Hört sich ja schon mal nicht schlecht an, aber warum gibts das nicht ein paar Nummern kleiner für die Massen? Zu teuer?
Mit dem S 400 BlueHYBRID bringt Mercedes-Benz im Sommer 2009 sein erstes Pkw-Modell mit Hybridantrieb auf den Markt. Die Kombination aus dem weiterentwickelten V6-Benzinmotor mit dem kompakten Hybridmodul macht den S 400 BlueHYBRID zur weltweit sparsamsten Luxuslimousine mit Ottomotor. Der Benzinverbrauch beträgt im NEFZ-Zyklus (kombiniert) lediglich 7,9 Liter pro 100 Kilometer. Das ergibt den in dieser Fahrzeug- und Leistungsklasse weltweit niedrigsten CO2-Ausstoß von nur 190 Gramm pro Kilometer. Diese vorbildlichen Werte sind verbunden mit einem souveränen Leistungspotenzial: Der 3,5-Liter-Benzinmotor entwickelt 205 kW/279 PS, der Elektromotor 15 kW/20 PS sowie ein Startdrehmoment von 160 Nm. Die kombinierte Leistung beträgt somit 220 kW/299 PS, das kombinierte maximale Drehmoment 385 Newtonmeter. Darüber hinaus ist der neue S 400 BlueHYBRID als erstes Serienmodell mit einer speziell für den Einsatz in Fahrzeugen entwickelten, besonders leistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterie ausgerüstet. Damit leistet Mercedes-Benz einen Pionierschritt zur Elektrifizierung des Automobils.
Der neue Mercedes-Benz S 400 BlueHYBRID basiert auf dem S 350 und ist mit einem umfangreich modifizierten Antriebsstrang ausgerüstet. Dazu gehören der weiterentwickelte 3,5-Liter-V6-Benzinmotor, der zusätzliche Permanentmagnet-Elektromotor, die für die Aufnahme des Hybridmoduls ausgelegte Siebenstufen-Automatik 7G-TRONIC, die erforderliche Leistungs- und Steuerungselektronik, der Spannungswandler sowie die Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie.
Bei dem kompakten Hybridmodul handelt es sich um einen scheibenförmigen Elektromotor, der auch als Anlasser und Lichtmaschine dient. Das System bietet doppelten Nutzen: Zum einen hilft es, Kraftstoff zu sparen, zum anderen erhöht es den Fahrspaß. Ein Grund dafür ist der so genannte Boost-Effekt, durch den der Elektromotor den Verbrennungsmotor in der verbrauchsintensiven Beschleunigungsphase mit einem Drehmoment von maximal 160 Newtonmetern kraftvoll unterstützt. Der Fahrer profitiert vom Zusammenspiel der beiden Aggregate durch einen noch beeindruckenderen Drehmomentverlauf sowie souveräne Kraftentfaltung bei jedem Anfahren und Beschleunigen.
Das Hybridmodul verfügt auch über eine komfortable Start-Stopp-Funktion, die den Motor abschaltet, wenn der Wagen hält - zum Beispiel bei einem Ampelstopp. Wenn es weitergeht, startet der Elektromotor das Haupttriebwerk fast unmerklich und höchst komfortabel. Dies trägt ebenfalls zur Kraftstoffeinsparung und Umweltschonung bei: Weil der Motor mit der ersten Zündung praktisch sofort anspringt, werden auch in der Startphase Emissionen minimiert.
Bei der Verzögerung des Fahrzeugs arbeitet der Elektromotor als Generator und kann durch die so genannte Rekuperation Bremsenergie zurück gewinnen. Der Elektromotor verstärkt dabei in feinfühliger Zusammenarbeit die Motorbremse des Verbrennungstriebwerks und die klassischen Radbremsen in nahtlos ineinander übergehenden Schritten. Die gewonnene Energie wird in einer leistungsfähigen, aber kompakten Lithium-Ionen-Batterie im Motorraum gespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen. Das Management des komplexen Systems übernimmt ein Hochleistungs-Steuergerät, das ebenfalls motornah verbaut ist.
