Lexus RX 450h feiert Premiere auf dem Genfer Autosalon 2009

Der Lexus RX 450h kommt deutschlandweit Ende Mai in den Handel und wird ein großes Erbe antreten: Er löst den im Jahr 2005 als weltweit erstes Premiumfahrzeug mit Hybridantrieb vorgestellten RX 400h ab. Weltweit ist der Lexus RX aktuell der meistverkaufte Crossover im Premium-Segment. Mit dem RX 450h bringt Lexus bereits die 2. Hybrid-Generation dieses Modells in Serie, ehe der erste Wettbewerber diese Technik in einem Serienmodell anbieten kann.

Für die Weiterentwicklung des Hybridantriebs hat Lexus das innerhalb des Konzerns über Jahrzehnte kultivierte Prinzip des "Kaizen", der kontinuierlichen Verbesserung bestehender Komponenten und Prozesse, konsequent angewendet. Das Ergebnis dieser Fleißarbeit ist eine nochmalige klare Verbesserung der Treibstoffeffizienz und damit einhergehend auch die Reduzierung der CO₂-Emissionen auf einen neuen absoluten Bestwert im Segment. Der modifizierte Antriebsstrang bietet deutliche Effizienz-Vorteile nach dem Kaltstart und im Betrieb bei niedrigen Außentemperaturen. Durch eine neue Auslegung der stufenlosen Kraftübertragung und ein breiteres nutzbares Drehmomentband der Elektromotoren wurde der Fahrkomfort entscheidend verbessert. In der Folge steigen auch die Möglichkeiten, im Alltagsbetrieb kurze Strecken rein elektrisch zu fahren, was sich günstig auf Emissionen und Verbrauch auswirkt. Auch die neuen Fahr-Modi "ECO" und "EV" unterstützen die Effizienzsteigerung des neuen Hybridsystems.

Neue Generation des Lexus Hybrid Drive

Um die 220 kW/ 299 PS Systemleistung des RX 450h zu erzeugen, setzt Lexus auf ein neues V6-Benzintriebwerk und 2 Elektromotoren. Einer davon ist ausschließlich für den Antrieb der Hinterachse zuständig und realisiert so den intelligenten Allradantrieb "E-Four" im RX 450h.

Anders als sogenannte Mild-Hybride, bei denen der Elektromotor nur eine ergänzende Funktion übernimmt, kann das System des Lexus RX 450h sowohl einen rein elektrischen Fahrbetrieb als auch den Antrieb nur über den Verbrenner oder mittels einer Kombination aus beiden realisieren. Möglich macht dies die Leistungsverzweigung über ein Planetengetriebe.

Der Lexus Hybrid Drive der 2. Generation wurde gegenüber dem Vorgänger in folgenden Punkten weiterentwickelt:

• Optimierung des Atkinson Zyklus zur Verbrauchsreduzierung des V6-Triebwerks
• Gekühlte Abgasrückführung (EGR: Exhaust Gas Recovery)
• Abgaswärmenutzung (EHR: Exhaust Heat Recovery)
• Verringerung der Reibungsverluste im Hybridantriebsstrang
• Intelligente Getriebesteuerung AI-SHIFT
• Neues Hybrid-Steuergerät zur Optimierung von Leistung, Verbrauch und Gewicht
• Verbesserter Drehmomentverlauf der Elektromotoren
• "ECO"-Modus zur Verbrauchsoptimierung
• "EV"- (Electric Vehicle) Modus für reinen E-Betrieb auf Tastendruck

V6-Benzintriebwerk

Der V6-Benziner des RX 450h basiert auf dem Triebwerk des parallel weiter angebotenen RX 350. Dieses 3,5-Liter Aggregat mit zwei obenliegenden Nockenwellen leistet 183 kW/ 249 PS bei 6.000 Umdrehungen. Sein maximales Drehmoment beträgt 317 Nm und steht bei 4.800 Touren bereit. Speziell für den Einsatz im Hybridsystem erhielt der Motor zusätzliche Modifikationen die wassergekühlte Abgasrückführung EGR und die Abgaswärmenutzung EHR.

