Hybridtechnologie schließt die Lücke zwischen Verbrennungsmotor und vollelektrischem Antrieb

Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde vom Engine Technology Forum in Auftrag gegeben und mit Genehmigung von PowerProgress.com veröffentlicht.

Der Verbrennungsmotor (ICE) ist seit Jahrzehnten eine unverzichtbare Antriebsquelle für Straßen- und Geländefahrzeuge. Als eigenständiger Fahrzeugantrieb steht der ICE weiterhin für Nachhaltigkeit und ist zugleich ein geschätzter Partner für eine wachsende Zahl von Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEV).

„Hybridtechnologien bieten eine praktische Lösung zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen bei vielen verschiedenen Fahrzeugtypen“, so Allen Schaeffer, Geschäftsführer des Engine Technology Forum , einer gemeinnützigen Organisation, die sich für Verbrennungsmotoren, deren Lieferanten und Kraftstoffproduzenten einsetzt.

In jedem großen Mobilitätssektor – Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge und Geländefahrzeuge – gibt es Veteranen mit Verbrennungsmotor, Hybrid-Neulinge und Hybrid-Außenseiter.

Der Toyota Prius der fünften Generation (2025) ist mit der fünften Generation des Toyota Hybrid Systems (THS) ausgestattet. Das THS kommt auch im Toyota Prius PHEV zum Einsatz. (Foto: Toyota)

Personenkraftwagen

„Toyota baut seit über 25 Jahren Hybridfahrzeuge, und das aus gutem Grund. Wir hatten den Antrieb und das Bedürfnis, den CO2-Ausstoß auf den Straßen zu reduzieren“, sagte Dante Boutell, Vizepräsident für Powertrain Control bei Toyota Motor North America in Ann Arbor, Michigan.

Mit seinem Debüt im Jahr 1997 auf dem japanischen Markt wurde der Toyota Prius zum weltweit ersten in Serie produzierten Hybrid-Elektroauto. Der Prius des Modelljahres 2025 nutzt das Toyota Hybrid System (THS) der fünften Generation. „Die erste, zweite und dritte Generation des THS haben enorme technologische Fortschritte gebracht“, sagte Boutell. Weitere Verbesserungen, darunter die Reduzierung von Größe und Gewicht des Hybridsystems, waren Kennzeichen der vierten und fünften Generation. „Wir arbeiten an einer weiteren THS-Generation.“

Im Jahr 2024 verkauften Automobilhersteller in den USA mehr als 12,9 Millionen Personenkraftwagen mit Verbrennungsmotor. Der Absatz von Hybrid-Pkw erreichte 2024 mit über 1,6 Millionen Einheiten den höchsten branchenweiten US-Absatz. Seit 2021 sind die Hybridverkäufe laut Daten des US-Verkehrsministeriums im Aufwärtstrend.

Der anhaltende Anstieg der Hybridverkäufe ermöglichte eine Investition von 88 Millionen Dollar in eine zusätzliche Produktionslinie im Toyota-Montagewerk in West Virginia. Die neue Linie wird Hybrid-Transaxles der nächsten Generation für Toyota- und Lexus-Fahrzeuge produzieren. Der Produktionsstart des Antriebssystems, das die Kraft nahtlos zwischen Verbrennungsmotor, Elektromotor und Rädern überträgt, ist für Ende 2026 geplant.

Ein Blick unter die Motorhaube des Toyota Prius Hybrid 2025. (Foto: Toyota)

Toyotas mehrgleisiger Ansatz für Elektrofahrzeuge konzentriert sich auf vollelektrische, Hybrid- und Plug-in-Hybridfahrzeuge. PHEVs werden ausschließlich mit Elektroantrieb, ausschließlich mit Verbrennungsmotor oder einer Hybridkombination aus beidem betrieben. Im Gegensatz zu HEVs können PHEVs an einer externen Steckdose angeschlossen werden, um die Hochvoltbatterien aufzuladen.

„Im Jahr 2023 lag der Absatz von Elektrofahrzeugen von Toyota in den USA bei 29 %. Dieser Wert stieg 2024 auf 43 % und wird 2025 voraussichtlich 50 % erreichen. Das sind also große Fortschritte zwischen 2023 und 2025“, sagte Boutell.

