Toyota Optimal Drive ermöglicht 12% Kraftstoffersparnis

Bereits 2 mal wurde der 1,0-Liter VVT-i 3-Zylindermotor von Toyota als "Motor des Jahres" ausgezeichnet. Doch auch an preisgekrönten Triebwerken gibt es noch Raum für Verbesserungen. Im Zuge des Eco-Konzeptes Toyota Optimal Drive betrieben die Toyota-Ingenieure weiteren Feinschliff und konnten sowohl Verbrauch, als auch CO₂-Emissionen noch weiter senken.

Mit lediglich 69 kg inklusive Öl und Kühlmittel ist der 51 kW/ 69 PS-3-Zylinder ein Leichtgewicht. Um ihn für den Einsatz in den Modellen iQ, Aygo, Yaris, Auris und Urban Cruiser nochmals sparsamer zu machen, galt es, die bauartbedingt ohnehin schon geringeren Reibungsverluste weiter zu MINImieren. Dazu wurden alle Lagerstellen bearbeitet. Die Gleitlager des Motors sind nun mit Mikrorillen versehen. Statt einer glatten Fläche übernehmen so einzelne ölführende Kanale die Lagerung der beweglichen Teile. Zudem wurde das Kolbengewicht reduziert. Statt 280 g bringen die Kolben jetzt nur noch 180 g auf die Waage. Einen weiteren Beitrag leistet die Verwendung von Leichtlauföl in der Viskosität 0W/20, das besonders im kalten Zustand die Reibung im Motor vermindert, da es dünnflüssiger ist.

Ebenfalls optimiert wurde die Thermik des Motors. So sorgt beispielsweise ein Kunststoffwassermantel im Motorblock dafür, dass das Kühlwasser besser verteilt wird und der Motor schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Im unteren Teil des Zylinders entsteht am wenigsten Wärme, dadurch bleibt das Öl an dieser Stelle etwas zäher als weiter oben in Brennraumnähe. In der Folge muss der Kolben in diesem Bereich zusätzliche mechanische Arbeit verrichten, um den erhöhten Widerstand des zäheren Öls zu überwinden. Durch den Wassermantel wird diesem Teil des Zylinders nun weniger Kühlwasser zugeführt als am oberen Ende. Das Öl erwärmt sich gleichmäßiger und schneller, der Reibwert sinkt. In der Summe erreicht er nun schneller seine Betriebstemperatur und läuft früher im optimalen Wirkungsbereich.

Zur Verbesserung der Zylinderfüllung sorgt auch ein optimierter Ansaug- und Einlasskanal. Hier integrierten die Entwickler eine Abgasrückführung. Durch die Zuführung von bis zu 20% Abgas in den Ansaugtrakt bei mittleren und hohen Drehzahlen reduziert sich der Sauerstoffanteil während des Verbrennungsvorgangs, wodurch wiederum die Verbrennungstemperatur sinkt. Magere Gemischbildung und niedrigere Verbrennungstemperatur führen im Ergebnis zu einem deutlich reduzierten Anteil von Stickoxiden im Abgas – ein deutliches Plus für die Umwelt. Zusätzlich ermöglicht die Abgasrückführung bei hohen Drehzahlen, dass die Drosselklappe weiter öffnet. Dies wiederum reduziert Füllverluste und verringert die mechanische Arbeit im Motor.

Eine weitere Maßnahme zur Reduzierung von Reibungsverlusten ist die um 8 mm aus der Mitte versetzte Kurbelwelle. Im Moment des höchsten Arbeitsdrucks lehnt sich der Kolben, bei üblicher Platzierung der Kurbelwelle, an eine Zylinderwand an. Dieser zusätzliche Druck erhöht die Reibung. Beim optimierten 1,0-Liter VVT-i Benzinmotor wurde die Kurbelwelle mit 8 mm Versatz aus der Mitte verbaut. Auf diesem Wege werden die Reibungsverluste maßgeblich reduziert. Die Verbrennungskraft wird so optimal auf die Kurbelwelle übertragen und in Folge davon steigt das Drehmoment auf nun 93 Nm – ein bemerkenswert hoher Wert für einen Benzinmotor in der 1-Liter-Klasse

Der 1,0-Liter Benzinmotor verfügt über die variable Einlassventilsteuerung VVT-i. Sie ermöglicht es, die Ventilüberschneidung im Leerlauf soweit zu reduzieren, dass die Leerlaufdrehzahl ohne Komforteinbußen auf ca. 600 Umdrehungen pro Minute gesenkt werden kann. Durch diese signifikante Absenkung des Drehzahlniveaus können Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emissionen weiter gesenkt werden.

Ebenfalls optimiert wurde die Schubabschaltung des Motors. Durch einen Sensor am Kupplungspedal wird diese nun auch beim Gangwechsel aktiviert. Dadurch vergrößert sich der Zeitraum, während dem Motor kein Kraftstoff eingespritzt wird. Eine weitere Maßnahme des Eco-Konzeptes Toyota Optimal Drive ist das intelligente Lademanagement der Bordelektrik. Die Lichtmaschine lädt vorrangig dann die Batterie auf, wenn sich das Auto im Schiebebetrieb befindet oder abgebremst wird. Auf diesem Weg verbrennt der Motor deutlich weniger Treibstoff zur Erzeugung elektrischer Leistung.

Das Ergebnis dieser Maßnahmen kann sich sehen lassen: Mit Toyota Optimal Drive reduzierten die Ingenieure den Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen des 3-Zylinders um satte 12%.