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Neuer Toyota Optimal Drive Konzernmotor
Reibungsoptimiert, leicht und sparsam
Köln. Toyota modernisiert seine Motorenpalette. Bei den kompakten Fahrzeugmodellen übernimmt nun ein neuer 1.33-Dual-VVT-i-Benzinmotor die Rolle des bisherigen 1,3-Liter, aber auch die des 1,4-Liter-Motors. Da der moderne Vierzylinder eine komplette Neuentwicklung ist, wurden bereits im Lastenheft der Konstrukteure alle Optimal Drive Maßnahmen verankert.
 © Toyota
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Ein wichtiger Baustein im Toyota Optimal Drive Baukasten ist die Reibungsreduzierung. Dazu gehört beispielsweise die um acht Millimeter aus der Mitte versetzte Kurbelwelle, so wird die Verbrennungskraft optimal auf die Kurbelwelle übertragen und nicht für die Reibarbeit des Kolbens an der Zylinderwand verschwendet. Zudem verfügt der neue Motor über reibungsoptimierte Gleitlager und speziell beschichtete Kolbenringe und Kolben. Die obere Kolbenringnut besitzt nun eine besonders gehärtete Oberfläche, um die Gleitfähigkeit des Verdichtungsringes zu verbessern. Der 1.33-Dual-VVT-i ist besonders reibungsoptimiert: das reduziert den Verbrauch.

Der zweite Baustein von Toyota Optimal Drive, die Reduzierung des Gewichts und der Baugröße, wurde ebenfalls konsequent umgesetzt. Beim neuen Konzernvierzylinder konnte der Zylinderabstand auf lediglich 7 Millimeter reduziert werden. Üblicherweise beträgt er in etwa das Doppelte. Ermöglicht wurde das durch ein besonderes Produktionsverfahren. Die Zylinderlaufbuchse wird nicht mehr in den Motor hineingepresst, sondern vom noch flüssigen Motorblockmaterial umgossen. Durch die raue Laufbuchsenaußenseite wird sie so praktisch mit dem Motorblock verzahnt. Das vergrößert die Kontaktfläche und so ist die Wärmeabfuhr zum Kühlwasser, trotz deutlich verkleinerten Abständen, gewährleistet. Für eine gleichmäßigere Temperaturverteilung sorgt außerdem ein Kunststoffeinsatz im Kühlwasserkanal rund um die Zylinder. An die im Betrieb kühleren unteren der Zylinderwände wird weniger Kühlwasser herangeführt. In der Folge erwärmt sich dieser Teil ähnlich schnell wie die heißeren, oberen Bereiche des Zylinders: das Motoröl erreicht schneller seine beste Fließfähigkeit und die Reibung sinkt.

Viel Detailarbeit steckt auch in der Konstruktion des Zylinderkopfes. Er hat ein eigenes Nockenwellengehäuse und den eigentlichen Kopf mit den Ventilen. Diese stehen in einem besonders steilen Winkel von 23,4 Grad. So konnte ein dachförmiger Brennraum realisiert werden. Zusammen mit speziellen Quetschkanten der Kolben ergibt sich ein exakt definierter Raum, in dem das zündfähige Gemisch direkt vor der Zündkerze konzentriert wird. Zusammen mit der Verdichtung von 11,5:1 sorgt diese Brennraumgestaltung für eine sehr hohe Kraftstoffeffizienz des Motors.

Erstmals setzt Toyota die intelligente vollvariable Ventilsteuerung Dual-VVT-i in einem kompakten Motor ein. Hier werden die Ventilsteuerzeiten, sowohl auf der Einlass- wie auf der Auslass-Seite, den jeweiligen Erfordernissen nach optimal geregelt. So konnte Toyota das bislang höchste Drehmoment für einen Motor dieser Hubraumklasse erzielen. Bei dem exakt 1,329 Liter großen Motor liegt der Maximalwert von 132 Newtonmeter bereits bei 3.800 Umdrehungen an und sorgt so für beste Fahrbarkeit im Autoalltag. Die Spitzenleistung stieg gegenüber dem Vorgänger um zehn Kilowatt (14 PS) an. Damit ist der 1.33-Dual-VVT-i auch der leistungsstärkste Motor dieser Kategorie, den Toyota je gebaut hat.

