Egy kis történelem – hogyan fejlődött a Toyota hibridhajtása?

A C-HR-t már egy ideje működtetjük a híradóban. Nap mint nap méltányoljuk a hibridhajtás előnyeit a városban, de egy ideig azon töprengtünk, meddig jutott el a Hybrid Synergy Drive a legújabb modellig? Ha téged is érdekel, olvass tovább.

Gondolkozott már azon, meddig jutott el a hibrid hajtások története? A látszattal ellentétben ez a fajta találmány nem az elmúlt évtizedek területe. A belső égésű motort és villanymotort használó hajtásrendszer első szabadalma William H. Pattoné volt, és ez már 128 évvel ezelőtt jelent meg! Ez a szabadalom fejlesztette ki a Patton Motor Cart, egy hibrid hajtásláncot, amelyet villamosok és kis mozdonyok meghajtására használtak. 1889-ben prototípust készítettek, majd nyolc évvel később a mozdony sorozatváltozatát eladták a vasúttársaságnak.

Egy évvel korábban a Phaeton kigördült az utakra, még a Patton felvonógyártása előtt. Nem, nem ez a Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Valószínűleg az első hibrid autó, vagy inkább kerekesszék a történelemben. A fedélzeten egy 6,5 literes 2 hengeres belsőégésű motor, valamint egy villanymotor volt. A lendkerék egyben dinamóként is működött, amely az akkumulátort töltötte. Az Armstrong Phaeton már a fékezésből nyert energiát, de kicsit más módon, mint a mai hibridek. Az elektromos motort lámpák meghajtására és a belső égésű motor beindítására használták, és ez talán nem is lett volna meglepő, ha nem 16 évvel előzte meg a Cadillac automata indítóját.

Érdekelt? Mit szólnál egy 3 sebességes félautomata váltóhoz? A fogaskerekeket nem kellett teljesen kézzel cserélni. Jóval azelőtt, hogy a szinkronizálókat feltalálták és a duplakuplungos technikát feledésbe merültek, egy villanymotor automatikusan működtette a tengelykapcsolót sebességváltáskor. Az Armstrong Phaeton motor azonban… túl erős volt. Folyamatosan megrongálta a fa kerekeket, amit később a kerekek megerősítésével megszüntettek.

Ferdinand Porschének is megvoltak az érdemei az autók történetében. A Lohner-Porsche Mixte Hybrid egy olyan jármű volt, amelyet a későbbi változatokban minden kerékhez egy villanymotor hajtott. Ezeket a motorokat akkumulátorok és egy belső égésű motor nyomatéka hajtotta. Ez a jármű legfeljebb négy személy szállítására alkalmas, és csak elektromos energiával vagy csak belső égésű motorral mozoghat.

Jól hangzik? Nem teljesen. A Mixte akkumulátorok 44 db 80 voltos cellából álltak és 1,8 tonnát nyomtak. A láncszemek nem voltak túl erősek, ezért megfelelő tokba zárták és rugókra akasztották őket. Ez azonban maga az akkumulátor, és tegyük hozzá egy csomó villanymotort. Lohner és Porsche találmánya több mint 4 tonnát nyomott. Bár mai szemmel nézve teljes gyújtáskimaradásnak tűnik, a Mixte sok mérnököt elgondolkodtatott. Például a Boeing és a NASA képviselői, akik nagyon alaposan tanulmányozták ezt a készüléket. Hatásokkal, mert az LRV, amellyel az Apollo 15, 16 és 17 küldetések a Holdat megkerülték, sok megoldást a Lohner-Porsche Mixte hibridből vettek át.

A hibridek története meglehetősen hosszú, ezért a kezdetektől menjünk közvetlenül a jelenbe. Az általunk ismert hibridek csak a 90-es évek végén váltak népszerűvé, amikor a Toyota Prius megjelent a japán piacon. Ekkor használták először - 1997-ben - a "Toyota Hybrid System" nevet, amiből később "Hybrid Synergy Drive" lett. Hogyan néztek ki az egyes generációk?