Das Triebwerk arbeitet nach dem Atkinson-Zyklus. Bei diesem Arbeitsverfahren schließen die Einlassventile im Verdichtungstakt etwas später. Dadurch wird der Kraftaufwand beim verdichten reduziert. Im Arbeitstakt werden die Auslassventile später als bei herkömmlichen Viertaktmotoren geöffnet, sodass der volle Verbrennungsdruck länger auf den Kolben einwirkt. Gleichzeitig sinkt die Abgastemperatur im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor.

Das EGR-System kühlt die Abgastemperatur von Maximalwerten über 700 Grad Celsius auf circa 150 Grad Celsius herunter und führt dieses Abgas präzise abgemessen durch einen speziell gestalteten Stutzen in den Ansaugtrakt des Systems zurück. Durch die Abgasbeimischung sinkt die Verbrennungstemperatur weiter ab. Außerdem verringern sich durch den Einsatz von EGR die Drosselverluste im Ansaugsystem durch eine Reduzierung des Unterdrucks auf der Ansaugseite.

In Kombination mit dem Atkinson Zyklus werden durch EGR diejenigen Betriebszustände ausgeblendet, in denen zusätzlicher Treibstoff allein zur Reduzierung der Verbrennungstemperatur eingespritzt werden muss, um den Katalysator vor einer Überhitzung zu schützen. So wird eine deutliche Verbrauchssenkung erzielt.

Das EHR-System nutzt die Abgasrestwärme, um das Motorkühlmittel nach dem Kaltstart schneller zu erhitzen und damit die Zeitspanne zu verkürzen, bis der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat. Im Vergleich zum Triebwerk des Lexus RX 400h erreicht der Verbrennungsmotor des RX 450h bei winterlichen Außentemperaturen nach dem Kaltstart wesentlich schneller seine Betriebstemperatur und kann damit früher abgeschaltet werden, um rein elektrisch zu fahren. Dadurch verringert sich der Kraftstoffverbrauch in der kalten Jahreszeit im Alltagsbetrieb um bis zu 23%.

Hybrid-Getriebe

Das Herzstück des "Lexus Hybrid Drive" ist das kompakte Planetengetriebe mit Leistungsverzweigung zur stufenlosen Kraftübertragung. Für den Einsatz in der zweiten RX Hybrid-Generation wurde es zahlreichen Detailmodifikationen unterzogen. So reduziert nun ein Ölschleuderring die Betriebsverluste der Ölpumpe. Zudem verfügt die Getriebeeinheit nun über einen separaten Ölkühler, und es werden besonders reibungsarme Lager verwendet. Feinschliff an einer Vielzahl weiterer Komponenten sorgt zusammen mit den aufgeführten Verbesserungen für eine Anhebung der Drehmomentkapazität und der Effizienz des Getriebes.

Ein neuer 2-teiliger Schwungraddämpfer fängt Drehmomentschwankungen ebenso effektiv auf wie den leichten Start/Stopp-Ruck des Motors. So werden Vibrationen und Geräusche vor allem im Stadtverkehr reduziert, wenn der Verbrennungsmotor häufig automatisch ab- und wieder angeschaltet wird.

Erstmals kommt in einem Hybridsystem die intelligente Schaltsteuerung AI-SHIFT zum Einsatz. Das Kürzel "AI" steht für Artificial Intelligence. Die intelligente Schaltsteuerung erkennt, ob das Fahrzeug sich in der Ebene oder bergauf bzw. bergab bewegt. AI-SHIFT vergleicht die tatsächliche Geschwindigkeit mit der Stellung des Gaspedals und passt die Getriebeübersetzung automatisch diesen Fahrumständen an. So wird für die Bergauffahrt die Drehzahl erhöht während das System bergab automatisch den Vorteil der Motorbremse nutzt.

Natürlich kann der Fahrer auch über eine manuelle Schaltgasse festgelegte Übersetzungsverhältnisse vorwählen. Die Stellung "S" des Schalthebels simuliert den manuellen Modus eines konventionellen Automatikgetriebes und ermöglicht es, die Fahrzeuggeschwindigkeit bei steilen Bergabfahrten mittels Einsatz der Motorbremse zu kontrollieren und dabei eine maximale Energie-Rückgewinnung zu erreichen.

