Trocha historie – jak se vyvíjel hybridní pohon Toyoty?

V redakci už nějakou dobu běžíme C-HR. Každý den oceňujeme výhody hybridního pohonu ve městě, ale chvíli jsme si říkali, jak daleko zašel Hybrid Synergy Drive, než přišel na nejnovější model? Pokud vás to také zajímá, čtěte dále.

Přemýšleli jste někdy, kam až sahala historie hybridních pohonů? Navzdory tomu, jak se zdá, tento typ vynálezů není doménou zhruba posledních desetiletí. První patent na systém pohonu využívající spalovací motor a elektromotor patřil Williamu H. Pattonovi a objevil se ... před 128 lety! Tento patent vyvinul Patton Motor Car, hybridní hnací ústrojí, které se používalo k pohonu tramvají a malých lokomotiv. V roce 1889 vznikl prototyp a o osm let později byla sériová verze lokomotivy prodána železniční společnosti.

O rok dříve vyjel Phaeton na silnice před výrobou Pattonovy lanovky. Ne, ne tenhle Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Pravděpodobně první hybridní auto, nebo spíše invalidní vozík, v historii. Na palubě byl 6,5litrový dvouválcový spalovací motor a také elektromotor. Setrvačník fungoval také jako dynamo, které nabíjelo baterii. Armstrong Phaeton již rekuperoval energii z brzdění, ale trochu jiným způsobem než dnešní hybridy. Elektromotor sloužil k napájení lamp a spouštění spalovacího motoru a možná by to nebylo překvapivé, nebýt toho, že o 2 let předběhl automatický startér Cadillacu.

Zájem? Co říkáte na 3stupňovou poloautomatickou převodovku? Převodové stupně se nemusely měnit úplně ručně. Dávno předtím, než byly vynalezeny synchronizátory a byla zapomenuta technika dvojité spojky, spouštěl spojku automaticky elektromotor při řazení. Nicméně motor Armstrong Phaeton byl... příliš silný. Neustále poškozoval dřevěná kola, což bylo následně eliminováno přidáním výztuh na kola.

Svou zásluhu na historii automobilů měl i Ferdinand Porsche. Lohner-Porsche Mixte Hybrid bylo vozidlo, které bylo v pozdějších verzích poháněno elektrickými motory, jedním pro každé kolo. Tyto motory byly poháněny bateriemi a točivým momentem spalovacího motoru. Toto vozidlo mohlo přepravovat až čtyři osoby a pohybovat se pouze pomocí elektrické energie nebo pouze pomocí spalovacího motoru.

Zní dobře? Ne úplně. Baterie Mixte se skládaly ze 44 80voltových článků a vážily 1,8 tuny. Články nebyly příliš pevné, proto byly uzavřeny ve vhodném pouzdře a zavěšeny na pružinách. To je však samotná baterie a k ní připočtěme spoustu elektromotorů. Vynález Lohnera a Porsche vážil více než 4 tuny. I když to z dnešního pohledu vypadá na naprosté selhání, Mixte přiměl mnoho inženýrů k zamyšlení. Například ti z Boeingu a NASA, kteří tento aparát velmi pečlivě studovali. S efekty, protože LRV, které používala mise Apollo 15, 16 a 17 k obletu Měsíce, měla mnoho řešení převzatých z hybridu Lohner-Porsche Mixte.

Historie hybridů je poměrně dlouhá, pojďme tedy od úplného začátku rovnou do současnosti. Hybridy, jak je známe, se staly populárními až na konci 90. let, kdy Toyota Prius vstoupila na japonský trh. Tehdy byl poprvé – v roce 1997 – použit název „Toyota Hybrid System“, který se později stal „Hybrid Synergy Drive“. Jak vypadaly jednotlivé generace?

První Toyota Prius - Toyota Hybrid System

Už víme, že myšlenka hybridního vozu není nová. Trvalo však více než 100 let, než se tento koncept stal skutečně populárním. Toyota Prius se stala prvním sériově vyráběným hybridním vozem. Snad proto jsou všechny hybridy jednoznačně spojeny s Priusem. Pojďme se ale podívat na technická řešení.

Ačkoli výroba Priusu začala v roce 1997, tato část prodejů byla pouze pro japonský trh. Vývoz na jiné trhy, zejména do USA, začal až v roce 2000. Exportní model NHW11 byl však oproti svému předchůdci (NHW10) mírně vylepšen.

Pod kapotou japonského hybridu byl motor 1.5 VVT-i s proměnným časováním ventilů, pracující na Atkinsonově cyklu. Předpoklady byly víceméně stejné jako nyní – benzinový motor podporovaly dva elektromotory – jeden fungoval jako generátor a druhý poháněl kola. O správné rozdělení práce motorů se starala planetová převodovka, která sloužila jako plynulá převodovka CVT.

Nebylo to příliš rychlé auto s výkonem 58 koní. a 102 Nm při 4000 ot./min. Proto bylo zrychlení spíše mírné, stejně jako maximální rychlost 160 km/h. Co mě potěšilo, byla nízká spotřeba paliva, která v průměru mohla klesnout pod 5 l / 100 km.

Ve verzi NHW11 byla většina komponent vylepšena, aby poskytovala lepší výkon. Výkon elektromotoru se zvýšil o 3 kW a točivý moment o 45 Nm. Snížily se mechanické ztráty a snížila se hlučnost. Zvýšily se také maximální otáčky motoru o 500 ot./min.