Az első Toyota Prius – Toyota hibrid rendszer

Azt már tudjuk, hogy a hibrid autó ötlete nem új. Azonban több mint 100 évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy ez a koncepció igazán népszerűvé váljon. A Toyota Prius lett az első sorozatgyártású hibrid autó. Talán ez az oka annak, hogy minden hibrid egyértelműen a Priushoz kapcsolódik. De nézzük a technikai megoldásokat.

Bár a Prius gyártása 1997-ben kezdődött, az eladások ezen része csak a japán piacra irányult. Az export más piacokra, főleg az Egyesült Államokba, csak 2000-ben kezdődött. Az NHW11 exportmodellt azonban kissé továbbfejlesztették elődjéhez (NHW10) képest.

A japán hibrid motorháztetője alatt egy 1.5-ös VVT-i motor volt, változó szelepvezérléssel, amely Atkinson-cikluson működött. A feltételezések nagyjából ugyanazok voltak, mint most – a benzinmotort két villanymotor támasztotta alá – az egyik generátorként működött, a másik pedig a kerekeket hajtotta. A hajtóművek munkájának helyes elosztásáért a folyamatosan változó CVT váltóként szolgáló bolygómű volt a felelős.

Nem volt túl gyors autó, 58 LE teljesítménnyel. és 102 Nm 4000 ford./percnél. Ezért a gyorsulás meglehetősen szerény volt, akárcsak a 160 km/h-s maximális sebesség. Ami örömet okozott, az az alacsony üzemanyag-fogyasztás volt, amely átlagosan 5 l / 100 km alá eshet.

Az NHW11 változatban a legtöbb alkatrészt továbbfejlesztették a jobb teljesítmény érdekében. Az elektromos motor teljesítménye 3 kW-tal, a nyomatéka pedig 45 Nm-rel nőtt. Csökkentek a mechanikai veszteségek és csökkent a zaj. A maximális motorfordulatszám is 500 ford./perccel nőtt.

Az első Prius azonban nem volt hibátlan – nem volt olyan megbízható, mint a mai modellek, problémák voltak az akkumulátorok túlmelegedésével, és egyes elektromos alkatrészek (például az elektromos motor) túl hangosak voltak.

Prius II, vagy Hybrid Synergy Drive

2003-ban egy másik Prius jelent meg egy második generációs THS motorral. Először Hybrid Synergy Drive-nak hívták. Mielőtt belevágnánk a hajtásba, érdemes megemlíteni az ikonikus formát. Nem a semmiből keletkezett, és még saját neve is van - "Kammbak". Az 30-as években Wunibald Kamm aerodinamikai mérnök fejlesztette ki. A magas, visszavágott karosszéria áramvonalasabb, nincs turbulencia az autó mögött.

Miközben a második generációs Priuson dolgozott, a Toyota 530 szabadalmat jegyeztetett be. Bár a koncepció mint olyan hasonló volt a THS meghajtóhoz, csak a HSD-ben használták ki megfelelően a lemezrendszer képességeit. A villanymotor és a belső égésű motor potenciálja kiegyenlítődött, ellentétben a korábbi elképzeléssel, amely a belső égésű motor teljesítményének növelését jelentette a termelékenység növelése érdekében. A második Prius részben villanymotor segítségével beindult és gyorsított. A hajtás elektromos részének teljesítménye 50%-kal nő.

Ebben a generációban megjelent az elektromos klímakompresszor is, amelyhez nem volt szükség belső égésű motorra az utastér hűtéséhez vagy fűtéséhez. Ez a mai napig így maradt. A Prius könnyebb NiMH akkumulátorokat is kapott 2003-ban. A cellák száma csökkent és az elektrolit sűrűsége nőtt. Ezenkívül ebben a modellben vezették be először az EV módot, amely lehetővé teszi, hogy csak az elektromos motorral vezessen.

A Lexus kifejlesztette ennek a generációnak a hajtásláncának saját változatait. 2005-ben egy másik villanymotort épített a hátsó tengelyre, és így egy összkerékhajtású hibridet alkotott. A harmadik motor az első tengely parancsától függetlenül működött - bár természetesen a nyomatékot és a fordulatszám-különbséget szabályozó vezérlő vezérelte.

