Toyota Prius

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Der Toyota Prius ist ein Pkw-Modell des japanischen Automobilherstellers Toyota, bei dem ein Hybrid Synergy Drive genannter Benzin/Elektro-Hybridantrieb zum Einsatz kommt. Die erste Generation dieses Fahrzeugs kam in Japan Ende 1997 auf den Markt und war im Marktsegment der Kompaktklasse angesiedelt. Die größere und mit Schrägheck gestaltete zweite Generation wurde Ende 2003 vorgestellt und zählt zur unteren Mittelklasse. Seit Frühjahr 2009 wurde er weltweit in der dritten Modellgeneration verkauft. Der Verkauf der vierten Generation startete in Deutschland im Februar 2016. Der Toyota Prius war das erste Großserienmodell mit eingebautem Hybridantrieb. Durch die Kombination eines Benzinmotors mit zwei Elektromotoren wird in Verbindung mit einer strömungsgünstigen Karosserieform ein niedriger Benzinverbrauch erreicht.

Nach Werksangaben lag 2004 der Normverbrauch im europäischen Fahrzyklus beim Prius II bei 4,3 Litern Superbenzin, beim Prius III von 2009 bei 3,9 Litern und beim Prius IV von 2016 bei 3,3 Litern pro 100 Kilometer. Anders als reine Elektroautos kann der Prius elektrische Energie nur in den Plug-In-Hybrid-Varianten auch aus dem Stromnetz beziehen. Die Traktionsbatterie, beim Prius ein Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, wird während der Fahrt über den Generator vom Verbrennungsmotor und per Rekuperation – durch Energierückgewinnung beim Bremsen und im Schubbetrieb – geladen. Der Ladezustand der Traktionsbatterie und der Energiefluss werden dem Fahrer auf einem zentralen Display angezeigt. Um eine lange Lebensdauer der Traktionsbatterie zu ermöglichen, wird diese weder vollständig aufgeladen noch voll entladen. Hybridautos wie der Prius verfügen über ein automatisches Energiemanagement-System, das selbstständig entscheidet, welcher Motor wann und wie eingesetzt wird: Beim Anfahren und bei geringer Beschleunigung des Fahrzeuges sowie beim Rückwärtsfahren wird der Prius, wenn der Ladezustand der Traktionsbatterie ausreicht, ausschließlich durch die Elektromotoren angetrieben. Er verbraucht in diesen Phasen kein Benzin. Bei Stop-and-Go-Verkehr wird der Benzinmotor zum Beschleunigen meistens gestartet, jedoch automatisch wieder abgeschaltet, sobald das Gas weggenommen wird.

Das automatische Abschalten des Benziners erfolgt in der Regel auch beim Bergabfahren, Bremsen oder Ausrollen. Erst wenn der Ladestand der Batterie unter ein gewisses Mindestniveau fällt, wird der Benzinmotor in diesen Phasen nicht mehr abgeschaltet. Die Taste „EV“ (Electric Vehicle) verhindert das agile Starten des Verbrennungsmotors. Bei der nicht Plug-In-Version beträgt die rein elektrische Reichweite, wenn der Benzinmotor manuell abgeschaltet wird, bei voller Traktionsbatterie maximal zwei Kilometer bei 50 km/h oder vier Kilometer bei 25 km/h. Auch kann der Verbrennungsmotor ohne Komfortverlust immer dann abgeschaltet werden, wenn er nur mit schlechtem Wirkungsgrad betrieben werden könnte, also bei geringer oder ohne Lastanforderung (Leerlauf) oder Bergab. Segeln – das Fahren bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor – kann der Prius III bis ca. 70 km/h, der Prius IV bis 110 km/h. Der Prius ist teilweise Drive-by-Wire-gesteuert: Die elektrohydraulische Bremse, der Wählhebel für den Fahrmodus und das Gaspedal wirken vollständig über elektronische Steuerungen. Für die Bremsen existiert zusätzlich ein hydraulisches Notfallsystem für den Fall, dass die Fahrzeugelektrik ausfällt.

