Trochu histórie – ako sa vyvíjal hybridný pohon Toyoty?

V redakcii nám už nejaký čas beží C-HR. Každý deň oceňujeme výhody hybridného pohonu v meste, no chvíľu sme boli zvedaví, ako ďaleko zašiel Hybrid Synergy Drive, kým prišiel na najnovší model? Ak vás to tiež zaujíma, čítajte ďalej.

Premýšľali ste niekedy, kam až siaha história hybridných pohonov? Na rozdiel od zdania, tento typ vynálezov nie je doménou posledných desaťročí. Prvý patent na systém pohonu využívajúci spaľovací motor a elektromotor patril Williamovi H. Pattonovi a objavil sa ... pred 128 rokmi! Tento patent vyvinul Patton Motor Car, hybridnú hnaciu sústavu, ktorá sa používala na pohon električiek a malých lokomotív. V roku 1889 vznikol prototyp a o osem rokov neskôr bola sériová verzia rušňa predaná železničnej spoločnosti.

O rok skôr vyšiel Phaeton na cesty pred výrobou lanovky Patton. Nie, nie tento Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Pravdepodobne prvé hybridné auto, či skôr invalidný vozík, v histórii. Na palube bol 6,5-litrový 2-valcový spaľovací motor, ako aj elektromotor. Zotrvačník fungoval aj ako dynamo, ktoré nabíjalo batériu. Armstrong Phaeton už rekuperoval energiu z brzdenia, no trochu iným spôsobom ako dnešné hybridy. Elektrický motor sa používal na poháňanie lámp a štartovanie spaľovacieho motora a možno by to nebolo prekvapujúce, ak by o 16 rokov predbehol automatický štartér Cadillacu.

Máte záujem? Čo poviete na 3-stupňovú poloautomatickú prevodovku? Prevodové stupne sa nemuseli meniť úplne ručne. Dávno predtým, ako boli vynájdené synchronizátory a zabudlo sa na techniku ​​dvojitej spojky, elektromotor aktivoval spojku automaticky pri zmene prevodových stupňov. Avšak motor Armstrong Phaeton bol... príliš výkonný. Neustále poškodzoval drevené kolesá, čo sa následne eliminovalo pridaním výstuh na kolesá.

Svoje zásluhy v histórii automobilov mal aj Ferdinand Porsche. Lohner-Porsche Mixte Hybrid bolo vozidlo, ktoré v neskorších verziách poháňali elektromotory, jeden pre každé koleso. Tieto motory boli poháňané batériami a krútiacim momentom spaľovacieho motora. Toto vozidlo mohlo odviezť až štyroch ľudí a pohybovať sa iba pomocou elektrickej energie alebo len pomocou spaľovacieho motora.

Znie to skvele? Nie úplne. Batérie Mixte pozostávali zo 44 80-voltových článkov a vážili 1,8 tony. Spoje neboli veľmi pevné, preto boli uzavreté vo vhodnom puzdre a zavesené na pružinách. To je však samotná batéria a k nej si pripočítajme množstvo elektromotorov. Vynález Lohnera a Porsche vážil viac ako 4 tony. Aj keď to z dnešného pohľadu vyzerá na úplný neúspech, Mixte prinútil mnohých inžinierov zamyslieť sa. Napríklad tí z Boeingu a NASA, ktorí tento aparát veľmi pozorne študovali. S efektmi, pretože LRV, ktoré používali misie Apollo 15, 16 a 17 na oblet Mesiaca, mali mnohé riešenia prevzaté z hybridu Lohner-Porsche Mixte.

História hybridov je pomerne dlhá, poďme teda od úplného začiatku rovno do súčasnosti. Hybridy, ako ich poznáme, sa stali populárnymi až koncom 90. rokov, keď Toyota Prius vstúpila na japonský trh. Vtedy sa prvýkrát – v roku 1997 – použil názov „Toyota Hybrid System“, ktorý sa neskôr stal „Hybrid Synergy Drive“. Ako vyzerali jednotlivé generácie?