Az első Lexus GS 450h és LS 600h megmutatta, hogyan tud együtt dolgozni a HSD erős motorokkal és hátsókerék-hajtással. Ez a rendszer még bonyolultabb volt – különösen az átvitel terén. Ravigneaux bolygókerekes sebességváltó négy tengellyel, két tengelykapcsolóval, amelyek megváltoztatják a második motor áttételi arányát a kerekekhez képest - nem volt egyértelmű, hogy belemenjek a részletekbe. Ezt a gépészmérnöknek kell elmagyaráznia.

Hybrid Synergy Drive III

Elérkeztünk a hibridhajtás utolsó előtti generációjához. Itt zajlott le egy igazi forradalom. Az alkatrészek 90%-a ki lett cserélve. A belső égésű motor 1.8 literre növelte a munkatérfogatot, de az elektromos motorokat csökkentették. A teljesítmény 136 LE-re nőtt, miközben az üzemanyag-fogyasztás 9%-kal csökkent. Ebben a generációban tudtunk vezetési módot választani – normál, eco és dinamikus.

A HSD fix áttételű, így a bolygókerekes hajtómű, bár hasonlít a CVT-hez, teljesen más. A hajtómű külső gyűrűje az MG2 motor, a napkereke az MG1 motor, az ICE-t pedig "bolygók" kötik össze. A vezető valamilyen módon befolyásolhatja a belső égésű motor és a villanymotor működését, de a gázpedál csak a számítógéppel való kommunikációra szolgál. Megmondjuk, hogyan szeretnénk gyorsulni, a számítógép pedig kiszámolja, hogy milyenek az útviszonyok, és hogyan lehet a leghatékonyabban kombinálni a villanymotor és a belső égésű motor munkáját.

Toyota C-HR vagy HSD IV

A meghajtó negyedik generációja megjelent ... a Prius negyedik generációjában. Más modellekben azonban már sikerült gyökeret vernie - például a C-HR-ben. A Quartet erősen támaszkodik a HSD III-ra, de kisebb fogyasztás mellett még többet présel ki belőle. A "több" azonban nem jelent teljesítményt, ugyanis 122 LE-re csökkentették.

Mindenekelőtt az akkumulátorok töltési tulajdonságait javították – az új hibridek rövidebb idő alatt képesek nagy adag energiát felvenni. Az inverter külön hűtőrendszerrel rendelkezik, és 30%-kal kevesebb helyet foglal. A bolygókerekes fogaskereket hengeres fogaskerék váltja fel. A teljes sebességváltót újratervezték, így 20%-kal kevesebb veszteséget termel.

Összegzés

Láttuk a Toyota olyan autók felé vezető útjának részeit, amelyek egyesítik az elektromos motorok előnyeit a belső égésű motorok sokoldalúságával. Azonban nem maga a lemez változik. A hibrid autó fogalma is változik. Ez már régen nem Prius, és egyre inkább a hagyományosabbnak tűnő autókba kerül. A hibridek fokozatosan a mindennapi élet részévé válnak. A nagyvárosokban mindenhol látjuk őket. 

Az egyik a Toyota C-HR, amely azoknak fog tetszeni, akik egy érdekes crossoverben szeretnének mozogni a városban, de értékelik az alacsony üzemanyag-fogyasztást és a zajtalanságot. Egyre jobban tudatosul a környezetszennyezés csökkentésének szükségessége – és bár az autók itt nem minden rossz forrásai, mégis részei ennek, ezért tenni kell valamit ez ellen. A Toyota évről évre jelentős növekedést könyvelhet el a hibrid járművek értékesítésében. Nem a Priusnak köszönhetően – az olyan autóknak köszönhetően, mint az Auris vagy a C-HR – még mindig megfizethető a pénztárca, hagyományos csomagban, hanem olyan fejlett hajtáslánccal, amelynek hozzáadott értéke a bizonyított megbízhatóság.

Mikor jön a következő generáció? Nem tudjuk. Valószínűleg várunk még néhány évet. A legújabb Toyota hibridek hajtáslánca azonban már most hihetetlenül magas szintű kifinomultságot ér el.