Neue Toyota-Motoren: Nach dem Hybridprinzip

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Nicht mehr nur die Hybridantriebe, auch die „normalen“ Benziner arbeiten nun mit dem Atkinson-Zyklus. Das soll für Bestwerte beim Wirkungsgrad sorgen.

Toyota hat eine neue Generation Verbrennungsmotoren entwickelt, die einen Arbeitszyklus nutzt, den die Japaner bislang nur bei ihren Hybridantrieben verwendet haben: den sogenannten Atkinson-Zyklus. Er soll den Benzinern einen außergewöhnlich hohen thermischen Wirkungsgrad von bis zu 38 Prozent bescheren, verspricht der Hersteller – das wäre ein Bestwert unter den in Großserie gefertigten Motoren. Zum Vergleich: ein moderner Turbodieselmotor hat einen Wirkungsgrad von um die 40 Prozent. Der Kraftstoffverbrauch soll dadurch um zehn, in der Spitze sogar um 30 Prozent sinken (ermittelt nach dem japanischen Testzyklus).

Ein Grund dafür ist der Atkinson-Zyklus. Der Motor hat dabei ein hohes mechanisches Verdichtungsverhältnis von 13,5. Das tatsächliche genutzte Verdichtungsverhältnis lässt sich aber durch verlängerte Ventilöffnungszeiten im Einlasstakt verringern. Der Motor schiebt also einen Teil der angesaugten Frischgasmenge wieder heraus. Das reduziert den Kraftaufwand beim Verdichten des Gemisches, erlaubt aber, die Kraft der Verbrennung sehr lange auf den Kolben wirken zu lassen. So wird mehr Wärme in Bewegung umgewandelt. Außerdem lässt sich der Motor mit einer weiter geöffneten Drosselklappe betreiben und arbeitet so häufiger im Bereich des höchsten thermischen Wirkungsgrades.

Nachteil: Drehmomentschwäche bei niedrigen Drehzahlen

Die neue Form des Einlasskanals erzeugt eine nach unten fallende Strömung im Zylinder, wodurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch vertikal statt horizontal und mit höherer Geschwindigkeit in den Zylinder strömt. Eine bessere Durchmischung soll für eine höhere Flammgeschwindigkeit bei der Verbrennung sorgen. Der Klopfgefahr durch die hohe Verdichtung wirkt laut Toyota eine verbesserte Kühlwasserführung für Zylinder und Brennraum entgegen.

Toyota hat sich auch der inneren Reibung des Motors angenommen. Dabei reichen die Maßnahmen von speziellen Beschichtungen für die Kolben, Kolbenringe und Gleitlager über eine verringerte Ölpumpenfördermenge bis zu einem leichter laufenden Keilrippenriemen für den Antrieb der Nebenaggregate.

Vom Nachteil des Atkinson-Prinzips ist in der Toyota-Pressemitteilung freilich nichts zu lesen. Er besteht darin, dass der Motor mit dem ausgeschobenen Frischgas auch an Füllung verliert – und damit an Leistung. Das wirkt sich vor allem bei niedrigen Drehzahlen negativ aus. In der bisherigen Kombination mit einem elektrischen Zusatzmotor fiel diese Schwäche nicht weiter auf. Doch als alleiniger Antrieb? Ein Toyota-Sprecher mutmaßte gegenüber »kfz-betrieb«: „Ganz konkrete Informationen liegen uns dazu noch nicht vor, aber denkbar ist, dass der Motor beim Beschleunigen mit normalen Steuerzeiten genutzt wird und nur bei konstanter Fahrt intensiv im Atkinson-Zyklus betrieben wird.“ Ob das reicht, um in Sachen Durchzugskraft mit den Konkurrenten mitzuhalten, die auf Direkteinspritzung und Turboaufladung setzen, wird sich zeigen..

Die neuen Motoren sollen in vielen Modellen zum Einsatz kommen, beginnend mit dem Einliter-Dreizylinder im Aygo und im Yaris-Facelift. Im Yaris wird außerdem der 1,33-Liter auf diese Weise überarbeitet. Bis 2015 werden weltweit insgesamt 14 neue Triebwerksvarianten eingeführt.

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