Prvá Toyota Prius - Toyota Hybrid System

Už vieme, že myšlienka hybridného auta nie je nová. Trvalo však viac ako 100 rokov, kým sa tento koncept stal skutočne populárnym. Toyota Prius sa stala prvým sériovo vyrábaným hybridným automobilom. Možno aj preto sú všetky hybridy jednoznačne spojené s Priusom. Poďme sa však pozrieť na technické riešenia.

Hoci výroba Priusu začala v roku 1997, táto časť predaja bola len pre japonský trh. Vývoz na iné trhy, najmä do USA, sa začal až v roku 2000. Exportný model NHW11 bol však oproti svojmu predchodcovi (NHW10) mierne vylepšený.

Pod kapotou japonského hybridu bol motor 1.5 VVT-i s variabilným časovaním ventilov, pracujúci v Atkinsonovom cykle. Predpoklady boli viac-menej rovnaké ako teraz – benzínový motor podporovali dva elektromotory – jeden pracoval ako generátor a druhý poháňal kolesá. O správne rozloženie práce motorov sa zaslúžil planétový prevod, ktorý slúžil ako bezstupňová prevodovka CVT.

Nebolo to veľmi rýchle auto, s výkonom 58 koní. a 102 Nm pri 4000 ot./min. Zrýchlenie bolo preto skôr mierne, rovnako ako maximálna rýchlosť 160 km/h. Čo ma potešilo, bola nízka spotreba paliva, ktorá v priemere mohla klesnúť pod 5 l / 100 km.

Vo verzii NHW11 bola väčšina komponentov vylepšená, aby poskytovali lepší výkon. Výkon elektromotora sa zvýšil o 3 kW a krútiaci moment o 45 Nm. Znížili sa mechanické straty a znížila sa hlučnosť. Zvýšili sa aj maximálne otáčky motora o 500 ot./min.

Prvý Prius však nebol bez chýb – nebol taký spoľahlivý ako dnešné modely, vyskytli sa problémy s prehrievaním batérií a niektoré elektrické komponenty (napríklad elektromotor) boli príliš hlučné.

Prius II, alebo Hybrid Synergy Drive

V roku 2003 sa objavil ďalší Prius s motorom THS druhej generácie. Prvýkrát sa nazýval Hybrid Synergy Drive. Predtým, než sa pustíme do jazdy, stojí za zmienku ikonický tvar. Nevznikla od nuly a má dokonca aj svoje meno – „Kammbak“. Vyvinul ho v 30. rokoch minulého storočia aerodynamický inžinier Wunibald Kamm. Karoséria s vysokým vykrojeným chrbtom je aerodynamickejšia, za autom nevznikajú žiadne turbulencie.

Pri práci na druhej generácii Priusu si Toyota zaregistrovala až 530 patentov. Koncept ako taký bol síce podobný THS mechanike, no až v HSD boli možnosti diskového systému správne využité. Potenciál elektromotora a spaľovacieho motora sa vyrovnal, na rozdiel od skoršej myšlienky, ktorou bolo zvýšenie výkonu spaľovacieho motora pre zvýšenie produktivity. Druhý Prius sa rozbehol a zrýchlil čiastočne aj pomocou elektromotora. Výkon elektrickej časti pohonu je zvýšený o 50%.

V tejto generácii bol predstavený aj elektrický kompresor klimatizácie, ktorý nevyžadoval na chladenie alebo vykurovanie priestoru pre cestujúcich spaľovací motor. Tak to zostalo dodnes. Prius dostal v roku 2003 aj ľahšie NiMH batérie. Znížil sa počet článkov a zvýšila sa hustota elektrolytu. V tomto modeli bol tiež prvýkrát predstavený režim EV, ktorý vám umožňuje jazdiť iba na elektromotor.

Lexus vyvinul svoje vlastné varianty hnacieho ústrojenstva tejto generácie. V roku 2005 aplikoval na zadnú nápravu ďalší elektromotor a vytvoril tak hybrid s pohonom všetkých kolies. Tretí motor pracoval nezávisle od povelu prednej náprave – aj keď ho, samozrejme, ovládal ovládač, ktorý reguluje krútiaci moment a diferenciál otáčok.

