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Plug-in-Hybrid, Range Extender oder Brennstoffzelle – bei den Antriebstechnologien durchzublicken ist nicht immer einfach. Diese Zusammenstellung hilft Ihnen weiter.
Benzinfahrzeuge werden von einem Ottomotor angetrieben. Bei diesem Verbrennungsprinzip saugt der Kolben Luft in den Zylinder; in aufgeladenen Motoren wird die Luft vom Turbolader oder Kompressor in die Zylinder gepresst. Der Treibstoff wird während des Ansaugvorgangs in die angesaugte Luft eingebracht – entweder ins Saugrohr oder direkt in den Brennraum. Gezündet wird das Luft-Treibstoff-Gemisch durch den Funken einer Zündkerze. Das Luft-Benzin-Verhältnis liegt über den ganzen Leistungsbereich bei rund 14,7:1 Gewichtsanteilen (Lambda = 1). Das Verdichtungsverhältnis im Ottomotor liegt bei 9:1 bis 14:1, je nach Verbrennungskonzept. Bei der Verbrennung werden Kolben und Pleuel nach unten gedrückt und versetzen die Kurbelwelle in Drehung.
Benzinmotoren gibt es seit den Anfängen des Automobilbaus, also seit rund 130 Jahren.
Ein Dieselmotor ist wie der Ottomotor eine Verbrennungsmaschine. Sein charakteristisches Merkmal ist die Selbstzündung des eingespritzten Treibstoffes in der komprimierten Verbrennungsluft. Im Gegensatz zu Benzinmotoren wird beim Dieselbrennverfahren kein Luft-Treibstoff-Gemisch, sondern ausschliesslich Luft zugeführt. Im Gegensatz zum Ottomotor ist das Luft-Treibstoff-Verhältnis im Gemisch je nach Leistungsbedarf unterschiedlich. Das Verdichtungsverhältnis im Diesel liegt bei rund 16:1 bis 17:1. Die beim Komprimieren entstehende hohe Temperatur reicht aus, um den Treibstoff zu verdampfen und das Gemisch zu zünden.
Dieselmotoren gibt es seit 1893. Der erste Dieselmotor in einem Serienauto lief 1936 im Mercedes 260D.
Ein Elektrofahrzeug ist ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Die zur Fortbewegung nötige elektrische Energie ist meistens in einer Lithium-Ionen-Batterie gespeichert, kann aber auch aus einer Brennstoffzelle stammen. Elektromotoren haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad und damit geringere Energieverluste als Verbrennungsmotoren. Das maximale Drehmoment steht bereits ab der ersten Rotorumdrehung zur Verfügung. Weil der Elektromotor beim Bremsen auch als Generator arbeitet, wandelt er Bewegungsenergie wieder in elektrischen Strom um, der sich dann in der Batterie speichern lässt und wieder für den Vortrieb genutzt werden kann (Rekuperation). Elektrofahrzeuge sind lokal emissionsfrei, CO2-Emissionen fallen jedoch in Abhängigkeit des Kraftwerktyps bei der Stromerzeugung an.
Elektromotoren trieben schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts erste Autos an.
Hybridfahrzeuge haben mindestens zwei unterschiedliche bordeigene Antriebs- und Energiespeichersysteme. Meist ist es eine Kombination von Elektro- und Verbrennungsmotor – in der Regel ein Ottomotor. Beim Antreiben arbeitet der Elektromotor alleine oder als Unterstützung des Verbrenners, beim Bremsen fungiert er als Generator, um Strom wieder der Batterie zuzuführen. Vollhybride ermöglichen sowohl rein elektrisches als auch kombiniertes Fahren. Ein Steuersystem regelt effizienzabhängig, wann welcher Antrieb zum Einsatz kommt. Bei den technisch etwas einfacheren Mildhybridsystemen funktioniert der Elektromotor lediglich unterstützend. In neueren Antriebskonzepten arbeiten 48-Volt-Starter-Generatoren effizient und vergleichsweise kostengünstig auch als Booster. Sie sind entweder als riemengetriebene Nebenaggregate oder zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe direkt in den Antriebsstrang integriert. In diversen Supersportwagen dient die Hybridisierung jedoch in erster Linie der Leistungssteigerung mit nur marginalem Mehrverbrauch.