Meilenstein auf dem Weg zur Elektrifizierung
Herzstück des modular aufgebauten, besonders kompakten und hoch effizienten Hybridantriebs ist die neue, speziell für den Einsatz in Fahrzeugen entwickelte Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie, die Mercedes-Benz als weltweit erster Hersteller in einem Serienfahrzeug auf den Markt bringt. Damit leistet das Stuttgarter Unternehmen einen wegweisenden Beitrag zur Elektrifizierung des Automobils, wobei die S-Klasse wieder einmal die Rolle des Technologie-Trendsetters übernimmt.
Wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Nickel-Metallhydrid-Batterien sind die höhere Energiedichte und der bessere elektrische Wirkungsgrad bei kompakteren Abmessungen und geringerem Eigengewicht. Dank des Platz sparenden Einbaus im Motorraum an Stelle der herkömmlichen Starterbatterie bleiben die großzügigen Innenraummaße und das Kofferraumvolumen unverändert erhalten. Die Lithium-Ionen-Batterie dient nicht nur als Energiespeicher für den Elektromotor, sondern ist über den Spannungswandler auch mit dem 12-Volt-Bordnetz verbunden, das Standardverbraucher wie die Scheinwerfer und die Komfortfeatures versorgt. Zum komplett neu konstruierten Batteriesystem gehören der Zellblock mit den Lithium-Ionen-Zellen und der Zellüberwachung, das Batteriemanagement, das hochfeste Gehäuse, das Kühlgel, die Kühlplatte, der Kühlmittelanschluss und der Hochvoltstecker.
Optimierter thermischer Motorwirkungsgrad reduziert den Verbrauch
Der 3,5-Liter-V6-Benzinmotor mit adaptiver Ventilsteuerung wurde grundlegend überarbeitet und optimiert. Die Entwicklungsingenieure machten sich dabei zum Teil die Vorzüge des so genannten Atkinson-Prinzips zu nutze, bei dem die Expansionsphase länger ist als die Verdichtungsphase. Dabei wird das Einlassventil zwischen Ansaugen und Verdichten kurzfristig länger offen gehalten. Dies erhöht den thermischen Wirkungsgrad des Motors, gleichzeitig sinken der spezifische Kraftstoffverbrauch und die Rohemissionen. Ein neuer Zylinderkopf, andere Kolben sowie eine modifizierte Nockenwelle mit anderer Nockenwellensteuerung steigern die Leistung um 5 kW/7 PS auf 205 kW/279 PS - bei gleichzeitig reduziertem Kraftstoffkonsum.
Eine zusätzliche Wirkungsgradverbesserung, insbesondere bei Überlandfahrten oder auf der Autobahn, erreicht der S 400 BlueHYBRID durch die intelligente Verschiebung des so genannten Betriebspunkts des Verbrennungsmotors in Richtung eines geringeren spezifischen Verbrauchs. Das sehr hohe Anfahr-moment durch E-Boost vermittelt dem Fahrer ein besonders souveränes Beschleunigungsgefühl, während der Verbrauch und die Emissionen sinken.
Elektromotor erhöht die Effizienz
Der kompakte, scheibenförmige Elektromotor, der Platz sparend im Wandlergehäuse zwischen Motor und der Siebenstufen-Automatik 7G-TRONIC eingebaut ist, erhöht die Effizienz zusätzlich. Es handelt sich um einen 3-Phasen-Drehstrom-Permanentmagnet-Elektromotor als so genannter Außenläufer, der bei 120 Volt Betriebsspannung eine Maximalleistung von 15 kW/20 PS und ein Startdrehmoment von 160 Newtonmeter entwickelt. Das kompakte Bauteil (Starter/Generator) übernimmt darüber hinaus die Funktionen der konventionellen Nebenaggregate Anlasser und Lichtmaschine.
Das ausgefeilte Zusammenspiel mit dem Verbrennungsmotor ermöglicht zahlreiche Zusatzfunktionen, die den Kraftstoffverbrauch, die Emissionen und die Agilität des S 400 BlueHYBRID gleichermaßen positiv beeinflussen. Außerdem dämpft das scheibenförmige Aggregat wirkungsvoll Torsionsschwingungen im Antriebsstrang, wodurch Geräusche und Vibrationen weiter verringert werden. Ergebnis: noch mehr Fahrkomfort für Fahrer und Passagiere.
