Un pic de istorie - cum s-a dezvoltat motorul hibrid al Toyota?

Conducem C-HR în redacție de ceva vreme. În fiecare zi apreciem beneficiile conducerii hibride în oraș, dar pentru o vreme ne-am întrebat cât de departe a mers Hybrid Synergy Drive înainte de a ajunge la cel mai recent model? Daca si tu esti interesat, citeste mai departe.

Te-ai întrebat vreodată cât de departe a ajuns istoria unităților hibride? Contrar aparențelor, acest tip de invenție nu este domeniul ultimelor decenii și ceva. Primul brevet pentru un sistem de antrenare care folosește un motor cu ardere internă și un motor electric i-a aparținut lui William H. Patton și a apărut... înainte de acum 128 de ani! Acest brevet a dezvoltat Patton Motor Car, un grup motopropulsor hibrid care a fost folosit pentru a alimenta tramvaiele și locomotivele mici. În 1889, a fost creat un prototip, iar opt ani mai târziu versiunea de serie a locomotivei a fost vândută companiei de căi ferate.

Cu un an mai devreme, Phaeton a ieșit pe drumuri înainte de producția de telecabină a lui Patton. Nu, nu acest Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Probabil prima mașină hibridă, sau mai degrabă un scaun cu rotile, din istorie. La bord se afla un motor cu ardere internă cu 6,5 cilindri de 2 litri, precum și un motor electric. Volanul a acționat și ca un dinam care a încărcat bateria. Armstrong Phaeton a recuperat deja energie din frânare, dar într-un mod ușor diferit față de hibrizii de astăzi. Motorul electric a fost folosit pentru a alimenta lămpile și a porni motorul cu ardere internă și poate că acest lucru nu ar fi fost surprinzător dacă nu ar fi fost pentru faptul că a depășit cu 16 ani demarorul automat Cadillac.

Interesat? Ce zici de o transmisie semi-automată cu 3 trepte? Angrenajele nu trebuiau schimbate complet manual. Cu mult înainte ca sincronizatoarele să fie inventate și tehnica dublu ambreiaj să fie uitată, un motor electric acționa automat ambreiajul la schimbarea vitezelor. Cu toate acestea, motorul Armstrong Phaeton era... prea puternic. A deteriorat constant roțile din lemn, care ulterior au fost eliminate prin adăugarea de întăriri la roți.

Meritul său a avut și Ferdinand Porsche în istoria mașinilor. Lohner-Porsche Mixte Hybrid era un vehicul care, în versiunile ulterioare, era alimentat de motoare electrice, câte unul pentru fiecare roată. Aceste motoare erau alimentate de baterii și de cuplul unui motor cu ardere internă. Acest vehicul putea transporta până la patru persoane și se poate deplasa numai prin puterea electricității sau doar folosind un motor cu ardere internă.

Sună bine? Nu in totalitate. Bateriile Mixte constau din 44 de celule de 80 de volți și cântăreau 1,8 tone. Legăturile nu erau foarte puternice, așa că erau închise într-o carcasă potrivită și atârnate pe arcuri. Cu toate acestea, aceasta este bateria în sine și să adăugăm o mulțime de motoare electrice. Invenția lui Lohner și Porsche a cântărit mai mult de 4 tone. Deși din punctul de vedere de astăzi pare o rată completă, Mixte i-a pus pe gânduri pe mulți ingineri. De exemplu, cei de la Boeing și NASA, care au studiat foarte atent acest aparat. Cu efecte, pentru că LRV-ul pe care misiunile Apollo 15, 16 și 17 l-au folosit pentru a ocoli luna avea multe soluții preluate de la hibridul Lohner-Porsche Mixte.

Istoria hibrizilor este destul de lungă, așa că să trecem direct la prezent de la bun început. Hibrizii așa cum îi știm noi au devenit populari abia la sfârșitul anilor 90, când Toyota Prius a intrat pe piața japoneză. Atunci a fost folosit pentru prima dată – în 1997 – denumirea „Toyota Hybrid System”, care mai târziu a devenit „Hybrid Synergy Drive”. Cum arătau generațiile individuale?

