Acht Prozent Kraftstoffersparnis durch Toyota Optimal Drive

Preisgekrönter 1,4-Liter D-4D Dieselmotor profitiert vom Eco-Konzept

(PresseBox) (Köln, ) Im Zuge der Toyota Optimal Drive Maßnahmen zur Reduzierung der CO2-Emssionen haben die Techniker auch den 1,4-Liter D-4D mit Common-Rail-Einspritzung gründlich überarbeitet. Ziel ist es, auch bei konventionell eingesetzten Verbrennungsmotoren Verbrauch und Schadstoffausstoß weiter zu minimieren. Dazu bietet dieser 66 kW/ 90 PS Dieselmotor beste Voraussetzungen. Bei dem ohnehin schon leichten Aluminium-Zylinderblock konnte durch weiteren Feinschliff das Gewicht von 123 auf 119 Kilogramm reduziert werden. Damit ist er ein echtes Leichtgewicht unter den Selbstzündern.

Technisch stammt der Vierzylinder vom Verbrennungsmotor des Prius ab, der zwar Benzin statt Diesel in Vortrieb umsetzt, aber von vorne herein auf möglichst hohe Kraftstoffeffizienz ausgelegt wurde. Details, wie die um 12 Millimeter aus der Mitte versetzte Kurbelwelle, hat er mit dem Prius-Motor gemeinsam. Dadurch ergibt sich ein optimales Verhältnis zwischen Pleuelwinkel und Kurbelwelle genau in dem Moment des höchsten Verbrennungsdrucks. Das sorgt zusammen mit dem langen Hub für ein hohes Drehmoment. Zusätzlich reduziert dieser Versatz die innermotorische Reibung, weil sich der Kolben unter Druck nicht an einer Zylinderseite "anlehnt", wie es bei mittiger Platzierung der Kurbelwelle passieren würde. Damit die "Pump"- und damit Verlustarbeit des Motors reduziert werden konnte, wurde die Verdichtung von 17,9 auf 16,5:1 gesenkt und die Kolbenringvorspannung verringert.

Die punktgenaue Einspritzung von Kraftstoff erfolgt nun über Piezo-Injektoren. Gegenüber den bislang verwendeten Magnetspulen-Injektoren bietet ein Piezo-Kristall einen Geschwindigkeitsvorteil. Es reagiert unmittelbar auf Spannung und kann deshalb bis zu fünf Einspritzvorgänge für einen einzigen Verbrennungsvorgang umsetzen. Außerdem spritzt dieser Injektor, statt 1 Kubikmillimeter Minimalmenge, jetzt nur noch 0,35 Kubikmillimeter Treibstoff ein. Wenn diese kleine Menge sich entzündet, kommen nacheinander weitere Einspritzvorgänge in das bereits brennende Gemisch. So verläuft die Verbrennung leiser, gleichmäßiger und auch sauberer, weil der Kraftstoff Zeit hat, sich mit der Luft besser zu vermischen. Es entstehen weniger Schadstoffe und Ruß. Die unvermeidlichen restlichen Rußpartikel werden jetzt in einem geregelten Vollstrom-Partikelfilter (DPF) aufgefangen und nachverbrannt. Auch hier leisten die Piezo-Injektoren ihren Beitrag. Sie ermöglichen es, eine gezielte Dosis Kraftstoff nach dem Verbrennungstakt einzuschießen. Dieser unverbrannte Diesel entzündet sich im heißen Abgas und regeneriert die Russpartikel im DPF.

Zur Drehmomenterhöhung sorgt jetzt ein Turbolader mit variabler Leitschaufelgeometrie, der bereits bei niedrigen Motordrehzahlen eine hohe Ladeleistung erzeugt. Die Verstellung der Laderschaufeln erfolgt über einen elektronisch geregelten Schrittmotor. So wird der Ladedruck präzise auf den jeweiligen Betriebspunkt abgestimmt. Im Zuge der Motorenentwicklung stieg die Leistung von ursprünglich 55 kW/ 75 PS auf heute 66 kW/ 90 PS und das maximale Drehmoment von 170 Newtonmeter über 190 Nm auf heute 205 Nm, die von 1.800 Umdrehungen bis 2.800 Umdrehungen bereit stehen.

Wie auch bei den Toyota-Optimal-Drive Benzinmotoren kommt eine wassergekühlte Abgasrückführung zum Einsatz. Beim Diesel werden dem Verbrennungstakt bis zu 50 Prozent der Abgase zugeführt, während es beim Ottomotor nur etwa 20 Prozent sind. Die Abgasrückführung wird nun über einen Elektroschrittmotor geregelt. Das erlaubt eine präzisere Dosierung des zurückgeführten Abgasanteils. Diese Beimischung in den Verbrennungstakt trägt zu einer weicheren Verbrennung bei und reduziert zudem die Stickstoffemission.

Die Thermik des Motors wurde ebenfalls optimiert. Ein Kunststoffeinsatz im Motorblock sorgt dafür, dass das Kühlwasser besser verteilt wird und sich der Motor schneller aufwärmt. Am unteren Ende des Totpunkts entsteht während des Arbeitstakts am wenigsten Wärme. Dadurch bleibt das Öl an dieser Stelle etwas zäher als weiter oben im Brennraum. Der Kolben muss zusätzliche mechanische Arbeit verrichten, um den erhöhten Widerstand des zäheren Öls zu überwinden. Nun wird in diesem Bereich des Zylinders weniger Kühlwasser zugeführt als am oberen Ende. Das Öl erwärmt sich gleichmäßiger und die Reibung sinkt. Der Motor erreicht nun schneller seine Betriebstemperatur und läuft somit auch länger in seinem besten Wirkungsbereich. Zusätzlich verwendet Toyota nun beschichtete Kolben, um die innermotorische Reibung weiter zu verringern.

Den 1.4 D-4D-Dieselmotor setzt Toyota in den Modellen iQ, Yaris, Auris und Urban Cruiser ein. Im Yaris wurde durch die Toyota-Optimal-Drive-Maßnahmen eine Verbrauchsreduzierung um 0,3 Liter auf 4,2 Liter realisiert. Insgesamt stieg die Kraftstoffeffizienz um zehn Prozent. Gleichzeitig sank der CO2-Ausstoß um neun Gramm auf 110 g/km.

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