První Prius však nebyl bezchybný – nebyl tak spolehlivý jako dnešní modely, byly problémy s přehříváním baterií a některé elektrické komponenty (například elektromotor) byly příliš hlasité.

Prius II neboli Hybrid Synergy Drive

V roce 2003 se objevil další Prius s druhou generací motoru THS. Nejprve se jmenoval Hybrid Synergy Drive. Než se pustíme do pohonu, stojí za zmínku ikonický tvar. Nevznikl od nuly a má dokonce své jméno – „Kammbak“. Byl vyvinut ve 30. letech minulého století aerodynamickým inženýrem Wunibaldem Kammem. Karoserie s vysokými střiženými zády je aerodynamickejší, za vozem nedochází k turbulencím.

Při práci na druhé generaci Priusu si Toyota zaregistrovala až 530 patentů. Koncept jako takový byl sice podobný jednotce THS, ale teprve v HSD byly možnosti diskového systému správně využity. Potenciál elektromotoru a spalovacího motoru byl vyrovnán, na rozdíl od dřívější myšlenky, která spočívala ve zvýšení výkonu spalovacího motoru pro zvýšení produktivity. Druhý Prius se rozjel a zrychlil částečně pomocí elektromotoru. Výkon elektrické části pohonu je zvýšen o 50 %.

V této generaci byl také představen elektrický kompresor klimatizace, který nevyžadoval pro chlazení nebo vytápění interiéru spalovací motor. Tak to zůstalo dodnes. Prius také dostal v roce 2003 lehčí NiMH baterie. Snížil se počet článků a zvýšila se hustota elektrolytu. Také u tohoto modelu byl poprvé představen režim EV, který umožňuje jízdu pouze na elektromotor.

Lexus vyvinul vlastní varianty hnacího ústrojí této generace. V roce 2005 aplikoval na zadní nápravu další elektromotor a vytvořil tak hybrid s pohonem všech kol. Třetí motor pracoval nezávisle na povelu přední nápravě – i když byl samozřejmě řízen regulátorem, který reguluje točivý moment a diferenciál otáček.

První Lexus GS 450h a LS 600h ukázaly, jak může HSD spolupracovat s výkonnými motory a pohonem zadních kol. Tento systém byl ještě složitější – zejména v oblasti přenosu. Planetová převodovka Ravigneaux se čtyřmi hřídeli, dvěma spojkami, které mění převodový poměr druhého motoru vzhledem ke kolům – nebylo jasné zacházet do detailů. To by měl vysvětlit strojní inženýr.

Hybrid Synergy Drive III

Dostáváme se k předposlední generaci hybridního pohonu. Tady se odehrála skutečná revoluce. Vyměněno 90% dílů. Spalovací motor zvýšil pracovní objem na 1.8 litru, ale elektromotory byly zmenšeny. Výkon vzrostl na 136 koní, zatímco spotřeba paliva klesla o 9 %. V této generaci jsme si mohli vybrat jízdní režim – normální, ekologický a dynamický.

HSD má pevný převodový poměr, takže planetová převodovka, i když je podobná CVT, je něco úplně jiného. Vnější kroužek ozubení je motor MG2, centrální kolo je motor MG1 a ICE je spojeno „planetami“. Řidič může nějak ovlivnit chod spalovacího motoru a elektromotoru, ale plynový pedál slouží pouze ke komunikaci s počítačem. Řekneme si, jak bychom chtěli zrychlit, a počítač spočítá, jaké jsou podmínky na vozovce a jak nejefektivněji skloubit práci elektromotoru a spalovacího motoru.

Toyota C-HR nebo HSD IV

Čtvrtá generace pohonu se objevila ... ve čtvrté generaci Priusu. Už se ale stihl prosadit i v jiných modelech – například v C-HR. Quartet se silně opírá o HSD III, ale vymáčkne z něj ještě více s menší spotřebou paliva. „Více“ však neznamená výkon, ten byl totiž snížen na 122 koní.

V první řadě byly vylepšeny nabíjecí charakteristiky baterií – nové hybridy jsou schopny absorbovat velké dávky energie za kratší dobu. Invertor má samostatný chladicí systém a zabírá o 30 % méně místa. Planetové soukolí je nahrazeno válcovým. Celá převodovka byla přepracována, takže generuje o 20 % méně odpadu.

Souhrn

Viděli jsme části cesty Toyoty k vozidlům, která spojují výhody elektromotorů s všestranností spalovacích motorů. Nemění se však samotný disk. Mění se i pojetí hybridního vozu. Tenhle už dávno není Prius a razí si cestu do aut, která vypadají trochu konvenčněji. Hybridy se postupně stávají součástí každodenního života. Vidíme je všude ve velkých městech. 

Jednou z nich je Toyota C-HR, která osloví ty, kteří se chtějí po městě pohybovat v zajímavém crossoveru, ale ocení nízkou spotřebu a nehlučnost. Roste také povědomí o nutnosti omezit znečištění – a přestože auta zde nejsou zdrojem všeho zla, jsou jeho součástí, takže je potřeba s tím něco dělat. Toyota zaznamenává výrazný meziroční nárůst prodeje hybridních vozů. Ne díky Priusu – díky autům jako Auris nebo C-HR – stále dostupnému na peněžence, v obvyklém balení, ale s vylepšeným hnacím ústrojím, jehož přidanou hodnotou je osvědčená spolehlivost.

Kdy bude další generace? Nevíme. Asi si ještě pár let počkáme. Pohonné ústrojí nejnovějších hybridů Toyoty však již nyní dosahuje neuvěřitelně vysoké sofistikovanosti.