„Boost“-Effekt für noch mehr Fahrvergnügen
Das Gesamtsystem bietet umfangreichen Nutzen: Zum einen hilft es, Kraftstoff zu sparen. Zum anderen erhöht es den Fahrspaß mit Hilfe des so genannten „Boost“-Effekts, durch den der Elektromotor den Verbrennungsmotor in der verbrauchsintensiven Beschleunigungsphase mit einem Drehmoment von maximal 160 Newtonmetern von der ersten Umdrehung an kraftvoll unterstützt. Somit tritt der Hybridantrieb des S 400 BlueHYBRID bereits aus niedrigsten Drehzahlen kraftvoll an, wie der Verlauf der Drehmomentkurve eindrucksvoll verdeutlicht. Das ergänzende Drehmoment des Hybridmoduls macht sich auch in der weiteren Beschleunigungsphase anhaltend positiv bemerkbar. Der Fahrer profitiert folglich in allen Fahrsituationen vom Zusammenspiel der beiden Aggregate in Form von spurtstarkem Ansprechverhalten und souveräner Kraftentfaltung - ohne erhöhten Treibstoffverbrauch.
Der S 400 BlueHYBRID beschleunigt in 7,2 Sekunden von null auf 100 km/h und erreicht eine elektronisch begrenzte Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h. Den bereits sehr günstigen NEFZ-Verbrauch des konventionell motorisierten S 350 unterbietet der S 400 BlueHYBRID um bis zu 2,2 Liter pro 100 Kilometer. Der CO2-Ausstoß verringert sich um 21 Prozent.
Start-Stopp-Funktion spart schon beim Ausrollen Kraftstoff
Darüber hinaus verfügt das Hybrid-Modul über eine höchst komfortable und effiziente Start-Stopp-Funktion, die den Motor bereits abschaltet, wenn der Wagen unterhalb von 15 km/h ausrollt, zum Beispiel vor einem Ampelstopp. Wenn es weitergeht, startet der Elektromotor das Haupttriebwerk sofort und nahezu unmerklich, unmittelbar nachdem der Fahrer den Fuß vom Bremspedal nimmt oder wenn er das Gaspedal betätigt. Dies trägt ebenfalls zur Kraftstoffeinsparung und Umweltschonung bei: Da der Motor praktisch sofort zündet, werden auch in der Startphase die Emissionen minimiert. Auch die beim Starten mit einem herkömmlichen Anlasser unvermeidbaren Erschütterungen des Fahrzeugs werden auf ein Minimum reduziert.
Lenk- und Klimakomfort bleiben unverändert, weil sowohl die Lenkhelfpumpe als auch der Kältemittelverdichter elektrisch angetrieben werden. Beide Systeme arbeiten daher auch bei Stillstand des Fahrzeugs und automatisch abgestelltem Verbrennungsmotor. Die intelligente Steuerungslogik erkennt, ob der Fahrer gerade wendet oder einparkt. In diesem Fall wird die Start-Stopp-Automatik vorübergehend deaktiviert, so dass die Fahrmanöver komfortabel absolviert werden können.
Jeder Bremsvorgang erzeugt elektrische Energie für die Batterie
Bei der Verzögerung des Fahrzeugs arbeitet der Elektromotor als Generator und wandelt durch die sogenannte Rekuperation die Bewegungsenergie, die beim Gaswegnehmen und beim Bremsen entsteht, in elektrische Energie um: Diese Energie wird in der leistungsfähigen und kompakten Lithium-Ionen-Batterie gespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen.
