Golf GTE als reichweitenoptimierter Plug-in-Hybrid

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Ein Golf für jeden Antrieb. Mit dem GTE hat Volkswagen nun auch einen Plug-in-Hybrid im Angebot. Damit sind alle verfügbaren Antriebsarten für den Golf erhältlich. Allerdings musste der 1.4-TSI-Motor für die verschiedenen Betriebsmodi optimiert werden.

Wenn es einen Antrieb gibt, der sich betriebswirtschaftlich rechnet, wird er sich auf kurz oder lang im Golf wiederfinden. Dieser Strategie treu bleibend hat der Wolfsburger Automobilhersteller nun den Golf GTE mit Plug-in-Hybrid auf die Straße gebracht. Damit ist der Konzern in der Lage, den derzeit erfolgreichsten Volkswagen mit TSI-, TDI- und CNG-Antrieb, als reinen E-Antrieb wie auch als Plug-in-Hybrid anzubieten. Das sind alle heute verfügbaren Antriebsarten. Doch der GTE steht für mehr. Er ist "eine optimale Lösung auf dem Weg zur reinen Elektromobilität", erklärt Dr. Heinz-Jakob Neußer, Mitglied des Markenvorstands Volkswagen für den Geschäftsbereich Entwicklung und Leiter der Aggregateentwicklung.

Allerdings kommt der 1524 Kilogramm schwere GTE rein elektrisch nur knapp 50 km weit und schafft damit nur ein Viertel der Reichweite des e-Golfs. Doch mit dem 110 kW starken Ottomotor mit Direkteinspritzung und Turboaufladung (1.4 TSI), den die Ingenieure über ein speziell für Hybridmodelle entwickeltes Sechsgang-Doppelkupplungsgetriebe (DSG) mit dem 75 kW starken Elektromotor kombiniert haben, erhöht sich die Reichweite auf annähernd 950 km. Laut Datenblatt verbraucht der Parallel-Hybrid mit einer Systemleistung von 150 kW im Durchschnitt nur 1,5 l/100 km Benzin (analog 35 g/km CO2) und 11,4 kWh/100 km Strom. Dieser Wert wurde gemäß dem NEFZ für Hybridfahrzeuge ermittelt, wie er von den Springer-Autoren Reif, Noreikat und Borgeest im Kapitel "Komponenten des Hybridantriebs" aus dem Buch Kraftfahrzeug-Hybridantriebe näher beschrieben wurde.

Angepasster Verbrennungsmotor für die Elektromobilität

Auf Knopfdruck (E-Mode) wird allerdings kein Benzin verbraucht. Dann treibt einzig die dreiphasig, permanenterregte Synchronmaschine den Wagen an - und das theoretisch wochenlang. Allerdings muss regelmäßig die 8,7 kWh starke Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie geladen werden. Dies geschieht entweder über eine herkömmliche Haushaltssteckdose (Ladeleistung 2,3 kW Wechselstrom) in 3 Stunden und 45 Minuten oder via Wallbox (2 Stunden und 15 Minuten bei 3,6 kW). Der Fahrer hat die Wahl zwischen insgesamt fünf Betriebsmodi, bei denen der Vierzylinder auch regelmäßig zum Einsatz kommt.

Weil aber die Fahrzeugentwickler davon ausgehen, dass der Verbrennungsmotor mitunter über Wochen nicht genutzt wird, haben sie den 1.4 TSI der Ottomotoren-Baureihe EA211 durch gezielte Maßnahmen technisch auch für dieses Einsatzprofil konfiguriert. So wurden beispielsweise die Haupt- und Pleuellager mit einer sogenannten Polymer-Beschichtung versehen; die Kolbenringe erhielten eine Beschichtung aus speziellen Hartstoffen und die Ausführung der Lagerschalen und das Kolbenspiel wurden ebenfalls entsprechend angepasst.