Prima Toyota Prius - Toyota Hybrid System

Știm deja că ideea unei mașini hibride nu este nouă. Cu toate acestea, a fost nevoie de mai mult de 100 de ani pentru ca acest concept să devină cu adevărat popular. Toyota Prius a devenit prima mașină hibridă produsă în serie. Poate de aceea toți hibrizii sunt în mod clar asociați cu Prius. Dar să ne uităm la soluțiile tehnice.

Deși producția lui Prius a început în 1997, această parte a vânzărilor a fost doar pentru piața japoneză. Exporturile către alte piețe, în principal SUA, au început abia în 2000. Cu toate acestea, modelul de export NHW11 a fost ușor îmbunătățit față de predecesorul său (NHW10).

Sub capota hibridului japonez se afla un motor 1.5 VVT-i cu sincronizare variabilă a supapelor, care lucra pe ciclul Atkinson. Ipotezele erau mai mult sau mai puțin aceleași cu cele de acum - motorul pe benzină era susținut de două motoare electrice - unul funcționând ca generator, iar celălalt antrenând roțile. Angrenajul planetar, care a servit ca transmisie CVT variabilă continuu, era responsabil pentru distribuirea corectă a muncii motoarelor.

Nu era o mașină foarte rapidă, cu o putere de 58 CP. și 102 Nm la 4000 rpm. Prin urmare, accelerația a fost destul de modestă, la fel ca viteza maximă de 160 km/h. Ceea ce m-a încântat a fost consumul redus de combustibil, care în medie putea scădea sub 5 l/100 km.

În versiunea NHW11, majoritatea componentelor au fost îmbunătățite pentru a oferi performanțe mai bune. Puterea motorului electric a fost crescută cu 3 kW, iar cuplul cu 45 Nm. Pierderile mecanice au fost reduse și zgomotul a fost redus. De asemenea, turația maximă a motorului a fost mărită cu 500 rpm.

Primul Prius, însă, nu a fost lipsit de defecte - nu era la fel de fiabil ca modelele de astăzi, au existat probleme cu supraîncălzirea bateriilor, iar unele componente electrice (cum ar fi motorul electric) au fost prea tare.

Prius II sau Hybrid Synergy Drive

În 2003, a apărut un alt Prius cu un motor THS de a doua generație. A fost numit pentru prima dată Hybrid Synergy Drive. Înainte de a intra în unitate, merită menționată forma emblematică. Nu a apărut de la zero și chiar are propriul nume - „Kammbak”. A fost dezvoltat în anii 30 de inginerul aerodinamic Wunibald Kamm. Caroseria cu un spate înalt, tăiat este mai raționalizată, nu există turbulențe în spatele mașinii.

În timp ce lucra la a doua generație Prius, Toyota a înregistrat până la 530 de brevete. Deși conceptul ca atare era similar cu unitatea THS, numai în HSD capacitățile sistemului de discuri au fost utilizate în mod corespunzător. Potențialul motorului electric și al motorului cu ardere internă a fost egalat, spre deosebire de ideea anterioară, care era de a crește puterea motorului cu ardere internă pentru a crește productivitatea. Al doilea Prius a pornit și a accelerat parțial cu ajutorul unui motor electric. Puterea părții electrice a unității este crescută cu 50%.

Această generație a văzut și introducerea unui compresor electric de aer condiționat care nu necesita un motor cu ardere internă pentru răcirea sau încălzirea interiorului. Așa a rămas până astăzi. Prius a primit și baterii NiMH mai ușoare în 2003. Numărul de celule a fost redus și densitatea electrolitului a fost crescută. De asemenea, în acest model a fost introdus pentru prima dată modul EV, care vă permite să conduceți doar cu motorul electric.

Lexus a dezvoltat propriile variante ale grupului motopropulsor al acestei generații. În 2005, a aplicat un alt motor electric pe puntea spate și a creat astfel un hibrid cu tracțiune integrală. Al treilea motor a funcționat independent de comanda către puntea față - deși, desigur, era controlat de un controler care reglează cuplul și diferența de viteză.