Alle Nebenverbraucher, die auch beim Fahren mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor benötigt werden, haben elektrische Antriebe: eine Klimaanlage mit variabler Drehzahl, die Servolenkung und eine zusätzliche elektrische Wasserpumpe. Eine herkömmliche Lichtmaschine benötigt der Prius nicht, da beide elektrischen Antriebsmotoren auch als Generator fungieren können. Die Batterie für das 12-Volt-Bordnetz wird über eine Ladeelektronik aus der Traktionsbatterie geladen. Der bis einschließlich Prius II noch vorhandene Keilriemen trieb lediglich die Hauptwasserpumpe an. Der Prius III hat keine Riemenantriebe mehr. Die Klimaanlage verwendet einen 3-Phasen-Drehstrommotor, um den Scrollverdichter anzutreiben. Der Scrollverdichter – der die Effizienz des Systems erhöht – kann so unabhängig vom Benzinmotor flexibel betrieben werden. Das Öl, das mit dem Klimagas verwendet wird, durchströmt auch den Bereich des Verdichters mit den Motorwicklungen und muss deshalb einen hohen Isolationswiderstand haben. Deshalb wird ein spezielles Öl (ND11) verwendet. Die Klimaanlage des Prius darf daher nicht mit Geräten gewartet werden, mit denen PAG-Öle verarbeitet werden. Gemäß SAE J2843 muss das Öl im Kreislauf eine PAG-Kontamination von unter 0,1 % aufweisen; 1 % PAG-Öl führt zu einem Abfall des Isolationswiderstandes um den Faktor von etwa 10.[3] Die Kontamination des Systems mit PAG-Öl hätte dann den Defekt des Klimakompressors zur Folge. Auf die Batterie und die anderen Komponenten des Hybridantriebs gewährte Toyota beim Prius der zweiten Generation eine Garantie von acht Jahren oder 160.000 km Laufleistung. Für den ab Juni 2009 erhältlichen Prius der dritten Generation gelten in Deutschland fünf Jahre oder 100.000 km für den Hybridantrieb, in den USA aber weiterhin die früheren Garantiebedingungen. Die erste Generation des Prius (NHW10) wurde Ende 1997 in Japan auf den Markt gebracht.

Die Modelle der ersten Generation werden auch als Prius I bezeichnet, während das direkte Nachfolgemodell NHW20 die Bezeichnung Prius II trägt. Alle Generationen unterscheiden sich in den verwendeten Komponenten der Hybridtechnik. Im Dezember 1997 begann der Verkauf der ersten Generation des Toyota Prius in Japan. Der Benzinmotor verfügte über eine Leistung von 43 kW (58 PS), der Elektromotor 30 kW (40 PS). Die Batterie war eine Baugruppe, die die Wagenbreite ausfüllte und bestand noch aus herkömmlichen runden Batteriezellen. Der Toyota Prius war das erste Großserienmodell mit Hybridantrieb. Mitte 2000 wurde eine überarbeitete Version des Prius (NHW11) eingeführt, die auch außerhalb von Japan vermarktet wurde. Ende 2003 erschien ein neuer Prius, der sich sowohl im Aussehen als auch in der Technik von den Vorgängern unterschied. Die Scheinwerfer sind weiter nach oben gezogen, das Heck wurde zu einem Schrägheck umgestaltet. Das THS ist dem als Hybrid Synergy Drive (HSD) vermarkteten THS-II gewichen. Im Herbst 2005 wurde ein dezentes Facelift durchgeführt. Der in den USA vermarktete Prius unterscheidet sich in technischen Details zu dem im Rest der Welt verfügbaren Modell. So ist dieser mit einem CHSS (engl. Abkürzung für Coolant Heat Storage System) ausgestattet. Vor dem Start wird der Benzinmotor durch das im Speicher gehaltene warme Kühlwasser angewärmt, wodurch die emissionsreiche Warmlaufphase verkürzt wird. Aufgrund des in den USA nicht angewandten Gasrückführungs- und Gaspendelsystems ist der Benzintank wie beim NHW11 mit einer flexiblen Blase ausgestattet, die Verdunstungsemissionen minimiert. An den Hinterrädern sind die US-Modelle mit Trommelbremsen ausgerüstet, die für die begrenzte Höchstgeschwindigkeit ausreichend sind.

