Hieman historiaa – miten Toyotan hybridiveto kehittyi?

Olemme pyörittäneet C-HR:ää uutishuoneessa jo jonkin aikaa. Arvostamme joka päivä hybridikäytön etuja kaupungissa, mutta hetken aikaa mietimme, kuinka pitkälle Hybrid Synergy Drive meni ennen kuin se tuli uusimpaan malliin? Jos olet myös kiinnostunut, lue.

Oletko koskaan miettinyt, kuinka pitkälle hybridikäyttöjen historia on edennyt? Toisin kuin näyttää, tämäntyyppiset keksinnöt eivät ole viimeisten vuosikymmenten alaa. Ensimmäinen patentti polttomoottoria ja sähkömoottoria käyttävälle käyttöjärjestelmälle kuului William H. Pattonille, ja se ilmestyi ... ennen 128 vuotta sitten! Tämä patentti kehitti Patton Motor Carin, hybridivoiman, jota käytettiin raitiovaunujen ja pienten veturien voimanlähteenä. Vuonna 1889 luotiin prototyyppi, ja kahdeksan vuotta myöhemmin veturin sarjaversio myytiin rautatieyhtiölle.

Vuotta aiemmin Phaeton rullasi tielle ennen Pattonin köysiradan tuotantoa. Ei, ei tämä Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Todennäköisesti historian ensimmäinen hybridiauto tai pikemminkin pyörätuoli. Koneessa oli 6,5 litran 2-sylinterinen polttomoottori sekä sähkömoottori. Vauhtipyörä toimi myös dynamona, joka latasi akkua. Armstrong Phaeton sai jo talteen energiaa jarrutuksesta, mutta hieman eri tavalla kuin nykyiset hybridit. Sähkömoottoria käytettiin lamppujen voimanlähteenä ja polttomoottorin käynnistämiseen, ja ehkä tämä ei olisi ollut yllättävää, ellei se olisi 16 vuodella ohittanut Cadillacin automaattisen käynnistimen.

Kiinnostunut? Entä 3-vaihteinen puoliautomaattivaihteisto? Vaihteita ei tarvinnut vaihtaa kokonaan käsin. Kauan ennen kuin synkronoijat keksittiin ja kaksoiskytkintekniikka unohdettiin, sähkömoottori käynnisti kytkimen automaattisesti vaihteita vaihdettaessa. Armstrong Phaeton -moottori oli kuitenkin… liian voimakas. Hän vaurioitti jatkuvasti puupyöriä, jotka myöhemmin eliminoitiin lisäämällä pyöriin vahvistuksia.

Ferdinand Porschella oli myös ansionsa autojen historiassa. Lohner-Porsche Mixte Hybrid oli ajoneuvo, joka myöhemmissä versioissa oli sähkömoottorilla, yksi jokaista pyörää kohti. Nämä moottorit toimivat akuilla ja polttomoottorin vääntömomentilla. Tämä ajoneuvo voisi kuljettaa jopa neljä henkilöä ja liikkua vain sähköllä tai vain polttomoottorilla.

Kuulostaa hyvältä? Ei täysin. Mixte-akut koostuivat 44 80 voltin kennosta ja painoivat 1,8 tonnia. Linkit eivät olleet kovin vahvoja, joten ne suljettiin sopivaan koteloon ja ripustettiin jousiin. Tämä on kuitenkin itse akku, ja lisätään siihen paljon sähkömoottoreita. Lohnerin ja Porschen keksintö painoi yli 4 tonnia. Vaikka tämän päivän näkökulmasta se näyttää täydelliseltä sytytyskatkolta, Mixte sai monet insinöörit ajattelemaan. Esimerkiksi Boeingin ja NASA:n ne, jotka tutkivat tätä laitetta erittäin huolellisesti. Vaikutuksilla, koska LRV:ssä, jolla Apollo 15, 16 ja 17 -lentotehtävät kiertävät Kuuta, sisälsi monia ratkaisuja Lohner-Porsche Mixte -hybridistä.

Hybridien historia on melko pitkä, joten mennään heti alusta alkaen nykypäivään. Hybrideistä, sellaisina kuin ne tunnemme, tuli suosittuja vasta 90-luvun lopulla, kun Toyota Prius tuli Japanin markkinoille. Silloin käytettiin ensimmäistä kertaa - vuonna 1997 - nimeä "Toyota Hybrid System", josta tuli myöhemmin "Hybrid Synergy Drive". Miltä yksittäiset sukupolvet näyttivät?

