Litt historie – hvordan utviklet Toyotas hybriddrift seg?

Vi har kjørt C-HR i redaksjonen en stund nå. Hver dag setter vi pris på fordelene med hybriddrift i byen, men en stund lurte vi på hvor langt Hybrid Synergy Drive gikk før den kom til den nyeste modellen? Hvis du også er interessert, les videre.

Har du noen gang lurt på hvor langt historien til hybriddrift har kommet? I motsetning til tilsynelatende, er ikke denne typen oppfinnelser domenet til de siste tiårene eller så. Det første patentet for et drivsystem som bruker en forbrenningsmotor og en elektrisk motor tilhørte William H. Patton, og det dukket opp ... før 128 år siden! Dette patentet utviklet Patton Motor Car, en hybrid drivlinje som ble brukt til å drive gatebiler og små lokomotiver. I 1889 ble en prototype laget, og åtte år senere ble serieversjonen av lokomotivet solgt til jernbaneselskapet.

Et år tidligere rullet Phaeton ut på veiene før Pattons taubaneproduksjon. Nei, ikke denne Volkswagen-Bentleyen. Armstrong Phaeton. Trolig den første hybridbilen, eller rettere sagt en rullestol, i historien. Om bord var en 6,5-liters 2-sylindret forbrenningsmotor, samt en elektrisk motor. Svinghjulet fungerte også som en dynamo som ladet batteriet. Armstrong Phaeton fikk allerede energi fra bremsing, men på en litt annen måte enn dagens hybrider. Den elektriske motoren ble brukt til å drive lamper og starte forbrenningsmotoren, og kanskje dette ikke hadde vært overraskende hvis ikke for det faktum at den overgikk Cadillacs automatiske starter med 16 år.

Interessert? Hva med en 3-trinns halvautomatisk girkasse? Gir måtte ikke skiftes helt for hånd. Lenge før synkronisatorer ble oppfunnet og dobbelclutchteknikken ble glemt, aktiverte en elektrisk motor clutchen automatisk ved girskifte. Imidlertid var Armstrong Phaeton-motoren ... for kraftig. Han skadet stadig trehjulene, som senere ble eliminert ved å legge til forsterkninger på hjulene.

Ferdinand Porsche hadde også sin fortjeneste i bilhistorien. Lohner-Porsche Mixte Hybrid var et kjøretøy som i senere versjoner ble drevet av elektriske motorer, en for hvert hjul. Disse motorene ble drevet av batterier og dreiemomentet til en forbrenningsmotor. Dette kjøretøyet kunne bære opptil fire personer og bevege seg bare gjennom kraften av elektrisitet eller bare ved å bruke en forbrenningsmotor.

Høres bra ut? Ikke helt. Mixte-batterier besto av 44 80-voltsceller og veide 1,8 tonn. Lenkene var ikke særlig sterke, så de ble lukket i en passende koffert og hengt på fjærer. Dette er imidlertid selve batteriet, og la oss legge til mange elektriske motorer til det. Oppfinnelsen til Lohner og Porsche veide mer enn 4 tonn. Selv om det fra dagens synspunkt ser ut som en fullstendig feiltenning, fikk Mixte mange ingeniører til å tenke. For eksempel de fra Boeing og NASA, som studerte dette apparatet veldig nøye. Med effekter, fordi LRV-en som Apollo 15, 16 og 17-oppdragene brukte for å komme seg rundt månen hadde mange løsninger hentet fra Lohner-Porsche Mixte-hybriden.

Historien til hybrider er ganske lang, så la oss gå rett til nåtiden helt fra begynnelsen. Hybrider slik vi kjenner dem ble populære først på slutten av 90-tallet da Toyota Prius kom inn på det japanske markedet. Det var da man for første gang – i 1997 – brukte navnet «Toyota Hybrid System», som senere ble til «Hybrid Synergy Drive». Hvordan så de enkelte generasjonene ut?

Første Toyota Prius - Toyota Hybrid System

Vi vet allerede at ideen om en hybridbil ikke er ny. Det tok imidlertid mer enn 100 år før dette konseptet ble virkelig populært. Toyota Prius ble den første masseproduserte hybridbilen. Kanskje det er derfor alle hybrider tydeligvis er assosiert med Prius. Men la oss se på de tekniske løsningene.

Selv om produksjonen av Prius startet i 1997, var denne delen av salget kun for det japanske markedet. Eksporten til andre markeder, hovedsakelig USA, begynte først i 2000. Eksportmodellen NHW11 har imidlertid blitt litt oppgradert fra forgjengeren (NHW10).

Under panseret på den japanske hybriden var en 1.5 VVT-i-motor med variabel ventiltiming, som opererer på Atkinson-syklusen. Forutsetningene var mer eller mindre de samme som de er nå - bensinmotoren ble støttet av to elektriske motorer - den ene fungerte som generator, og den andre drev hjulene. Planetgiret, som fungerte som en kontinuerlig variabel CVT-transmisjon, var ansvarlig for riktig fordeling av arbeidet til motorene.

Det var ikke en veldig rask bil, med en effekt på 58 hk. og 102 Nm ved 4000 o/min. Derfor var akselerasjonen ganske beskjeden, det samme var makshastigheten på 160 km/t. Det som gledet meg var det lave drivstofforbruket, som i gjennomsnitt kunne falle under 5 l/100 km.

I NHW11-versjonen er de fleste komponentene forbedret for å gi bedre ytelse. Effekten til elmotoren er økt med 3 kW og dreiemomentet med 45 Nm. Mekaniske tap er redusert og støy er redusert. Maksimal motorturtall er også økt med 500 o/min.