Die europäischen Prius können – entsprechende Bedingungen vorausgesetzt – zusätzlich vom Benutzer per Tastendruck ausgelöst in den EV-Modus wechseln, in dem das Auto ausschließlich mit Hilfe elektrischer Energie aus dem NiMH-Akku bewegt wird. Automatisch tut der Wagen das immer dann, wenn die Steuerung es für sinnvoll hält. Der Benzinmotor arbeitet mit Ventilsteuerzeiten, bei denen die Einlassventile erst sehr spät schließen und dadurch ein Teil des Gemischs wieder in den Ansaugtrakt zurückbefördert wird. Daher kann der Motor trotz eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses von 13:1 mit normalem Superbenzin betrieben werden. Das Atkinson-Zyklus genannte Verfahren erhöht den Wirkungsgrad. Der Prius verfügt über ein leistungsverzweigtes Getriebe, bei dem über ein Planetengetriebe die Kräfte des Benzinmotors und der Elektromotoren auf die Vorderräder verteilt werden. Das Übersetzungsverhältnis und damit die Drehzahl des Benzinmotors werden mit Hilfe des Generators und der Elektromotoren rein elektrisch und vollkommen stufenlos geregelt. Das Beschleunigungsverhalten entspricht daher einem Auto mit stufenlosem Getriebe (CVT). Der Normverbrauch für den Prius II beträgt laut Werksangaben 4,3 Liter bleifreies Superbenzin pro 100 km Strecke, dies hat eine CO₂-Emission von 104 g/km zur Folge. Im sogenannten „CO₂-Marathon“ ermittelte der ADAC einen Praxisverbrauch von 5,8 l/100 km, was eine CO₂-Emission von etwa 136 g/km bedeutet, womit er bezüglich CO₂-Effizienz am besten abschnitt. Die im „Ecotest“ auf dem ADAC-Prüfstand gemessene CO₂-Emission betrug 119 g/km, der Verbrauch lag bei 5,02 l/100 km. Die Verbrennung eines Liters Benzin erzeugt etwa 2360 g CO₂. Im Rahmen der North American International Auto Show stellte Toyota im Januar 2009 die dritte Generation des Toyota Prius vor. Dieser kam am 18. Mai 2009 auf den japanischen Markt. Bis zum Februar 2010 wurden mehr als 300.000 Exemplare in mehr als 60 Ländern verkauft.

In Japan war es 2009 das meistverkaufte Fahrzeug. Das Hybridsystem wurde zu 90 Prozent neu entwickelt, wodurch es um 20 Prozent leichter wurde. Das Gesamtgewicht des Fahrzeugs liegt allerdings – abhängig von der gewählten Ausstattung – etwa 70 kg über dem des Vorgängers. Toyota begründet dies mit Änderungen an der Karosserie, um die Crashsicherheit zu verbessern. Elektrik- und Elektronik-Komponenten wurden neu entwickelt. Der mit einem neuen Kühlsystem ausgestattete Spannungswandler wurde leichter und die Effizienz der Leistungselektronik verbessert. Der neu entwickelte 4-Takt-Motor (Typ 2ZR-FXE) wird weiterhin im Atkinson-Prozess betrieben und leistet statt vorher 58 kW nun 73 kW, was eine von 82 kW auf 100 kW (etwa 136 PS) gesteigerte Systemleistung ergibt. Durch die Vergrößerung des Hubraums auf 1,8 Liter wurde das Drehzahlniveau und damit der Verbrauch insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten gesenkt. Die Abgaswärme wird zur Erwärmung der Motorkühlflüssigkeit verwendet, was die Dauer der Kaltlaufphase und damit den Kraftstoffverbrauch verringert. Der Motor hat keinen Keilriemen mehr, auch die Kühlwasserpumpe wird elektrisch angetrieben. Der das Fahrzeug hauptsächlich antreibende Elektromotor MG 2 leistet statt vormals 50 kW nun 60 kW und wurde leichter. Das Drehmoment dieses Elektromotors wurde von 400 auf 207 Nm reduziert; jedoch wurde das Drehzahlniveau verdoppelt und der Elektromotor mit einem integrierten Untersetzungsgetriebe ausgestattet. Es stehen vier Fahrmodi zur Verfügung: Rein elektrisch, Standard, Eco und Power.