Ensimmäinen Toyota Prius - Toyota Hybrid System

Tiedämme jo, että ajatus hybridiautosta ei ole uusi. Kesti kuitenkin yli 100 vuotta ennen kuin tästä konseptista tuli todella suosittu. Toyota Priuksesta tuli ensimmäinen massatuotehybridiauto. Ehkä siksi kaikki hybridit liittyvät selvästi Priukseen. Mutta katsotaanpa teknisiä ratkaisuja.

Vaikka Priuksen tuotanto aloitettiin vuonna 1997, tämä osa myynnistä oli tarkoitettu vain Japanin markkinoille. Vienti muille markkinoille, pääasiassa Yhdysvaltoihin, alkoi vasta vuonna 2000. Vientimallia NHW11 on kuitenkin hieman päivitetty edeltäjästään (NHW10).

Japanilaisen hybridin konepellin alla oli 1.5:n VVT-i-moottori, jossa oli säädettävä venttiilien ajoitus ja joka toimi Atkinsonin syklillä. Oletukset olivat suurin piirtein samat kuin nyt - bensiinimoottoria tuki kaksi sähkömoottoria - toinen toimi generaattorina ja toinen pyöritti. Portaattomasti säädettävänä CVT-vaihteistona toiminut planeettavaihteisto vastasi moottoreiden työn oikeasta jakautumisesta.

Se ei ollut kovin nopea auto, jonka teho oli 58 hv. ja 102 Nm nopeudella 4000 rpm. Siksi kiihtyvyys oli melko vaatimaton, samoin kuin maksiminopeus 160 km/h. Minua ilahdutti alhainen polttoaineenkulutus, joka saattoi pudota keskimäärin alle 5 l / 100 km.

NHW11-versiossa useimpia komponentteja on parannettu suorituskyvyn parantamiseksi. Sähkömoottorin tehoa on lisätty 3 kW ja vääntömomenttia 45 Nm. Mekaanisia häviöitä on vähennetty ja melua on vähennetty. Myös moottorin enimmäisnopeutta on nostettu 500 rpm.

Ensimmäinen Prius ei kuitenkaan ollut virheetön - se ei ollut yhtä luotettava kuin nykyiset mallit, akkujen ylikuumenemisessa oli ongelmia ja jotkut sähkökomponentit (kuten sähkömoottori) olivat liian äänekkäitä.

Prius II tai Hybrid Synergy Drive

Vuonna 2003 ilmestyi toinen Prius toisen sukupolven THS-moottorilla. Sitä kutsuttiin ensin Hybrid Synergy Driveksi. Ennen kuin siirrymme ajoon, on syytä mainita ikoninen muoto. Se ei syntynyt tyhjästä ja sillä on jopa oma nimi - "Kammbak". Sen kehitti 30-luvulla aerodynaaminen insinööri Wunibald Kamm. Korkealla leikattu kori on virtaviivaisempi, auton takana ei ole turbulenssia.

Työskennellessään toisen sukupolven Priuksen parissa Toyota rekisteröi jopa 530 patenttia. Vaikka konsepti sinänsä oli samanlainen kuin THS-asema, vain HSD:ssä käytettiin levyjärjestelmän ominaisuuksia oikein. Sähkömoottorin ja polttomoottorin mahdollisuudet tasoittuivat, toisin kuin aikaisemmassa ajatuksessa, jonka mukaan polttomoottorin tehoa nostettiin tuottavuuden lisäämiseksi. Toinen Prius käynnistyi ja kiihtyi osittain sähkömoottorin avulla. Taajuusmuuttajan sähköosan tehoa lisätään 50 %.

Tässä sukupolvessa esiteltiin myös sähköinen ilmastointikompressori, joka ei vaatinut polttomoottoria sisätilojen jäähdyttämiseen tai lämmittämiseen. Sellaisena se on pysynyt tähän päivään asti. Prius sai myös kevyempiä NiMH-akkuja vuonna 2003. Kennojen määrää on vähennetty ja elektrolyytin tiheyttä on lisätty. Myös tässä mallissa otettiin ensimmäisen kerran käyttöön EV-tila, jonka avulla voit ajaa vain sähkömoottorilla.

Lexus kehitti omat muunnelmansa tämän sukupolven voimansiirrosta. Vuonna 2005 hän sovelsi toisen sähkömoottorin taka-akseliin ja loi siten nelivetoisen hybridin. Kolmas moottori toimi riippumattomasti etuakselin käskystä - vaikka tietysti sitä ohjattiin säätimellä, joka säätelee vääntömomenttia ja nopeuseroa.