Hybrid-Steuergerät

Ein wesentlicher Baustein des "Lexus Hybrid Drive" ist das Steuergerät (Power Control Unit: PCU) samt Spannungswandler. Es sorgt unter anderem dafür, dass der in der Batterie gespeicherte Strom zum Antrieb der E-Motoren von 288 Volt Gleichstrom auf 650 Volt Wechselstrom gewandelt wird. Zudem steuert es beide E-Motoren und den Generator. Auch der Wechsel der Spannung auf 12 Volt zur Speisung der Starterbatterie und 46 Volt zum Betrieb der Servolenkung und der aktiven Stabilisatorregelung wird von diesem Steuergerät kontrolliert.

Das Steuergerät des Hybridsystems im neuen RX 450h ist deutlich leichter und kompakter als das bislang im RX 400h verwendete Bauteil. Sein Volumen schrumpfte von 30 Liter auf 18,2 Liter, und das Gewicht sank von 30 kg auf 22 kg. Die geänderte Platzierung des Inverters im Motorraum erlaubt nun die Kühlung von 2 Seiten. Dadurch konnte die Leistungsdichte um 40 Prozent angehoben werden. Leitungsverluste wurden gleichzeitig um mehr als 10 Prozent reduziert. Insgesamt wurde die Leistungsfähigkeit des elektronischen Systems deutlich verbessert. So konnte die Schaltgeschwindigkeit erhöht werden mit dem Effekt, dass Effizienz-Verluste durch Schaltreaktionszeiten verringert werden und auch die Geräuschentwicklung des Systems noch komfortabler ausfällt.

Elektromotoren

Die nominelle Leistungsabgabe der beiden Elektromotoren des Lexus RX 450h blieb auf dem gleichen hohen Niveau wie im RX 400h. So kommt der vordere E-Motor auf eine Leistung von 123 kW/ 167 PS, der hintere leistet 50 kW/ 68 PS. Durch verbesserte Kühlung konnten aber das Drehmomentmaximum und die Drehmomentkurve verbessert werden. Der vordere Motor stellt nun ab der ersten Umdrehung 335 Nm bereit, der hintere beaufschlagt die Hinterachse bei Bedarf mit 139 Nm Zugkraft. Die Geschwindigkeitsspanne des maximalen Drehmoments des vorderen Elektromotors wurde um 15 km/h erweitert, die des hinteren Elektromotors sogar um 35 km/h.

3 neue Fahr-Modi

Um die Leistung und die Effizienz des Lexus Hybrid Drive im RX 450h weiter zu steigern, haben die Ingenieure 3 neue Fahrprogramme konzipiert. Der Fahrer kann nun zwischen ECO, EV und SNOW wählen. Im ECO-Modus werden die Gaspedalbewegungen durch das Programm so geregelt, dass ein gleichmäßiger, sparsamer Fahrstil gefördert wird. Berücksichtigt wird dabei auch der Leistungsbedarf der Klimaanlage. So wird beim Beschleunigen die Leistungsaufnahme des Klimageräts reduziert und somit der sonst nötige zusätzliche Treibstoffbedarf vermieden.

Aus dem Stillstand fährt der RX 450h automatisch rein elektrisch im EV-Modus an. Diesen Fahrzustand kann der Fahrer, soweit es der Ladezustand der Batterie erlaubt, auch per Schalter am Lenkrad anwählen und so kontinuierlich bis zu einer Geschwindigkeit von 50 km/h nutzen. So bewegt sich der RX im urbanen Kurzstreckenverkehr oft ohne Emissionen und fast geräuschlos. Diesen Fahrbetrieb können Fahrzeuge mit einem milden Hybridantrieb im Gegensatz zum leistungsverzeigten Vollhybrid des Lexus Hybrid Drive Systems nicht darstellen. Der höhere mögliche Anteil des rein elektrischen Betriebs trägt nachhaltig zu den Verbrauchsbestwerten des RX 450h bei.

Der neue SNOW-Modus unterstützt den Fahrer bei winterlichen Wetterbedingungen. Die Gaspedalbewegungen werden so umgesetzt, dass möglichst wenig Schlupf an den Rädern entsteht und das Fahrzeug stabil bewegt wird. Dazu trägt nicht zuletzt die zielgenaue Ansteuerung des elektrischen Allradantriebs durch den E-Motor an der Hinterachse bei.