Hybridantriebe sind zuerst von Toyota intensiv gefördert worden. 1997 erschien der erste Prius Hybrid.
Wie normale Hybridautos verfügen auch Plug-in-Hybride über eine Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor. Da sie aber mit leistungsfähigeren Lithium-Ionen-Batteriepaketen bestückt sind, können sie in der Regel 30 bis 80 km weit rein elektrisch fahren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Hybridfahrzeugen lassen sich Modelle mit Plug-in-Hybridantrieb an der Steckdose mit Strom versorgen. Die sogenannten PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicles) werden oft auch in grossen 4x4-SUV eingesetzt, um deren CO2-Emissionen in Grenzen zu halten.
Ein Range Extender ist entweder ein kleiner, zusätzlich zum Elektromotor eingebauter Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle. Der Range Extender dient jedoch nicht dem direkten Fahrzeugantrieb, sondern einzig der Stromherstellung an Bord, um die Reichweite eines Elektrofahrzeugs zu erhöhen. Er ist vom Verbrennungsmotor entkoppelt und treibt einen Generator an, der die Antriebsbatterie mit Strom versorgt.
Erdgasfahrzeuge werden von mit Erdgas betriebenen Ottomotoren bewegt. Erdgas besteht zur Hauptsache aus Methan (CH4), enthält also weniger Kohlenstoffanteile (C) als Benzin oder Diesel und erzeugt deshalb bei der Verbrennung deutlich weniger CO2. Gegenüber benzinbetriebenen Ottomotoren haben Erdgasmotoren einen CO2-Vorteil von rund 20%. Da Erdgasmotoren in modernen Personenwagen aus Reichweitegründen noch stets bivalent ausgelegt sind – also sowohl mit Benzin als auch mit Erdgas betrieben werden können –, benötigen die Autos zwei Treibstoffsysteme und zwei Tanks. Der monovalente Erdgasbetriebe könnte die Vorteile des Gases – vor allem die grosse Klopffestigkeit – noch besser nutzen. Erdgas, häufig auch abgekürzt als CNG (Compressed Natural Gas) bezeichnet, wird an Bord des Fahrzeugs unter einem Druck von 200 bar gespeichert. Zurzeit gibt es gut 140 Tankstellen in der Schweiz.Erdgasmotoren wurden bereits in den 1860er-Jahren entwickelt.
Biogas entspricht in seiner Zusammensetzung derjenigen des Erdgases und kann auch von den gleichen Fahrzeugen genutzt werden. Genau wie Erdgas besteht es hauptsächlich aus Methan. Biogas wird durch die Vergärung von Biomasse hergestellt. Es wird in Biogasanlagen hergestellt, wozu Abfälle oder nachwachsende Rohstoffe vergoren werden. Eine Alternative zu Biogas stellt das synthetische Erdgas dar. Dazu wird mit Wind- und Solarstrom aus Wasser Sauerstoff und Wasserstoff hergestellt, der danach mit CO2 zu Methan, also Erdgas, umgewandelt werden kann.
Autogas wird auch als Flüssiggas LPG (Liquefied Petroleum Gas) bezeichnet und wird wie Erdgas im Ottomotor eingesetzt. Flüssiggas besteht aus Propan und Butan und lässt sich unter geringem Druck verflüssigen. LPG-Fahrzeuge werden in einigen Ländern von den Autoherstellern ab Werk angeboten oder von Spezialisten nachträglich für den LPG-Betrieb umgebaut. In der Schweiz dagegen wurden mehrere Versuche zur Lancierung von LPG gestartet. Der Durchbruch gelang jedoch nicht, weil weder die Kosten- noch die Umweltvorteile wirklich gross sind.
Brennstoffzellenfahrzeuge sind Elektrofahrzeuge, die den Strom für den Antriebsmotor nicht aus einer Batterie, sondern aus einer Brennstoffzelle beziehen. In der Brennstoffzelle wird aus Sauerstoff und Wasserstoff elektrischer Strom erzeugt. Das Fahrzeug wird mit Wasserstoff unter einem Druck von 350 oder 700 bar betankt. Als Abfallprodukt der Stromerzeugung in der Brennstoffzelle entsteht einzig Wasser.
Brennstoffzellen-Personenwagen wurden serienmässig zuerst von japanischen und koreanischen Herstellern angeboten.