Das Design wurde nur maßvoll verändert, so dass der Prius auch weiterhin auf den ersten Blick erkennbar ist. Die Karosserie bietet den Fondpassagieren u. a. durch Umgestaltung der Rückenlehnen und der Dachlinie mehr Platz. Eine geänderte Form der Ni-MH-Akkus vergrößert den Kofferraum. Radstand und Höhe des Fahrzeugs sind unverändert geblieben. Verbesserungen der Aerodynamik wurden u. a. durch die Verkleidung des Unterbodens erzielt. In Verbindung mit dem neu entwickelten Hybridsystem konnte trotz der Leistungssteigerung der Durchschnittsverbrauch im US-Verbrauchszyklus von vormals 5,1 l/100 km auf 4,7 l/100 km (50 MPG) gesenkt werden. Der Verbrauch im „neuen europäischen Fahrzyklus“ (NEFZ) liegt bei 3,9 l/100 km (innerorts: 3,9 l; außerorts: 3,7 l). Als Option ist für den Prius ZVW30 ein Solar-Schiebedach verfügbar. Es ermöglicht eine Belüftung des stehenden Fahrzeugs bei starker Sonneneinstrahlung, ohne dass das Hybridsystem eingeschaltet sein müsste. Der 'Toyota Prius Plug-in Hybrid' (oder 'Prius PHV') basiert auf der III Toyota Prius (XW30) Plattform und ist im Gegensatz zum Standard Prius (1,3 kWh NiMH Akku), zwecks verbesserter Fähigkeit zur Energierückgewinnung mit einem 4,4-kWh-Lithium-Ionen-Akkumulator ausgestattet. Gegenüber dem normalen Prius III mit seiner rein elektrischen Höchstgeschwindigkeit von etwa 48 km/h, reicht das elektrische Geschwindigkeitsband des PHV von 0 bis 85 km/h. Darüber hinaus unterstützt der über ein Planetengetriebe an den Antriebsstrang gekoppelte Benzinmotor nahtlos den Fahrzeugvortrieb des PHV bis zu seiner Höchstgeschwindigkeit von etwa 185 km/h. Bei der Serienversion des Prius Plug-in ist die der Tankklappe gegenüberliegende Fahrzeugseite mit einer Ladebuchse zum Anschluss eines 230-Volt-Ladekabels ausgerüstet. Die übliche maximale Ladezeit (Laden ist an jeder mit mindestens 10 A abgesicherten 230 V-Haushaltssteckdose möglich) beträgt maximal 1,5 Stunden.