Hybrid-Elektro-Pkw haben sich im Laufe der Jahre dramatisch verändert – sowohl technologisch als auch im Fahrerlebnis. „Vor 25 Jahren waren Hybride etwas eigenartig zu fahren. Das Bremsen war nicht so sanft wie bei einem normalen Fahrzeug. Man spürte, wie der Motor an- und ausging, und die Beschleunigung reichte manchmal nicht ganz aus“, erklärte Boutell.

Das Fahrerlebnis ist heute ganz anders. „Es ist jetzt sehr ruhig und komfortabel, was die Einführung von Hybrid-Elektrofahrzeugen begünstigt. Und bei höheren Stückzahlen spielt auch die Größe eine Rolle, sodass sich die Kosten eines Hybrid-Pkw nicht wesentlich von denen eines rein verbrennungsmotorischen Fahrzeugs unterscheiden“, sagte Boutell.

Wie Toyota und viele andere Pkw-Hersteller bietet Hyundai sowohl Modelle mit reinem Verbrennungsmotor als auch Elektroantriebe an. „Kunden müssen nicht auf Leistung verzichten, um sparsamer oder umweltbewusster zu sein, denn unser neues Hybridsystem bietet deutlich mehr PS und geringere Abgasemissionen als vergleichbare Modelle mit Verbrennungsmotor“, sagte John Shon, Senior Manager für Produktplanung bei Hyundai America.

Schnittansicht des Hybridsystems der nächsten Generation von Hyundai, das im SUV Palisade 2026 debütiert. (Foto: Hyundai)

Der Hyundai Palisade 2026 mit einem 2,5-Liter-Turbo-Vierzylinder-Hybrid-Elektrosystem soll im Vergleich zum 3,5-Liter-V6-Modell 40 PS mehr leisten. „Das neue Hybridsystem sorgt für einen niedrigen Kraftstoffverbrauch. Bei bestimmten Fahrzeugmodellen liegt der Verbrauch um 12 bis 13 mpg höher, also um etwa 40 bis 50 Prozent“, sagte Shon.

Als großes SUV mit drei Sitzreihen wird der Palisade 2026 das erste Modell mit Hyundais Hybridsystem der nächsten Generation sein. Hyundai bietet Hybridtechnologie in den USA seit 2012 an, als die Mittelklasselimousine Sonata die erste Hybridtechnologie des Herstellers vorstellte. „Für den Palisade wollten wir ein robusteres Hybridsystem. Daher verfügt dieses System der zweiten Generation über einen zweiten Elektromotor, um das Hybridsystem weiterzuentwickeln und zu verbessern“, sagte Shon.

Nutzfahrzeuge

Für das Modelljahr 2025 stellte Isuzu Commercial Truck of America, Inc. sein erstes vollelektrisches Fahrzeug vor. Neben dem vollelektrischen Mittellast-Lkw NRR-EV bietet Isuzu in den USA auch Nutzfahrzeuge mit Verbrennungsmotor an, die mit Benzin (leichte Schwerlast-Lkw der N-Serie) oder Diesel (leichte Schwerlast-Lkw der N-Serie und mittelschwere Schwerlast-Lkw der F-Serie) betrieben werden.

Nutzfahrzeugmodelle der Isuzu F-Serie. (Foto: Isuzu)

Die Antriebsoptionen sind für Kunden wichtig. „Vieles hängt vom Einsatzzweck des Lkw ab. Wir haben Kunden, die sich ausschließlich für Elektrifizierung interessieren, und andere, die nur konventionelle Verbrennungsmotoren in Betracht ziehen. Und es gibt Kunden, die beides – rein elektrisch und rein mit Verbrennungsmotor – in ihrer Flotte wünschen“, sagte Jeff Marsee, Geschäftsführer des Isuzu Technical Center of America in Plymouth, Michigan.

Die heutigen Isuzu-Lkw mit Verbrennungsmotor in den USA erfüllen die aktuellen NOx-Vorgaben der US-Umweltschutzbehörde (EPA) von 200 mg NOx. „Unser Unternehmen arbeitet intensiv daran, die neuen Niedrig-NOx-Standards der EPA für die 50 Bundesstaaten bis 2027 und später zu erfüllen“, so Marsee. Die laufende Entwicklungsarbeit konzentriert sich auf einen zukünftigen Motor, der hauptsächlich in leichten Nutzfahrzeugen der Klassen 4 und 5 zum Einsatz kommt. „Wir wollen mit unserem Niedrig-NOx-Motor eine um 80 % höhere Reduzierung gegenüber dem aktuellen NOx-Standard erreichen“, so Marsee.