Der Elektromotor verstärkt dabei die Motorbremse des Verbrennungstriebwerks in zwei nahtlos ineinander übergehenden Schritten: In Stufe eins, beim Schubbetrieb ohne Betätigung des Bremspedals, arbeitet die E-Maschine wie ein Generator und beginnt mit der Rekuperation. Stufe zwei setzt ein, sobald der Fahrer die Bremse leicht betätigt: Dann wird die Generatorleistung proportional erhöht, was der Fahrer als stärkere Verzögerung wahrnimmt. Erst bei höherem Pedaldruck werden zusätzlich zur Rekuperation die Radbremsen aktiviert. Auf diese Weise kann einerseits mehr elektrische Energie erzeugt und andererseits das hydraulische Bremssystem geschont werden. Um diesen positiven Doppeleffekt optimal zu nutzen, haben die Mercedes-Ingenieure für den S 400 BlueHYBRID auch eine neue Bremsanlage mit neuem Bremspedalmodul entwickelt.
Leistungselektronik geschickt platziert
Um den 3-Phasen-Drehstrom-Elektromotor im 120-Hochvolt-Gleichspannungsnetz betreiben zu können, ist eine spezielle Leistungselektronik erforderlich. Der Wechselrichter findet seinen Platz im Bauraum des früheren Anlassers. Da sich die Leistungselektronik durch die entstehenden elektrischen Ströme von bis zu 150 Ampere erwärmt, verfügt das System über einen zusätzlichen, separaten Niedertemperatur-Kühlkreislauf.
Im rechten vorderen Radhaus haben die Mercedes-Benz Ingenieure den Spannungswandler untergebracht, der den Energie-Austausch zwischen dem 120-Hochvoltnetz und dem 12-Volt-Bordnetz ermöglicht und - bei einem eventuellen Spannungsverlust der Standardbatterie - auch die Option Fremdstart per Starthilfekabel sicher stellt. Um einen konstant hohen elektrischen Wirkungsgrad zu gewährleisten, wird auch der Spannungswandler über einen Niedertemperatur-Kreislauf gekühlt. Die 12-Volt-Bleisäure-Batterie ist im Kofferraum eingebaut und versorgt neben den Standardverbrauchern auch das Überwachungssystem der Hochvoltkomponenten mit Energie. Sie konnte dank des Zusammenspiels mit der Lithium-Ionen-Batterie deutlich kleiner und leichter ausgelegt werden.
Bewährtes Automatikgetriebe mit neuer Abstimmung
Auch das bewährte 7G-TRONIC Automatikgetriebe passten die Mercedes-Benz Entwickler für die Hybridanwendung an. Hinzu kommt die neu programmierte Software für die Getriebesteuerung. Eine neu entwickelte Zusatzölpumpe gewährleistet auch in den Abstellphasen des Verbrennungsmotors die zuverlässige Schmierung des Getriebes.
Das Management des komplexen Systems übernimmt das modifizierte Hochleistungs-Motorsteuergerät. Es ermöglicht umfangreiche Funktionen und differenziert zwischen den Einsatzbedingungen wie Stadtfahrt, Überlandfahrt, Autobahnfahrt oder Rangieren.
Hybridstatus wird im Kombiinstrument angezeigt
Den aktuellen Status des Hybridantriebs kann der Fahrer auch visuell verfolgen. Das Kombiinstrument informiert an zentraler Stelle mit einer separaten Anzeigefunktion über den jeweiligen Energiefluss beim Boosten und Rekuperieren sowie über den Ladezustand der Batterie.
Siebenfaches Sicherheitskonzept zusätzlich zum Mercedes-Benz Standard
Wie bei Mercedes-Benz üblich, widmeten die Entwicklungsingenieure dem Thema Sicherheit besondere Aufmerksamkeit. Dabei flossen unter anderem die langjährigen Erfahrungen mit der Brennstoffzellentechnik aus der Daimler Forschung in das Serienfahrzeug ein. Die Herausforderung bestand darin, nicht nur alle weltweiten gesetzlichen und internen Crashtest-Auflagen zu erfüllen, sondern auch höchstmögliche Sicherheit der elektrischen Bauteile zu gewährleisten. Dies gilt bereits für die Produktion, schließt die Werkstatt-mitarbeiter bei Wartungsdiensten ein und berücksichtigt auch die Rettungskräfte, die Passagiere eines verunfallten Fahrzeugs bergen.
Die Hybridtechnologie des S 400 BlueHYBRID ist daher mit einem umfangreichen, 7-fachen Sicherheitskonzept ausgerüstet.
