Malo istorije - kako se razvijao Toyotin hibridni pogon?

Već neko vrijeme vodimo C-HR u redakciji. Svaki dan cijenimo prednosti hibridnog pogona u gradu, ali neko vrijeme smo se pitali koliko je daleko Hybrid Synergy Drive otišao prije nego što je došao do najnovijeg modela? Ako ste i vi zainteresovani, čitajte dalje.

Da li ste se ikada zapitali dokle je stigla istorija hibridnih pogona? Suprotno izgledu, ova vrsta izuma nije domen zadnjih decenija. Prvi patent za pogonski sistem koji koristi motor sa unutrašnjim sagorevanjem i električni motor pripadao je Williamu H. Pattonu, a pojavio se ... pre 128 godina! Ovaj patent je razvio Patton Motor Car, hibridni pogon koji se koristio za pogon tramvaja i malih lokomotiva. Godine 1889. stvoren je prototip, a osam godina kasnije serijska verzija lokomotive prodata je željezničkoj kompaniji.

Godinu dana ranije, Phaeton se pojavio na cestama prije proizvodnje Pattonove žičare. Ne, ne ovaj Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Vjerovatno prvi hibridni automobil, odnosno invalidska kolica, u istoriji. Na brodu je bio 6,5-litarski 2-cilindrični motor sa unutrašnjim sagorevanjem, kao i električni motor. Zamajac je također djelovao kao dinamo koji je punio bateriju. Armstrong Phaeton je već povratio energiju od kočenja, ali na malo drugačiji način od današnjih hibrida. Elektromotor se koristio za pogon lampi i pokretanje motora s unutrašnjim sagorijevanjem, a možda to ne bi bilo iznenađujuće da nije za 16 godina nadmašio Cadillacov automatski starter.

Zainteresovani? Šta kažete na 3-brzinski poluautomatski mjenjač? Zupčanici se nisu morali potpuno mijenjati ručno. Mnogo prije nego što su sinkronizatori izumljeni i tehnika dvostrukog kvačila zaboravljena, električni motor je automatski aktivirao kvačilo prilikom promjene brzina. Međutim, Armstrong Phaeton motor je bio... previše snažan. Stalno je oštećivao drvene točkove, što je naknadno eliminisano dodavanjem pojačanja na točkove.

Ferdinand Porsche je takođe imao svoje zasluge u istoriji automobila. Lohner-Porsche Mixte Hybrid je bilo vozilo koje je u kasnijim verzijama pokretano električnim motorima, po jedan za svaki točak. Ovi motori su bili napajani baterijama i obrtnim momentom motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ovo vozilo moglo je prevoziti do četiri osobe i kretati se samo na struju ili samo pomoću motora sa unutrašnjim sagorevanjem.

Zvuči sjajno? Ne u potpunosti. Mixte baterije su se sastojale od 44 ćelije od 80 volti i bile su teške 1,8 tona. Karike nisu bile jako jake, pa su bile zatvorene u odgovarajuću kutiju i okačene na opruge. Međutim, ovo je sama baterija i dodajmo joj puno elektromotora. Izum Lohnera i Porschea težio je više od 4 tone. Iako sa današnje tačke gledišta to izgleda kao potpuna greška, Mixte je naterao mnoge inženjere na razmišljanje. Na primjer, oni iz Boeinga i NASA-e, koji su vrlo pažljivo proučavali ovaj aparat. Sa efektima, jer je LRV koji su koristile misije Apollo 15, 16 i 17 za obilazak Mjeseca imao mnoga rješenja preuzeta iz Lohner-Porsche Mixte hibrida.

Istorija hibrida je prilično duga, pa idemo pravo u sadašnjost od samog početka. Hibridi kakve poznajemo postali su popularni tek kasnih 90-ih kada je Toyota Prius ušla na japansko tržište. Tada je prvi put - 1997. godine - korišten naziv "Toyota Hybrid System", koji je kasnije postao "Hybrid Synergy Drive". Kako su izgledale pojedine generacije?