Primele Lexus GS 450h și LS 600h au arătat cum HSD poate lucra împreună cu motoarele puternice și tracțiunea spate. Acest sistem era și mai complex – mai ales în domeniul transmisiei. Cutie de viteze planetară Ravigneaux cu patru arbori, două ambreiaje care modifică raportul de viteză al celui de-al doilea motor în raport cu roți - nu era clar să intri în detalii. Acest lucru ar trebui să fie explicat de către inginerul mecanic.

Hybrid Synergy Drive III

Ajungem la penultima generație a propulsiei hibride. Aici a avut loc o adevărată revoluție. Inlocuit 90% din piese. Motorul cu ardere internă a crescut volumul de lucru la 1.8 litri, dar motoarele electrice au fost reduse. Puterea a crescut la 136 CP, în timp ce consumul de combustibil a scăzut cu 9%. În această generație, am putut selecta un mod de condus - normal, eco și dinamic.

HSD are un raport de transmisie fix, astfel încât angrenajul planetar, deși similar cu un CVT, este ceva complet diferit. Inelul exterior al angrenajului este motorul MG2, angrenajul solar este motorul MG1, iar ICE este conectat prin „planete”. Șoferul poate influența cumva funcționarea motorului cu ardere internă și a motorului electric, dar pedala de accelerație este folosită doar pentru a comunica cu computerul. Spunem cum ne-ar plăcea să accelerăm, iar computerul va calcula care sunt condițiile drumului și cum să combine cel mai eficient lucrul motorului electric cu cel cu ardere internă.

Toyota C-HR sau HSD IV

A patra generație a motorului a apărut... în a patra generație a lui Prius. Cu toate acestea, el a reușit deja să prindă rădăcini în alte modele - de exemplu, în C-HR. Cvartetul se sprijină mult pe HSD III, dar îl strânge și mai mult cu un consum mai mic de combustibil. Totuși, „mai mult” nu înseamnă putere, deoarece a fost redusă la 122 CP.

În primul rând, caracteristicile de încărcare ale bateriilor au fost îmbunătățite - noii hibrizi sunt capabili să absoarbă doze mari de energie într-un timp mai scurt. Invertorul are un sistem de răcire separat și ocupă cu 30% mai puțin spațiu. Angrenajul planetar este înlocuit cu unul cilindric. Întreaga cutie de viteze a fost reproiectată astfel încât să genereze cu 20% mai puține pierderi.

Însumarea

Am văzut părți din călătoria Toyota către vehicule care combină beneficiile motoarelor electrice cu versatilitatea motoarelor cu ardere internă. Cu toate acestea, nu discul în sine se schimbă. Se schimbă și conceptul de mașină hibridă. Acesta a încetat de mult să mai fie un Prius și își face loc în mașini care arată puțin mai convenționale. Hibrizii devin treptat parte din viața de zi cu zi. Îi vedem peste tot în orașele mari. 

Unul dintre ele este Toyota C-HR, care va atrage cei care vor să se deplaseze prin oraș într-un crossover interesant, dar apreciază consumul redus de combustibil și zgomotul. Există, de asemenea, o conștientizare tot mai mare a necesității de a reduce poluarea - și deși mașinile nu sunt sursa tuturor relelor aici, ele fac parte din el, așa că trebuie făcut ceva în acest sens. Toyota înregistrează o creștere semnificativă a vânzărilor de vehicule hibride de la an la an. Nu datorită lui Prius - datorită mașinilor precum Auris sau C-HR - încă disponibile pe portofel, în ambalajul obișnuit, ci cu trenul de propulsie îmbunătățit, a cărui valoare adăugată este fiabilitatea dovedită.

Când este următoarea generație? Nu știm. Probabil că vom mai aștepta câțiva ani. Cu toate acestea, grupul motopropulsor al celor mai noi hibrizi Toyota atinge deja un nivel incredibil de înalt de sofisticare.