1. In der ersten Stufe werden alle Kabel farbig unverwechselbar gekennzeichnet und mit entsprechenden Sicherheitshinweisen versehen. Dies verhindert unbeabsichtigte Fehlmontagen in der Produktion und erleichtert die regelmäßigen Inspektionskontrollen.
2. Die zweite Stufe umfasst den lückenlosen Berührschutz des gesamten Systems durch großzügig dimensionierte Isolierungen und neu entwickelte Spezialstecker.
3. Die weltweit erstmals bei einem Serienmodell eingesetzte Lithium-Ionen-Batterie erhält in der dritten Stufe ein ganzes Bündel sorgfältig
aufeinander abgestimmter Schutzmaßnahmen. Der innovative Energiespeicher ist in einem hochfesten Stahl-Gehäuse untergebracht und zusätzlich fixiert. Die Zelllagerung in einem speziellen Gel dämpft Erschütterungen wirkungsvoll ab. Hinzu kommt die Abblasöffnung mit Berstscheibe und separatem Kühlkreislauf. Ein interner elektronischer Controller überwacht permanent die Sicherheitsanforderungen und signalisiert eventuelle Fehlfunktionen umgehend.
4. Die vierte Stufe des Sicherheitskonzepts enthält die Trennung der Batteriepole, die solitäre Sicherheitsverkabelung aller Hochvolt-Komponenten sowie die permante Überwachung durch mehrfache Interlockschaltung. Das bedeutet: Alle Hochvoltkomponenten sind durch eine elektrische Schleife miteinander verbunden. Bei einer Fehlfunktion wird das Hochvoltsystem automatisch abgeschaltet.
5. Die aktive Entladung des Hochvoltsystems, sobald die Zündung auf „aus“ geschaltet wird oder bei möglicherweisen Störungen, gehört zur fünften Stufe.
6. Bei einem Unfall wird das Hochvoltsystem in Sekundenbruchteilen komplett abgeschaltet (Stufe sechs).
7. Als letzte und siebte Stufe wird das System permanent auf Kurzschlüsse überwacht.
Dank der kompakten Abmessungen und der modularen Bauweise beträgt das Mehrgewicht des Gesamtsystems lediglich 75 Kilogramm - inklusive der umfassenden Sicherheitssysteme. Damit ist gewährleistet, dass die zukunftsweisende und sehr vielseitige, in nahezu allen Mercedes-Benz Baureihen einsetzbare Technologie das gewohnt souveräne Mercedes-Fahrerlebnis bietet. Außerdem bleibt die Zuladung mit 595 Kilogramm unverändert.
Die intelligente Hochleistungs-Motorsteuerung reagiert zudem sehr differenziert auf unterschiedliche Fahrzustände und stimmt das Antriebssystem optimal auf den jeweiligen Einsatzzweck ab, so dass Kraftstoffverbrauch sowie Emissionen auf dem niedrigstmöglichen Niveau gehalten werden können.
Im Stillstand ist der Benzinmotor überwiegend abgeschaltet und verbraucht daher keinen Kraftstoff. Der elektrische Antrieb des Kältemittelverdichters und der Lenkhelfpumpe ermöglichen währenddessen die uneingeschränkte Nutzung der Klimaanlage und der Lenkkraftunterstützung. Der Komfort ist nicht beeinträchtigt und liegt auf dem hohen Niveau aller S-Klassen.
Anfahren und Beschleunigen mit sanftem Gasfuß geschehen unverändert geschmeidig und komfortabel. Wer für einen zügigen Start kräftig auf das Gaspedal tritt, kommt in den Genuss der Boostfunktion des Elektromotors und erlebt einen deutlich dynamischeren Beschleunigungsvorgang.
Bei Konstantfahrt erkennt die intelligente Elektronik die Situation, beispielsweise eine entspannte Autobahnetappe, und verschiebt automatisch den so genannten Lastpunkt des Verbrennungsmotors hin zu einem geringeren spezifischen Verbrauch und hilft damit, Kraftstoff zu sparen und Emissionen zu senken.