Neben der Erfüllung gesetzlicher Emissionsvorschriften spielte auch die Kundennachfrage eine Rolle bei der Motorentwicklung. „Wir haben Kunden, die umweltfreundlicher sein wollen und gleichzeitig einen geringeren Kraftstoffverbrauch und niedrigere Gesamtbetriebskosten wünschen“, so Marsee. Obwohl der in der Entwicklung befindliche Motor derzeit auf Dieselmotoren ausgerichtet ist, „ist langfristig eine Anwendung für mehrere Kraftstoffe geplant“, so Marsee.

Die Ingenieure von Cummins arbeiten an zwei Dieselmotoren für mittelschwere Lkw. Die Motoren basieren auf der HELM-Motorstrategie (High Efficiency, Low Emissions) von Cummins.

Der 15-Liter-Erdgasmotor X15N war Cummins‘ erster Serienmotor auf Basis der HELM-Plattform. (Foto: Becky Schultz)

„Die neuen 7,2-Liter- und 10-Liter-Dieselmotoren werden eine vergleichbare oder sogar bessere Leistung in Bezug auf Leistung und Drehmoment als die aktuellen Motoren bieten. Sie werden zudem deutlich weniger Treibhausgasemissionen verursachen und einen geringeren Kraftstoffverbrauch aufweisen als die aktuellen Motoren“, sagte Jim Nebergall, Executive Director of Market Strategy bei Cummins Inc. Beide Motoren werden 2027 auf den Markt kommen, zeitgleich mit den neuen EPA-Emissionsvorschriften für mittelschwere und schwere Lkw.

Die HELM-Strategie unterstreicht die Flexibilität. „Unsere Motoren könnten Diesel sein – der weltweit meist bevorzugte Kraftstoff – oder gasförmige Brennstoffe wie Erdgas oder Wasserstoff“, sagte Nebergall.

Der 15-Liter-Erdgasmotor X15N war Cummins‘ erster Serienmotor auf Basis der HELM-Plattform. „Wir sind von diesem Motor sehr begeistert, denn er ist der erste echte Erdgasmotor mit Dieselleistung. Er bewältigt die im Schwerlast-Fernverkehr üblichen Gewichte“, sagte Nebergall. Der X15N-Erdgasmotor debütierte 2024, ein 15-Liter-Dieselmotor folgt 2027.

Geländefahrzeuge

„Der Sektor, der am schwierigsten zu elektrifizieren ist – ob Hybrid oder vollelektrisch – ist der Off-Highway-Bereich, und zwar allein schon wegen des Leistungsbedarfs der Geräte im Off-Highway-Bereich im Vergleich zum Leistungsbedarf eines Straßenfahrzeugs oder eines Überland-Lkw“, sagt Nick Block, Director of Global Marketing & Sales bei John Deere Power Systems.

Der 744 X-Tier von John Deere erledigt Aufgaben in einem Steinbruch und auf einer Zuschlagstoff-Baustelle. (Foto: John Deere)

Geländefahrzeuge, die für optimale Leistung mindestens 130 PS benötigen, eignen sich laut Block ideal für die Hybridisierung. Große Traktoren, Mähdrescher und Feldspritzen sind Beispiele für Fahrzeuge mit mindestens 130 PS für landwirtschaftliche Zwecke. Im Baugewerbe zählen Radlader und Planierraupen zu den Fahrzeugen mit 130 PS oder mehr.

„Auf der Grundlage der aktuellen Batterietechnologie glauben wir, dass Geländefahrzeuge unter 130 PS effektiv vollständig elektrifiziert werden können“, sagte Block.

Der hybridelektrische Bulldozer 850 X-Tier von John Deere kam Anfang 2025 bei den Händlern in Nordamerika, Europa und Asien an. Ebenfalls im Jahr 2025 war Afrika der erste Markt mit dem hybridelektrischen Radlader 744 X-Tier von John Deere.

„Je nach Region und Kundenwunsch bieten wir Maschinen mit Dieselmotoren und Maschinen mit Hybridantrieb an“, so Block. Vollständig batterieelektrische John Deere Traktoren sollen 2026 auf den Markt kommen.