Prvi Toyota Prius - Toyotin hibridni sistem

Već znamo da ideja o hibridnom automobilu nije nova. Međutim, trebalo je više od 100 godina da ovaj koncept postane zaista popularan. Toyota Prius je bio prvi masovno proizveden hibridni automobil. Možda su zato svi hibridi jasno povezani sa Priusom. Ali pogledajmo tehnička rješenja.

Iako je proizvodnja Priusa počela 1997. godine, ovaj dio prodaje bio je samo za japansko tržište. Izvoz na druga tržišta, uglavnom u SAD, počeo je tek 2000. godine. Međutim, izvozni model NHW11 je malo nadograđen od svog prethodnika (NHW10).

Ispod haube japanskog hibrida nalazio se 1.5 VVT-i motor s promjenjivim tempom ventila, koji je radio po Atkinsonovom ciklusu. Pretpostavke su bile manje-više iste kao i sada - benzinski motor podržavala su dva elektromotora - jedan je radio kao generator, a drugi pokretao točkove. Planetarni zupčanik, koji je služio kao kontinuirano varijabilni CVT prijenos, bio je odgovoran za ispravnu raspodjelu rada motora.

Nije to bio baš brz auto, sa snagom od 58 KS. i 102 Nm pri 4000 o/min. Stoga je ubrzanje bilo prilično skromno, kao i maksimalna brzina od 160 km/h. Ono što me veselilo je niska potrošnja goriva, koja je u prosjeku mogla pasti ispod 5 l/100 km.

U verziji NHW11, većina komponenti je poboljšana kako bi se pružile bolje performanse. Snaga elektromotora povećana je za 3 kW, a obrtni moment za 45 Nm. Smanjeni su mehanički gubici i smanjena buka. Maksimalna brzina motora je takođe povećana za 500 o/min.

Prvi Prius, međutim, nije bio bez mana – nije bio tako pouzdan kao današnji modeli, bilo je problema sa pregrijavanjem baterija, a neke električne komponente (kao što je elektromotor) su bile preglasne.

Prius II, ili Hybrid Synergy Drive

Godine 2003. pojavio se još jedan Prius sa drugom generacijom THS motora. Prvo se zvao Hybrid Synergy Drive. Prije nego što krenemo u pogon, vrijedno je spomenuti ikonski oblik. Nije nastao od nule i čak ima svoje ime - "Kammbak". Razvio ga je 30-ih aerodinamički inženjer Wunibald Kamm. Karoserija sa visokim, izrezanim leđima je aerodinamičnija, nema turbulencija iza automobila.

Dok je radila na drugoj generaciji Priusa, Toyota je registrovala čak 530 patenata. Iako je koncept kao takav bio sličan THS drajvu, jedino su u HSD-u mogućnosti disk sistema pravilno iskorišćene. Potencijal elektromotora i motora sa unutrašnjim sagorevanjem je izjednačen, za razliku od ranije ideje koja je bila povećanje snage motora sa unutrašnjim sagorevanjem kako bi se povećala produktivnost. Drugi Prius je krenuo i ubrzao dijelom uz pomoć elektromotora. Snaga električnog dijela pogona je povećana za 50%.

Ova generacija je također doživjela uvođenje električnog kompresora klima uređaja koji nije zahtijevao motor s unutarnjim sagorijevanjem za hlađenje ili grijanje unutrašnjosti. Tako je ostalo do danas. Prius je takođe dobio lakše NiMH baterije 2003. godine. Broj ćelija je smanjen, a gustina elektrolita je povećana. Također, u ovom modelu je prvi put uveden EV način rada koji vam omogućava da vozite samo na elektromotor.

Lexus je razvio vlastite varijante pogonskog sklopa ove generacije. Godine 2005. postavio je još jedan elektromotor na zadnju osovinu i tako stvorio hibrid sa pogonom na sve točkove. Treći motor je radio nezavisno od komande prednjoj osovini - iako je, naravno, upravljao kontrolerom koji reguliše obrtni moment i diferencijal brzine.

Prvi Lexus GS 450h i LS 600h pokazali su kako HSD može raditi zajedno sa snažnim motorima i pogonom na stražnje kotače. Ovaj sistem je bio još složeniji - posebno u oblasti prenosa. Planetarni mjenjač Ravigneaux sa četiri osovine, dvije spojke koje mijenjaju omjer prijenosa drugog motora u odnosu na kotače - nije bilo jasno ulaziti u detalje. To bi trebalo da objasni mašinski inženjer.

Hybrid Synergy Drive III

Dolazimo do pretposljednje generacije hibridnog pogona. Tu se dogodila prava revolucija. Zamenjeno 90% delova. Motor sa unutrašnjim sagorevanjem povećao je radnu zapreminu na 1.8 litara, ali su elektromotori smanjeni. Snaga je povećana na 136 KS, dok je potrošnja goriva smanjena za 9%. U ovoj generaciji smo mogli odabrati način vožnje - normalan, ekološki i dinamičan.

HSD ima fiksni omjer prijenosa, tako da je planetarni zupčanik, iako sličan CVT-u, nešto sasvim drugo. Spoljni prsten zupčanika je MG2 motor, sunčani zupčanik je MG1 motor, a ICE je povezan "planetama". Vozač može nekako uticati na rad motora sa unutrašnjim sagorevanjem i elektromotora, ali pedala gasa služi samo za komunikaciju sa računarom. Kažemo kako bismo hteli da ubrzamo, a kompjuter će izračunati kakvi su uslovi na putu i kako najefikasnije kombinovati rad elektromotora i motora sa unutrašnjim sagorevanjem.

Toyota C-HR ili HSD IV

Četvrta generacija pogona pojavila se ... u četvrtoj generaciji Priusa. Međutim, on je već uspio zaživjeti u drugim modelima - na primjer, u C-HR. Kvartet se uvelike oslanja na HSD III, ali iz njega izvlači još više uz manju potrošnju goriva. Međutim, "više" ne znači snagu, jer je smanjena na 122 KS.

Prije svega, poboljšane su karakteristike punjenja baterija - novi hibridi su u stanju apsorbirati velike doze energije za kraće vrijeme. Inverter ima poseban sistem hlađenja i zauzima 30% manje prostora. Planetarni zupčanik zamijenjen je cilindričnim. Cijeli mjenjač je redizajniran tako da stvara 20% manje otpada.

Summary

Videli smo delove Toyotinog puta do vozila koja kombinuju prednosti električnih motora sa raznovrsnošću motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Međutim, ne mijenja se sam disk. Koncept hibridnog automobila se takođe menja. Ovaj je odavno prestao biti Prius i ulazi u automobile koji izgledaju malo konvencionalnije. Hibridi postepeno postaju dio svakodnevnog života. Vidimo ih svuda u velikim gradovima. 

Jedna od njih je Toyota C-HR, koja će se svidjeti onima koji se žele kretati gradom u zanimljivom crossoveru, ali cijene nisku potrošnju goriva i bešumnost. Raste i svijest o potrebi smanjenja zagađenja – i iako automobili ovdje nisu izvor svih zala, oni su dio toga, tako da se nešto mora učiniti po tom pitanju. Toyota bilježi značajan rast prodaje hibridnih vozila iz godine u godinu. Ne zahvaljujući Priusu – zahvaljujući automobilima poput Aurisa ili C-HR – i dalje dostupnim u novčaniku, u uobičajenom pakovanju, već sa poboljšanim pogonom, čija je dodatna vrijednost dokazana pouzdanost.

Kada je sledeća generacija? Ne znamo. Vjerovatno ćemo sačekati još nekoliko godina. Međutim, pogonski sklop najnovijih Toyotinih hibrida već dostiže nevjerovatno visok nivo sofisticiranosti.