Prvé Lexus GS 450h a LS 600h ukázali, ako dokáže HSD spolupracovať s výkonnými motormi a pohonom zadných kolies. Tento systém bol ešte zložitejší – najmä v oblasti prenosu. Planétová prevodovka Ravigneaux so štyrmi hriadeľmi, dvoma spojkami, ktoré menia prevodový pomer druhého motora vzhľadom na kolesá - nebolo jasné zachádzať do detailov. Toto by mal vysvetliť strojný inžinier.

Hybridný synergický pohon III

Dostávame sa k predposlednej generácii hybridného pohonu. Tu sa odohrala skutočná revolúcia. Vymenených 90% dielov. Spaľovací motor zväčšil pracovný objem na 1.8 litra, ale elektromotory boli zmenšené. Výkon vzrástol na 136 k, pričom spotreba paliva klesla o 9 %. V tejto generácii sme si mohli zvoliť jazdný režim – normálny, ekologický a dynamický.

HSD má pevný prevodový pomer, takže planétová prevodovka, aj keď je podobná CVT, je niečo úplne iné. Vonkajší krúžok ozubenia je motor MG2, centrálne koleso je motor MG1 a ICE je spojené „planétami“. Vodič môže nejakým spôsobom ovplyvňovať chod spaľovacieho motora a elektromotora, no plynový pedál slúži len na komunikáciu s počítačom. Povieme si, ako by sme chceli zrýchliť, a počítač vypočíta, aké sú podmienky na ceste a ako najefektívnejšie skĺbiť prácu elektromotora a spaľovacieho motora.

Toyota C-HR alebo HSD IV

Štvrtá generácia pohonu sa objavila ... vo štvrtej generácii Priusu. Už sa však stihol udomácniť aj v iných modeloch – napríklad v C-HR. Quartet sa výrazne opiera o HSD III, no vyžmýka z neho ešte viac s menšou spotrebou paliva. „Viac“ však neznamená výkon, ten sa totiž znížil na 122 koní.

V prvom rade sa zlepšili nabíjacie charakteristiky batérií – nové hybridy sú schopné absorbovať veľké dávky energie za kratší čas. Invertor má samostatný chladiaci systém a zaberá o 30 % menej miesta. Planétový prevod je nahradený valcovým. Celá prevodovka bola prepracovaná, takže generuje o 20 % menej odpadu.

Zhrnutie

Videli sme časti cesty Toyoty k autám, ktoré spájajú výhody elektromotorov s všestrannosťou spaľovacích motorov. Nezmení sa však samotný disk. Mení sa aj koncept hybridného auta. Tento už dávno nie je Prius a dostáva sa do áut, ktoré vyzerajú trochu konvenčnejšie. Hybridy sa postupne stávajú súčasťou každodenného života. Vidíme ich všade vo veľkých mestách. 

Jednou z nich je Toyota C-HR, ktorá osloví tých, ktorí sa chcú po meste pohybovať v zaujímavom crossoveri, no ocenia nízku spotrebu a nehlučnosť. Rastie aj povedomie o potrebe znižovania znečistenia – a hoci autá tu nie sú zdrojom všetkého zla, sú jeho súčasťou, takže s tým treba niečo robiť. Toyota zaznamenáva výrazný medziročný nárast predaja hybridných vozidiel. Nie vďaka Priusu – vďaka autám ako Auris či C-HR – stále cenovo dostupným na peňaženku, v konvenčnom balení, ale s vyspelým pohonným ústrojenstvom, ktorého pridanou hodnotou je overená spoľahlivosť.

Kedy bude ďalšia generácia? nevieme. Asi si ešte pár rokov počkáme. Pohonné ústrojenstvo najnovších hybridov Toyoty však už teraz dosahuje neskutočne vysokú úroveň sofistikovanosti.