Um den Kraftstoffverbrauch im Kaltlauf zu verbessern, widmeten sich die Ingenieure den Besonderheiten eines Vierventilzylinderkopfes. Üblicherweise verfügt jedes der acht Einslassventile über einen eigenen Ansaugkanal. An den Wänden dieser Kanäle kondensiert der Kraftstoff im kalten Zustand. Deshalb muss unter diesen Bedingungen mehr Kraftstoff eingespritzt werden, damit der Motor sauber rund läuft. Die Toyota-Techniker haben nun die beiden Ansaugkanäle für jeweils einen Zylinder zusammen wachsen lassen. So entstand ein herzförmiger Einlassraum, in den die Einspritzventile mit jeweils acht Bohrungen den Kraftstoff fein vernebelt injizieren. Durch diese siamesische Verschmelzung reduziert sich die Gesamtoberfläche an der Kraftstoff kondensieren kann: der Verbrauch beim Kaltlauf sinkt.

Kondensation ist aber nicht in jedem Fall unerwünscht. Zur weiteren Schadstoffreduzierung ist die Kurbelgehäuseentlüftung mit einem Labyrinth versehen. Das Öl, das in diese Entlüftung mitgeführt wird, kann sich an den Gängen des Labyrinthes niederschlagen. So sinkt der Ölverbrauch und die Emissionswerte verbessern sich.

Um den Motor auch bei hohen Drehzahlen verbrauchsoptimiert betreiben zu können, setzt Toyota nun erstmalig beim Benzinmotor eine wassergekühlte Abgasrückführung ein. Die dadurch erreichte Entdrosselung funktioniert nur dann Wirkungsvoll, wenn die Abgastemperatur auf weniger als 150°C gesenkt wird, bevor es dem Brennraum wieder zugeführt wird.

Ein weiteres Highlight beim 1.33 Dual-VVT-i ist das integrierte Start-Stopp-System. Gegenüber bisherigen Lösungen zeichnet es sich durch besondere Komfortmerkmale aus. Der Zahnkranz des Motors ist nicht mehr fest mit dem Schwungrad verbunden sondern durch einen im PKW weltweit einzigartigen Freilauf getrennt. Das Anlasserritzel befindet sich nun im ständigen Eingriff mit dem Zahnkranz. Das störende Geräusch beim Einrücken des Ritzels entfällt und der Motor kann blitzschnell gestartet werden. Um die Anspringzeit weiter zu verkürzen, wird die Position von Kurbelwelle und Nockenwelle nun durch einen MRE-Sensor erfasst und bleibt bei Motorstop im Steuergerät gespeichert. Ein herkömmlicher passiver Sensor benötigt eine höhere Drehzahl um die Drehbewegung zu erfassen. Ein aktiver MRE-Sensor erkennt aber auch die kleinste Drehung des Motors. So wird die Anlasszeit annähernd halbiert. Ein deutlicher Komfortgewinn für alle Fahrzeug Insassen.

Insgesamt zeigt sich, dass die bei allen neuen PKW Modellen serienmäßigen Toyota Optimal Drive Maßnahmen, den konventionellen Verbrennungsmotor deutlich sparsamer gemacht haben. Speziell der neue 1.33 VVT-i schneidet gegenüber seinem Vorgänger min jeder Hinsicht besser ab. Er hat eine um 10 kW/14 PS höhere Leistung und emittiert trotzdem 21 Gramm CO2 weniger je Kilometer. Damit leistet das Unternehmen einen weiteren Beitrag zur Reduzierung des weltweiten CO2-Ausstoßes. In Deutschland bietet Toyota den neuen Motor bisher seit Anfang 2009 im Yaris an, jetzt folgen der modellgepflegte Auris und der neue Urban Cruiser.
Toyota

Artikel vom 01.04.2009

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