Ensimmäiset Lexus GS 450h ja LS 600h osoittivat, kuinka HSD voi toimia yhdessä tehokkaiden moottoreiden ja takapyörävedon kanssa. Tämä järjestelmä oli vielä monimutkaisempi - etenkin lähetyksen alalla. Ravigneaux-planeettavaihteisto, jossa on neljä akselia, kaksi kytkintä, jotka muuttavat toisen moottorin välityssuhdetta pyöriin - yksityiskohtiin ei ollut selvää. Koneinsinöörin tulee selittää tämä.

Hybrid Synergy Drive III

Saavumme hybridikäytön toiseksi viimeisen sukupolven. Täällä tapahtui todellinen vallankumous. 90% osista vaihdettu. Polttomoottori lisäsi työtilavuuden 1.8 litraan, mutta sähkömoottoreita pienennettiin. Teho nousi 136 hv:iin ja polttoaineenkulutus laski 9 %. Tässä sukupolvessa pystyimme valitsemaan ajotavan - normaalin, ekologisen ja dynaamisen.

HSD:llä on kiinteä välityssuhde, joten planeettavaihteisto, joka muistuttaa CVT:tä, on jotain täysin erilaista. Vaihteiston ulkorengas on MG2-moottori, aurinkovaihde on MG1-moottori ja ICE on yhdistetty "planeetoilla". Kuljettaja voi jotenkin vaikuttaa polttomoottorin ja sähkömoottorin toimintaan, mutta kaasupoljinta käytetään vain kommunikoimaan tietokoneen kanssa. Sanomme kuinka haluaisimme kiihdyttää, ja tietokone laskee, mitkä ovat tieolosuhteet ja kuinka sähkömoottorin ja polttomoottorin työ yhdistetään tehokkaimmin.

Toyota C-HR tai HSD IV

Ajon neljäs sukupolvi ilmestyi ... Priuksen neljännessä sukupolvessa. Hän on kuitenkin jo onnistunut juurtumaan muihin malleihin - esimerkiksi C-HR: ään. Quartet nojaa voimakkaasti HSD III:een, mutta puristaa siitä vielä enemmän irti pienemmällä polttoaineenkulutuksella. "enemmän" ei kuitenkaan tarkoita tehoa, sillä se on alennettu 122 hv:iin.

Ensinnäkin akkujen latausominaisuuksia on parannettu - uudet hybridit pystyvät imemään suuria energiaannoksia lyhyemmässä ajassa. Invertterissä on erillinen jäähdytysjärjestelmä ja se vie 30 % vähemmän tilaa. Planeettavaihteisto korvataan sylinterimäisellä. Koko vaihteisto on suunniteltu uudelleen, joten se tuottaa 20 % vähemmän hukkaa.

Yhteenveto

Olemme nähneet osia Toyotan matkasta ajoneuvoihin, joissa sähkömoottoreiden edut yhdistyvät polttomoottoreiden monipuolisuuteen. Itse levy ei kuitenkaan muutu. Myös hybridiauton käsite on muuttumassa. Tämä on jo kauan sitten lakannut olemasta Prius ja on tulossa autoihin, jotka näyttävät hieman perinteisemmiltä. Hybrideistä on vähitellen tulossa osa jokapäiväistä elämää. Näemme niitä kaikkialla suurissa kaupungeissa. 

Yksi niistä on Toyota C-HR, joka vetoaa niihin, jotka haluavat liikkua kaupungissa mielenkiintoisella crossoverilla, mutta arvostavat alhaista polttoaineenkulutusta ja äänettömyyttä. Myös tietoisuus tarpeesta vähentää saastumista on lisääntynyt – ja vaikka autot eivät ole täällä kaiken pahan lähde, ne ovat osa sitä, joten asialle on tehtävä jotain. Toyotan hybridiautojen myynti on kasvanut merkittävästi vuositasolla. Ei kiitos Priuksen - Auriksen tai C-HR:n kaltaisten autojen - ansiosta, joka on edelleen saatavilla lompakossa, tavallisessa pakkauksessa, vaan parannetulla voimansiirrolla, jonka lisäarvona on todistettu luotettavuus.

Milloin on seuraava sukupolvi? Emme tiedä. Odotetaan varmaan vielä muutama vuosi. Uusimpien Toyota-hybridien voimansiirto on kuitenkin jo saavuttamassa uskomattoman korkean kehittyneisyyden.