Thermomanagement für den Plug-in-Hybrid-Golf

Durch die vollständige Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf erreicht der Motor im Übrigen nach dem Start sehr schnell die optimale Betriebstemperatur. Für Hybridfahrzeuge ist dies ein wichtiges Merkmal, ebenso wie ein spezielles Thermomanagement. Die Ingenieure haben dazu den Benziner mit einem Zweikreiskühlsystem ausgestattet; dabei durchströmt ein von einer elektrischen Pumpe bedarfsgerecht geregelter Niedertemperaturkreislauf Ladeluftkühler und Turboladergehäuse.

Die Heizung für den Innenraum erfolgt über den Zylinderkopf-Kreislauf, sodass er ebenso wie der Motor besonders zügig erwärmt wird. Darüber hinaus konnte Volkswagen dank der speziellen Konstruktion des Abgaskrümmers bei der Wahl des Abgasturboladers auf einen kompakten Single-Scroll-Verdichter zurückgreifen und damit unter anderem das Gewicht des Zylinderkopf-Turbolader-Verbundes senken. Dank seines Kurbelgehäuses aus Aluminium-Druckguss und diverser weiterer technischer Feinheiten ist der 1.4 TSI des Golf GTE mit 102,8 Kilogramm besonders leicht.

Effizienzregeln für den E-Motor

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Darüber hinaus wurden weitere innermotorische Maßnahmen umgesetzt, um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen des TSI zu senken. So lässt sich nicht nur die Einlassnockenwelle verstellen - es gibt auch einen Auslass-Nockenwellensteller. Er sorgt für ein noch spontaneres Ansprechen aus niedrigen Drehzahlen; parallel verbessert sich auch der Durchzug bei hohen Drehzahlen. Der maximale Einspritzdruck des 1.4 TSI beträgt 200 bar; Fünf-Loch-Einspritzdüsen versorgen via Verteilerleiste jeden Zylinder mit bis zu drei Einzeleinspritzungen.

Auch für die Synchronmaschine mussten die Entwickler die Vorgaben an die Energieeffizienz beachten. So gilt die konstruktive Bauart des bis zu 7000/min hochdrehenden Motors - eine dreiphasige permanentmagneterregte Synchronmaschine - als besonders sparsam. Im Detail ist die E-Maschine auf der Eingangswelle zwischen dem Zweimassenschwungrad, der Trennkupplung (zum Auskoppeln des TSI) und den Komponenten des Sechsgang-DSG angeordnet. Eine Leistungselektronik regelt das Drehmoment und die Drehzahl der Maschine. Der Elektromotor, der ebenso wie der Verbrennungsmotor im deutschen Volkswagen-Komponentenwerk Kassel-Baunatal gefertigt wurde, entwickelt aus dem Stand heraus ein maximales Drehmoment von 330 Nm (Dauerdrehmoment: 170 Nm).

Permanente Kontrolle der Reichweiten

Die Lithium-Ionen-Batterie wurde vor der Hinterachse im Fahrzeugboden positioniert. Sie besteht im Wesentlichen aus den Zellmodulen, der Batterie-Junction-Box (BJB - Schnittstelle zur Energieversorgung des Motors) und dem Batterie-Management-Controller (BMC). Dieser übernimmt die Sicherheits-, Diagnose- und Monitoring-Funktionen und regelt zudem den Temperaturhaushalt in der Batterie-Junction-Box. Jeweils zwölf Zellen bilden zusammen mit der Zellelektronik eines der insgesamt acht Module; die Zellen selbst addieren sich zu einer Spannung, die je nach Ladezustand zwischen 250 und 400 V liegt.

Die Batterie selbst wird mit Flüssigkeit gekühlt; die Steuerung der Kühlung erfolgt ebenfalls über den BMC, der die Temperaturverteilung innerhalb der Batterie permanent erfasst und den Kühlungsbedarf an das Thermomanagement meldet. So gesichert garantiert der Konzern für acht Jahre beziehungsweise 160.000 km die einwandfreie Funktion der Hochvoltbatterie.