Der Prius PHV verfügt durch seinen vergrößerten Akku und der Fähigkeit des Li-Ionen-Akku zur Schnellladung über eine wesentlich bessere Fähigkeit zur Energierückgewinnung bei längeren Bergabfahrten. Laut Toyota beträgt der CO2-Ausstoß des PHV 49 g CO2/km, wodurch der Prius Plug-in trotz geringerer elektrischer Reichweite als 50 km in die deutsche Fahrzeugklasse für gesetzliche Erleichterungen für Hybride und Elektroautos fällt. Die Prius Plug-in Ladebuchse (Generell US-Typ-1) ist über ein handelsübliches Adapterkabel, Anschluss (und Signal) kompatibel mit dem europäischen 400 Volt Typ-2 Elektroauto-Ladestandard. Neuere CCS- oder CHAdeMO-Gleichstrom-Ladesäulen werden hingegen vom Prius Plug-in nicht unterstützt. Im Gegensatz dazu kann jeder Prius Plug-in über sein mitgeliefertes Toyota-Ladekabel an üblichen 10 Ampere Haushaltssteckdosen in ca. 90 Minuten vollgeladen werden. Toyota präsentierte auf der IAA in Frankfurt im September 2009 die auf der dritten Generation des Prius-Vollhybrid basierende Plug-in-Hybrid-Variante, den Prius Plug-in Hybrid. Die Akkukapazität wurde von 1,3 auf 4,4 kWh erhöht, was auch das Fahrzeuggewicht aufgrund des verbauten Lithium-Akkus um 60 kg (von 1445 auf 1505) erhöht. 2010 startete Toyota damit ein Leasingprojekt mit über 600 Fahrzeugen weltweit, davon etwa 200 in Europa (davon wiederum 20 in Deutschland) und in einem Großversuch in Straßburg (100 Prius Plug-in Hybrid, 150 Ladestationen). Die Serieneinführung erfolgte im Oktober 2012. Auf der Internationalen Automobil-Ausstellung im September 2015 präsentierte Toyota erstmals die vierte Generation des Prius. Der Preis stieg gegenüber dem Vorgängermodell um 1.300 € auf 28.150 € an.

Es ist das erste Modell von Toyota, das auf der neuen Plattform TNGA (Toyota New Global Architecture) aufbaut. Mit einem cw-Wert von 0,24 hat die vierte Generation einen der niedrigsten seiner Klasse. Die Karosserie ist um 60 % steifer als die des Vorgänger-Modells. Das beim Prius III eingeführte System, bei dem die Wärme der Abgase für eine schnellere Heizung des kalten Motors verwendet wird, wurde verbessert. Daneben kommt erstmals auch eine Kühlerjalousie zum Einsatz, die eine Anströmung des Kühlers in der Warmlaufphase unterbindet. Die Kühlung des Motors wurde durch einen veränderten Verlauf der Kühlmittelleitungen optimiert. Veränderte Luftführungen bewirken eine effizientere Befüllung der Brennkammern mit einer daraus resultierenden optimierten Verbrennung. Reibungsverluste werden durch veränderte Bauteile und durch die Verwendung eines besonders niederviskosen Schmiermittels um 20 % verringert. Durch diese Maßnahmen wird ein thermischer Wirkungsgrad von 40 % (gegenüber 38,5 % beim Prius III) erzielt. Elektrische Verluste konnten durch Verbesserungen an der Leistungselektronik ebenfalls um 20 % verringert werden. Abmessungen, Gewicht und Wirkungsgrad der Leistungselektronik sowie der Motorgeneratoren wurden verringert. Die Energiedichte des Akkus wurde erhöht und sein Gewicht reduziert. Er ist nun unter den Rücksitzen platziert, wodurch der Kofferraum über 500 Liter fasst. Auf der New York International Auto Show im Frühjahr 2016 präsentierte Toyota die Plug-in-Hybrid-Version. Im Elektromodus erreicht sie eine Höchstgeschwindigkeit von 135 km/h, die Reichweite im elektrischen Fahrbetrieb verdoppelt sich gegenüber dem Vorgänger auf mehr als 50 Kilometer. Der kombinierte Kraftstoffverbrauch auf 100 Kilometer beträgt 1,4 Liter Super, was einem CO2-Ausstoß von 32 g/km entspricht. Wie schon im PlugIn-Vorgängermodell kommt ein Lithium-Ionen-Akkumulator zum Einsatz.

Quelle: Wikipedia

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