Der John Deere 8RX Traktor ist mit dem elektrischen variablen Getriebe eAutoPowr ausgestattet, das über ein eDrive Kit bis zu 100 kW externe elektrische Leistung bereitstellt. Es ist in diesem Sputnik-Kartoffelvollernter verbaut. (Foto: John Deere)

Externe Stromversorgung ist laut Block eine weitere praktikable Möglichkeit für Hybridantriebe. Dabei wird Energie im Fahrzeug erzeugt und extern genutzt. So kann beispielsweise die vom Motor eines Traktors erzeugte Energie extern genutzt werden, um ein landwirtschaftliches Gerät, wie beispielsweise eine angebaute Erntemaschine, mit Strom zu versorgen. „Die integrierte Stromversorgung ermöglicht präzises Fahren und eine bessere Steuerung des externen Geräts oder der externen Zusatzsysteme“, so Block.

Ein neues, von Caterpillar entwickeltes System überträgt Energie auf große Elektrofahrzeuge im Bergbau. „Mit der Dynamic Energy Transfer (DET)-Lösung können Maschinen interoperabel betrieben werden, sodass sich mit dem System sowohl dieselelektrische als auch batterieelektrische und sogar hybridelektrische Lkw betreiben lassen“, sagte Krishna Kumar, Technischer Direktor der Abteilung Elektrifizierung und Energielösungen bei Caterpillar. Das System wird derzeit von Caterpillar an verschiedenen Standorten erprobt.

Das innovative DET-System integriert Schlüsselelemente, darunter ein Antriebsmodul zur Energieumwandlung aus der Stromquelle eines Bergbaustandorts, ein elektrisches Schienensystem zur Energieübertragung und ein Maschinensystem zur Energieübertragung auf den Antriebsstrang eines Bergbau-LKWs. Die DET-Infrastruktur kann individuell an die jeweilige Bergbaustandort-Gestaltung angepasst werden.

Neben dem DET-System umfasst das Produktangebot von Caterpillar sowohl diesel- als auch batterieelektrische Muldenkipper, wie beispielsweise den emissionsfreien Untertagelader R1700XE. Nahezu jede Off-Highway-Anwendung stellt einzigartige Anforderungen an Betriebszyklen und Leistung.

Caterpillars dynamisches Energieübertragungssystem auf einem Caterpillar-Vorführgelände. (Foto: Caterpillar)

„Das Wichtigste ist, dass Caterpillar seinen Kunden eine Reihe von Lösungen bietet. Es gibt keine universelle Antriebslösung“, sagte Kumar und betonte, dass der Verbrennungsmotor als primäre oder sekundäre Bordstromquelle „für einige unserer Lösungen, wie zum Beispiel Diesel- und Hybridantriebe, weiterhin verfügbar ist.“

Da die überwiegende Mehrheit der heutigen Geländefahrzeuge mit Dieselmotoren angetrieben wird, spielt der Kraftstoff eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung unerwünschter Emissionen. In den USA begrenzen die aktuellen EPA Tier 4-Standards für Geländemotoren die Menge schädlicher Abgasemissionen, insbesondere von Feinstaub (PM), Stickoxiden (NOx) und Schwefel. Obwohl gemäß Tier 4-Vorschriften für Geländefahrzeuge ausschließlich Diesel mit ultraniedrigem Schwefelgehalt für den Einsatz in Dieselmotoren vorgeschrieben ist, sind alternative Kraftstoffe aus nachhaltigen oder erneuerbaren Ressourcen eine Option.

„Unsere aktuellen Dieselmotoren können auch Biokraftstoffe/Biodiesel, HVO (hydriertes Pflanzenöl) oder andere alternative Kraftstoffe nutzen“, sagte Tanner Crook, stellvertretender Leiter der Anwendungstechnik für Antriebslösungen bei Yanmar America Corporation. Yanmar ist seit über 90 Jahren Hersteller von Dieselmotoren für die Landwirtschaft, das Baugewerbe und die Schifffahrt und entwickelt nun auch Hybrid-Elektro-Lösungen.

„Wir beobachten ein zunehmendes Interesse an Hybrid- und umweltfreundlicheren Technologien“, sagte Crook und verwies auf laufende Projekte im Off-Highway-Bereich in Nordamerika. Es ist möglich, dass zukünftige EPA-Vorschriften die NOx- und PM-Emissionen weiter begrenzen. Sollte die CARB weitere Änderungen ihrer Off-Highway-Emissionsnormen vorschlagen, könnte die schrittweise Einführung dieser Vorschriften bereits 2029 beginnen.

