamten Elektronikindustrie verbreitet.
Dieser von Toyota entwickelte Motortyp ist nicht besonders leistungsstark, sondern seine kompakte Bauweise ist vollständig auf Effizienz und das geringe Gewicht des Aggregats ausgelegt, und die erzeugte Leistung liegt bei nur 10 kW, also etwa 13 PS. Es produziert jedoch mehr als genug Energie, so dass nur 2 gleichzeitig arbeitende Einheiten in der Lage sind, genügend Strom für einen Toyota Yaris oder gleichwertiges zu erzeugen, um Reisegeschwindigkeiten auf einer Autobahn von 120 km/h zu erreichen.
Da es sich noch um ein Projekt in der Entwicklung handelt, hat Toyota noch einen langen Weg vor sich, diese Technologie auf den Markt zu bringen. Denn wenn einerseits die Produktionskosten kein Maßstab sind, gibt es noch immer ungelöste technische Fragen wie Wartungskosten und Vibrationen, was Toyota bereits dazu veranlasst hat, den Einsatz seines neuen Motors in umgekehrter Richtung zu überdenken, um die Geräusche und Vibrationen übertragen.
Auch die Charakteristik dieses Freikolben-Toyota-Motors lässt sich bei Bedarf verändern, da das Druckregelventil im Gasraum an die Steifigkeit der „Federwirkung“ angepasst werden kann.
Bleiben Sie bei diesem Video, in dem Sie diese Toyota-Kreation sehen können: