Λίγη ιστορία - πώς αναπτύχθηκε η υβριδική κίνηση της Toyota;

Τρέχουμε το C-HR στην αίθουσα σύνταξης εδώ και λίγο καιρό. Καθημερινά εκτιμούμε τα πλεονεκτήματα της υβριδικής κίνησης στην πόλη, αλλά για λίγο αναρωτιόμασταν πόσο μακριά πήγε το Hybrid Synergy Drive πριν φτάσει στο πιο πρόσφατο μοντέλο; Αν ενδιαφέρεστε επίσης, διαβάστε.

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πόσο μακριά έχει φτάσει η ιστορία των υβριδικών κινητήρων; Σε αντίθεση με ό,τι φαίνεται, αυτός ο τύπος εφεύρεσης δεν είναι ο τομέας των τελευταίων δεκαετιών περίπου. Το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για σύστημα μετάδοσης κίνησης με κινητήρα εσωτερικής καύσης και ηλεκτροκινητήρα ανήκε στον William H. Patton, και εμφανίστηκε πριν από 128 χρόνια! Αυτό το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ανέπτυξε το Patton Motor Car, ένα υβριδικό σύστημα μετάδοσης κίνησης που χρησιμοποιήθηκε για την τροφοδοσία τραμ και μικρών ατμομηχανών. Το 1889, δημιουργήθηκε ένα πρωτότυπο και οκτώ χρόνια αργότερα η σειριακή έκδοση της ατμομηχανής πουλήθηκε στη σιδηροδρομική εταιρεία.

Ένα χρόνο νωρίτερα, το Phaeton βγήκε στους δρόμους πριν από την παραγωγή τελεφερίκ του Patton. Όχι, όχι αυτό το Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Ίσως το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο, ή μάλλον αναπηρικό αμαξίδιο, στην ιστορία. Στο σκάφος βρισκόταν ένας 6,5κύλινδρος κινητήρας εσωτερικής καύσης 2 λίτρων, καθώς και ένας ηλεκτροκινητήρας. Ο σφόνδυλος λειτουργούσε και ως δυναμό που φόρτιζε την μπαταρία. Το Armstrong Phaeton έχει ήδη ανακτήσει ενέργεια από το φρενάρισμα, αλλά με λίγο διαφορετικό τρόπο από τα σημερινά υβριδικά. Ο ηλεκτροκινητήρας χρησιμοποιήθηκε για την τροφοδοσία των λαμπτήρων και την εκκίνηση του κινητήρα εσωτερικής καύσης, και ίσως αυτό δεν θα ήταν περίεργο αν δεν υπήρχε το γεγονός ότι ξεπέρασε τον αυτόματο εκκινητή της Cadillac κατά 16 χρόνια.

Ενδιαφερόμενος? Τι θα λέγατε για ένα ημιαυτόματο κιβώτιο 3 σχέσεων; Τα γρανάζια δεν χρειάστηκε να αλλάξουν εντελώς με το χέρι. Πολύ πριν επινοηθούν οι συγχρονιστές και ξεχαστεί η τεχνική του διπλού συμπλέκτη, ένας ηλεκτροκινητήρας ενεργοποίησε αυτόματα τον συμπλέκτη όταν άλλαζε ταχύτητες. Ωστόσο, ο κινητήρας Armstrong Phaeton ήταν… πολύ δυνατός. Κατέστρεφε συνεχώς τις ξύλινες ρόδες, κάτι που στη συνέχεια εξαλείφθηκε προσθέτοντας οπλισμούς στους τροχούς.

Ο Ferdinand Porsche είχε επίσης την αξία του στην ιστορία των αυτοκινήτων. Το Lohner-Porsche Mixte Hybrid ήταν ένα όχημα που, σε μεταγενέστερες εκδόσεις, κινούνταν με ηλεκτροκινητήρες, έναν για κάθε τροχό. Αυτοί οι κινητήρες τροφοδοτούνταν από μπαταρίες και τη ροπή ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης. Αυτό το όχημα μπορούσε να μεταφέρει έως και τέσσερα άτομα και να κινείται μόνο μέσω ηλεκτρικής ενέργειας ή μόνο με κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Ακούγεται υπέροχο; Οχι τελείως. Οι μπαταρίες Mixte αποτελούνταν από 44 στοιχεία 80 volt και ζύγιζαν 1,8 τόνους. Οι κρίκοι δεν ήταν πολύ δυνατοί, έτσι έκλεισαν σε κατάλληλη θήκη και κρεμάστηκαν σε ελατήρια. Ωστόσο, αυτή είναι η ίδια η μπαταρία και ας προσθέσουμε πολλούς ηλεκτρικούς κινητήρες σε αυτήν. Η εφεύρεση των Lohner και Porsche ζύγιζε περισσότερους από 4 τόνους. Αν και από τη σημερινή σκοπιά μοιάζει με μια πλήρη αστοχία, ο Mixte έβαλε πολλούς μηχανικούς σε σκέψεις. Για παράδειγμα, εκείνοι από την Boeing και τη NASA, που μελέτησαν πολύ προσεκτικά αυτή τη συσκευή. Με εφέ, γιατί το LRV που χρησιμοποιούσαν οι αποστολές Apollo 15, 16 και 17 για να περιφέρουν το φεγγάρι είχαν πολλές λύσεις που ελήφθησαν από το υβριδικό Lohner-Porsche Mixte.

Η ιστορία των υβριδίων είναι αρκετά μεγάλη, οπότε ας πάμε κατευθείαν στο παρόν από την αρχή. Τα υβριδικά όπως τα ξέρουμε έγιναν δημοφιλή μόνο στα τέλη της δεκαετίας του '90, όταν το Toyota Prius εισήλθε στην ιαπωνική αγορά. Τότε ήταν που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά -το 1997- το όνομα «Toyota Hybrid System», το οποίο αργότερα έγινε «Hybrid Synergy Drive». Πώς έμοιαζαν οι επιμέρους γενιές;

Πρώτο Toyota Prius - Toyota Hybrid System

Γνωρίζουμε ήδη ότι η ιδέα ενός υβριδικού αυτοκινήτου δεν είναι καινούργια. Ωστόσο, χρειάστηκαν περισσότερα από 100 χρόνια για να γίνει πραγματικά δημοφιλής αυτή η ιδέα. Το Toyota Prius έγινε το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο μαζικής παραγωγής. Ίσως αυτός είναι ο λόγος που όλα τα υβρίδια συνδέονται ξεκάθαρα με το Prius. Ας δούμε όμως τις τεχνικές λύσεις.

Αν και η παραγωγή του Prius ξεκίνησε το 1997, αυτό το τμήμα των πωλήσεων αφορούσε μόνο την ιαπωνική αγορά. Οι εξαγωγές σε άλλες αγορές, κυρίως στις ΗΠΑ, ξεκίνησαν μόλις το 2000. Ωστόσο, το εξαγωγικό μοντέλο NHW11 έχει αναβαθμιστεί ελαφρώς από τον προκάτοχό του (NHW10).

Κάτω από το καπό του ιαπωνικού υβριδικού ήταν ένας κινητήρας 1.5 VVT-i με μεταβλητό χρονισμό βαλβίδων, που λειτουργούσε στον κύκλο Atkinson. Οι υποθέσεις ήταν λίγο πολύ οι ίδιες όπως είναι τώρα - ο βενζινοκινητήρας υποστηρίχθηκε από δύο ηλεκτροκινητήρες - ο ένας λειτουργούσε ως γεννήτρια και ο άλλος κινούσε τους τροχούς. Το πλανητικό γρανάζι, το οποίο χρησίμευε ως ένα συνεχώς μεταβαλλόμενο κιβώτιο ταχυτήτων CVT, ήταν υπεύθυνο για τη σωστή κατανομή της εργασίας των κινητήρων.

Δεν ήταν πολύ γρήγορο αυτοκίνητο, με απόδοση 58 ίππων. και 102 Nm στις 4000 σ.α.λ. Επομένως, η επιτάχυνση ήταν μάλλον μέτρια, όπως και η μέγιστη ταχύτητα των 160 km/h. Αυτό που με ικανοποίησε ήταν η χαμηλή κατανάλωση καυσίμου, η οποία κατά μέσο όρο μπορούσε να πέσει κάτω από τα 5 l / 100 km.

Στην έκδοση NHW11, τα περισσότερα εξαρτήματα έχουν βελτιωθεί για να παρέχουν καλύτερη απόδοση. Η ισχύς του ηλεκτροκινητήρα έχει αυξηθεί κατά 3 kW και η ροπή κατά 45 Nm. Οι μηχανικές απώλειες έχουν μειωθεί και ο θόρυβος έχει μειωθεί. Οι μέγιστες στροφές του κινητήρα έχουν επίσης αυξηθεί κατά 500 σ.α.λ.

Το πρώτο Prius, ωστόσο, δεν ήταν χωρίς ελαττώματα - δεν ήταν τόσο αξιόπιστο όσο τα σημερινά μοντέλα, υπήρχαν προβλήματα με την υπερθέρμανση των μπαταριών και ορισμένα ηλεκτρικά εξαρτήματα (όπως ο ηλεκτροκινητήρας) ήταν πολύ δυνατά.

Prius II, ή Hybrid Synergy Drive

Το 2003, ένα άλλο Prius εμφανίστηκε με κινητήρα THS δεύτερης γενιάς. Ονομάστηκε για πρώτη φορά Hybrid Synergy Drive. Πριν μπούμε στην κίνηση, αξίζει να αναφέρουμε το εμβληματικό σχήμα. Δεν προέκυψε από το μηδέν και έχει ακόμη και το δικό του όνομα - "Kammbak". Αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 30 από τον αεροδυναμικό μηχανικό Wunibald Kamm. Το αμάξωμα με ψηλό, κομμένο πίσω μέρος είναι πιο βελτιωμένο, δεν υπάρχουν αναταράξεις πίσω από το αυτοκίνητο.

Ενώ εργαζόταν στη δεύτερη γενιά Prius, η Toyota κατοχύρωσε έως και 530 πατέντες. Αν και η ιδέα αυτή καθαυτή ήταν παρόμοια με τη μονάδα THS, μόνο στο HSD χρησιμοποιήθηκαν σωστά οι δυνατότητες του συστήματος δίσκων. Οι δυνατότητες του ηλεκτροκινητήρα και του κινητήρα εσωτερικής καύσης εξισώθηκαν, σε αντίθεση με την προηγούμενη ιδέα, που ήταν να αυξηθεί η ισχύς του κινητήρα εσωτερικής καύσης για να αυξηθεί η παραγωγικότητα. Το δεύτερο Prius ξεκίνησε και επιτάχυνε εν μέρει με τη βοήθεια ενός ηλεκτροκινητήρα. Η ισχύς του ηλεκτρικού τμήματος του ηλεκτροκινητήρα αυξάνεται κατά 50%.

Αυτή η γενιά είδε επίσης την εισαγωγή ενός ηλεκτρικού συμπιεστή κλιματισμού που δεν απαιτούσε κινητήρα εσωτερικής καύσης για την ψύξη ή τη θέρμανση του εσωτερικού. Έτσι παρέμεινε μέχρι σήμερα. Το Prius έλαβε επίσης ελαφρύτερες μπαταρίες NiMH το 2003. Ο αριθμός των κυψελών έχει μειωθεί και η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη έχει αυξηθεί. Επίσης, σε αυτό το μοντέλο εισήχθη για πρώτη φορά η λειτουργία EV, η οποία σας επιτρέπει να οδηγείτε μόνο στον ηλεκτροκινητήρα.

Η Lexus ανέπτυξε τις δικές της παραλλαγές του συστήματος μετάδοσης κίνησης αυτής της γενιάς. Το 2005, εφάρμοσε έναν άλλο ηλεκτροκινητήρα στον πίσω άξονα και έτσι δημιούργησε ένα υβριδικό σύστημα κίνησης σε όλους τους τροχούς. Ο τρίτος κινητήρας λειτουργούσε ανεξάρτητα από την εντολή στον μπροστινό άξονα - αν και, φυσικά, ελεγχόταν από έναν ελεγκτή που ρυθμίζει τη ροπή και το διαφορικό ταχύτητας.

Τα πρώτα Lexus GS 450h και LS 600h έδειξαν πώς το HSD μπορεί να συνεργαστεί με ισχυρούς κινητήρες και κίνηση στους πίσω τροχούς. Αυτό το σύστημα ήταν ακόμη πιο περίπλοκο - ειδικά στον τομέα της μετάδοσης. Πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων Ravigneaux με τέσσερις άξονες, δύο συμπλέκτες που αλλάζουν την σχέση μετάδοσης του δεύτερου κινητήρα σε σχέση με τους τροχούς - δεν ήταν σαφές να μπω σε λεπτομέρειες. Αυτό πρέπει να το εξηγήσει ο μηχανολόγος μηχανικός.

Hybrid Synergy Drive III

Φτάνουμε στην προτελευταία γενιά της υβριδικής κίνησης. Εδώ έγινε μια πραγματική επανάσταση. Αντικαταστάθηκε το 90% των ανταλλακτικών. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης αύξησε τον όγκο εργασίας στα 1.8 λίτρα, αλλά οι ηλεκτροκινητήρες μειώθηκαν. Η ισχύς αυξήθηκε στους 136 ίππους, ενώ η κατανάλωση καυσίμου μειώθηκε κατά 9%. Σε αυτή τη γενιά, μπορέσαμε να επιλέξουμε μια λειτουργία οδήγησης - κανονική, οικολογική και δυναμική.

Το HSD έχει σταθερή σχέση μετάδοσης, οπότε το πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων, ενώ μοιάζει με ένα CVT, είναι κάτι εντελώς διαφορετικό. Ο εξωτερικός δακτύλιος του γραναζιού είναι ο κινητήρας MG2, ο ήλιος είναι ο κινητήρας MG1 και το ICE συνδέεται με "πλανήτες". Ο οδηγός μπορεί με κάποιο τρόπο να επηρεάσει τη λειτουργία του κινητήρα εσωτερικής καύσης και του ηλεκτροκινητήρα, αλλά το πεντάλ γκαζιού χρησιμοποιείται μόνο για την επικοινωνία με τον υπολογιστή. Λέμε πώς θα θέλαμε να επιταχύνουμε και ο υπολογιστής θα υπολογίσει ποιες είναι οι συνθήκες του δρόμου και πώς να συνδυάσουμε πιο αποτελεσματικά τη δουλειά του ηλεκτροκινητήρα και του κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Toyota C-HR ή HSD IV

Η τέταρτη γενιά του δίσκου εμφανίστηκε ... στην τέταρτη γενιά του Prius. Ωστόσο, έχει ήδη καταφέρει να ριζώσει σε άλλα μοντέλα - για παράδειγμα, στο C-HR. Το Quartet βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στο HSD III, αλλά αποσπά ακόμα περισσότερα με λιγότερη κατανάλωση καυσίμου. Ωστόσο, «περισσότερο» δεν σημαίνει ισχύς, καθώς έχει μειωθεί στους 122 ίππους.

Πρώτα απ 'όλα, τα χαρακτηριστικά φόρτισης των μπαταριών έχουν βελτιωθεί - τα νέα υβρίδια είναι σε θέση να απορροφούν μεγάλες δόσεις ενέργειας σε συντομότερο χρόνο. Ο μετατροπέας διαθέτει ξεχωριστό σύστημα ψύξης και καταλαμβάνει 30% λιγότερο χώρο. Το πλανητικό γρανάζι αντικαθίσταται από ένα κυλινδρικό. Ολόκληρο το κιβώτιο ταχυτήτων έχει επανασχεδιαστεί ώστε να δημιουργεί 20% λιγότερη σπατάλη.

Αθροιση

Έχουμε δει μέρη του ταξιδιού της Toyota προς οχήματα που συνδυάζουν τα οφέλη των ηλεκτροκινητήρων με την ευελιξία των κινητήρων εσωτερικής καύσης. Ωστόσο, δεν αλλάζει ο ίδιος ο δίσκος. Η έννοια ενός υβριδικού αυτοκινήτου αλλάζει επίσης. Αυτό εδώ και καιρό έχει πάψει να είναι Prius και μπαίνει σε αυτοκίνητα που φαίνονται λίγο πιο συμβατικά. Τα υβρίδια γίνονται σταδιακά μέρος της καθημερινότητας. Τους βλέπουμε παντού στις μεγάλες πόλεις. 

Ένα από αυτά είναι το Toyota C-HR, το οποίο θα αρέσει σε όσους θέλουν να κυκλοφορούν στην πόλη με ένα ενδιαφέρον crossover, αλλά εκτιμούν τη χαμηλή κατανάλωση καυσίμου και την αθόρυβη. Υπάρχει επίσης μια αυξανόμενη επίγνωση της ανάγκης μείωσης της ρύπανσης - και ενώ τα αυτοκίνητα δεν είναι η πηγή όλων των κακών εδώ, αποτελούν μέρος της, επομένως κάτι πρέπει να γίνει γι' αυτό. Η Toyota καταγράφει σημαντική αύξηση στις πωλήσεις υβριδικών οχημάτων από έτος σε έτος. Όχι χάρη στο Prius - χάρη σε αυτοκίνητα όπως το Auris ή το C-HR - που είναι ακόμα διαθέσιμα στο πορτοφόλι, στη συνηθισμένη συσκευασία, αλλά με βελτιωμένο σύστημα μετάδοσης κίνησης, η προστιθέμενη αξία του οποίου είναι η αποδεδειγμένη αξιοπιστία.

Πότε είναι η επόμενη γενιά; Δεν ξέρουμε. Μάλλον θα περιμένουμε μερικά χρόνια ακόμα. Ωστόσο, το σύστημα μετάδοσης κίνησης των τελευταίων υβριδικών Toyota φτάνει ήδη σε ένα απίστευτα υψηλό επίπεδο πολυπλοκότητας.