Schaeffer spricht über die Zukunft moderner Verbrennungsmotoren. Neue politische Maßnahmen in den USA könnten den Weg für eine stärkere Fokussierung auf Verbrennungsmotoren ebnen.

Ausblick für ICE und HEV

Yanmar sorgt mit der Ankündigung eines Hybrid-Elektro-Konzepts für Sportboote Anfang 2025 für Aufsehen. Die Projektingenieure verwendeten einen bestehenden, von Yanmar entwickelten Motor und schufen durch die Ergänzung eines Lithium-Ionen-Akkus, eines Elektromotors und eines Wechselrichters ein Hybridsystem. Ein Vorteil: Das Antriebssystem des Bootes kann auf Wunsch ausschließlich mit Elektromotor betrieben werden und somit keine Abgasemissionen verursachen.

„Yanmars YF12e-Hybridsystem markiert einen grundlegenden Wandel im Schiffsantrieb. Es verbindet saubere Elektromobilität mit der Zuverlässigkeit traditioneller Dieselmotoren und definiert Komfort und Nachhaltigkeit auf dem Wasser neu“, sagte Crook, der nicht direkt am Hybridprojekt beteiligt war. Er fügte hinzu: „Als Teil von Yanmars umfassendem Engagement für die Dekarbonisierung in allen Produktbereichen legt diese Innovation den Grundstein für eine Zukunft, in der Hybrid- und Elektrotechnologien sowohl im Freizeit- als auch im kommerziellen Schiffssektor Standard sind.“

Der 6,7-Liter-Wasserstoff-Verbrennungsmotor von Cummins wird als Antriebsquelle für eine Flotte von Sattelschleppern von Tata Motors dienen, die auf regionalen Strecken unterwegs sind. Abgebildet ist der Tata Prima H.55S. (Foto: Reuters/Rahul Singh)

Wasserstoff erlangte durch das Projekt Brunel große Aufmerksamkeit. Das mehrjährige Projekt wurde von der britischen Regierung kofinanziert und endete im März 2025. Cummins und Technologiepartner entwickelten einen 6,7-Liter-Wasserstoff-Verbrennungsmotor. „Dieser Motor ist der Eckpfeiler eines Projekts, das noch in diesem Sommer in Indien starten wird“, sagte Nebergall von Cummins.

Der 6,7-Liter-Wasserstoff-Verbrennungsmotor wird als Antriebsquelle für eine Flotte von Sattelschleppern von Tata Motors dienen, die auf regionalen Strecken unterwegs sind. „Dieser 6,7-Liter-Motor erfüllt die Leistungs- und Geschwindigkeitsanforderungen für den Antrieb schwerer Sattelschlepper auf den Interstate Highways in Indien“, sagte Nebergall.

Die indische Regierung unterstützt das Projekt mit Fördermitteln. „Wasserstoff ist ein CO2-freier Kraftstoff, daher entsteht kein CO2 aus dem Auspuff des Lkws“, sagte Nebergall und fügte hinzu: „Indien ist sehr an Wasserstoff als Kraftstoff interessiert, um energieunabhängig zu sein und den CO2-Ausstoß zu reduzieren.“

Die aus dem Indien-Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden weltweit Wellen schlagen. „Wir befinden uns noch in der Anfangsphase, aber wir gehen davon aus, dass wir unsere Erkenntnisse auf verschiedene Märkte übertragen können, sobald diese über eine ausgereifte Wasserstoffinfrastruktur verfügen“, sagte Nebergall.

Branchenkenner betrachten Hybridfahrzeuge als Brückentechnologie zur vollelektrischen Mobilität. „Diese Brücke wird meiner Meinung nach immer länger. Obwohl sie als Brückentechnologie gilt, wird sie uns noch lange erhalten bleiben“, sagte Boutell von Toyota.

Ob es sich nun um Hybridtechnologie für Kleinstwagen oder sehr preisgünstige Autos handelt oder um Hybridtechnologie gepaart mit einem Turbomotor, einem Motor mit flexiblem Kraftstoffverbrauch oder einem wasserstoffbetriebenen Motor: „Es wird noch Jahrzehnte lang irgendeine Art von Hybridtechnologie geben“, prognostizierte Boutell.