Den første Prius var imidlertid ikke feilfri - den var ikke like pålitelig som dagens modeller, det var problemer med batterier som ble overopphetet, og noen elektriske komponenter (som den elektriske motoren) var for høye.

Prius II, eller Hybrid Synergy Drive

I 2003 dukket det opp en annen Prius med en andre generasjon THS-motor. Den ble først kalt Hybrid Synergy Drive. Før vi går inn i stasjonen, er det verdt å nevne den ikoniske formen. Den oppsto ikke fra bunnen av og har til og med sitt eget navn - "Kammbak". Den ble utviklet på 30-tallet av aerodynamisk ingeniør Wunibald Kamm. Karosseriet med høy rygg er mer strømlinjeformet, det er ingen turbulens bak bilen.

Mens han jobbet med andre generasjon Prius, registrerte Toyota så mange som 530 patenter. Selv om konseptet som sådan liknet på THS-stasjonen, var det bare i HSD at egenskapene til disksystemet ble riktig brukt. Potensialet til den elektriske motoren og forbrenningsmotoren ble utjevnet, i motsetning til den tidligere ideen, som var å øke kraften til forbrenningsmotoren for å øke produktiviteten. Den andre Prius startet og akselererte delvis ved hjelp av en elektrisk motor. Effekten til den elektriske delen av stasjonen økes med 50 %.

Denne generasjonen så også introduksjonen av en elektrisk klimaanleggkompressor som ikke krevde en forbrenningsmotor for å kjøle eller varme opp interiøret. Det har holdt seg slik til i dag. Prius mottok også lettere NiMH-batterier i 2003. Antall celler er redusert og tettheten til elektrolytten er økt. Det var også i denne modellen at EV-modusen først ble introdusert, som lar deg kjøre bare på den elektriske motoren.

Lexus utviklet sine egne varianter av denne generasjonens drivlinje. I 2005 brukte han en annen elektrisk motor på bakakselen og skapte dermed en firehjulsdrevet hybrid. Den tredje motoren fungerte uavhengig av kommandoen til forakselen – selv om den selvfølgelig ble styrt av en kontroller som regulerer dreiemoment og hastighetsdifferensial.

De første Lexus GS 450h og LS 600h viste hvordan HSD kan fungere sammen med kraftige motorer og bakhjulsdrift. Dette systemet var enda mer komplekst – spesielt innen overføring. Ravigneaux planetgirkasse med fire aksler, to clutcher som endrer girforholdet til den andre motoren i forhold til hjulene - det var ikke klart å gå i detaljer. Dette bør forklares av maskiningeniøren.

Hybrid Synergy Drive III

Vi når nest siste generasjon av hybriddriften. Det var her en virkelig revolusjon fant sted. Byttet 90% av delene. Forbrenningsmotoren økte arbeidsvolumet til 1.8 liter, men de elektriske motorene ble redusert. Effekten økte til 136 hk, mens drivstofforbruket gikk ned med 9 %. I denne generasjonen kunne vi velge en kjøremodus – normal, øko og dynamisk.

HSD har et fast utvekslingsforhold, så planetgiret, mens det ligner på en CVT, er noe helt annet. Den ytre ringen på giringen er MG2-motoren, solgiret er MG1-motoren, og ICE er forbundet med "planeter". Føreren kan på en eller annen måte påvirke driften av forbrenningsmotoren og den elektriske motoren, men gasspedalen brukes bare til å kommunisere med datamaskinen. Vi sier hvordan vi ønsker å akselerere, og datamaskinen vil beregne hvordan veiforholdene er og hvordan man mest effektivt kan kombinere arbeidet til den elektriske motoren og forbrenningsmotoren.

Toyota C-HR eller HSD IV

Den fjerde generasjonen av stasjonen dukket opp ... i den fjerde generasjonen av Prius. Han har imidlertid allerede klart å slå rot i andre modeller – for eksempel i C-HR. Kvartetten lener seg tungt på HSD III, men klemmer enda mer ut av den med mindre drivstofforbruk. "mer" betyr imidlertid ikke effekt, da den er redusert til 122 hk.

For det første er ladeegenskapene til batteriene forbedret – nye hybrider klarer å absorbere store doser energi på kortere tid. Inverteren har et separat kjølesystem og tar opp 30 % mindre plass. Planetgiret er erstattet med et sylindrisk. Hele girkassen har blitt redesignet slik at den genererer 20 % mindre svinn.

Oppsummering

Vi har sett deler av Toyotas reise til kjøretøy som kombinerer fordelene med elektriske motorer med allsidigheten til forbrenningsmotorer. Det er imidlertid ikke selve disken som endres. Konseptet med en hybridbil er også i endring. Denne har for lengst sluttet å være en Prius og er på vei inn i biler som ser litt mer konvensjonelle ut. Hybrider blir gradvis en del av hverdagen. Vi ser dem overalt i storbyer. 

En av dem er Toyota C-HR, som vil appellere til de som vil bevege seg rundt i byen i en interessant crossover, men som setter pris på lavt drivstofforbruk og lydløshet. Det er også en økende bevissthet om behovet for å redusere forurensning – og selv om bilene ikke er kilden til alt ondt her, er de en del av det, så det må gjøres noe med det. Toyota registrerer betydelig vekst i salget av hybridbiler fra år til år. Ikke takket være Prius - takket være biler som Auris eller C-HR - som fortsatt er tilgjengelig i lommeboken, i vanlig innpakning, men med forbedret drivverk, hvis merverdi er bevist pålitelighet.

Når er neste generasjon? Vi vet ikke. Vi venter nok noen år til. Imidlertid når drivverket til de nyeste Toyota-hybridene allerede et utrolig høyt sofistikert nivå.