Natuke ajalugu – kuidas arenes Toyota hübriidajam?

Oleme juba mõnda aega C-HR-i uudisteruumis juhtinud. Iga päev hindame hübriidajami eeliseid linnas, kuid mõnda aega mõtlesime, kui kaugele jõudis Hybrid Synergy Drive enne uusima mudelini jõudmist? Kui ka sind huvitab, loe edasi.

Kas olete kunagi mõelnud, kui kaugele on hübriidajamite ajalugu jõudnud? Vastupidiselt näilisele ei ole seda tüüpi leiutised viimaste aastakümnete pärusmaa. Esimene patent sisepõlemismootorit ja elektrimootorit kasutavale ajamisüsteemile kuulus William H. Pattonile ja see ilmus ... enne 128 aastat tagasi! Selle patendiga töötati välja Patton Motor Car, hübriidjõuallikas, mida kasutati tänavavagunite ja väikeste vedurite jõuallikaks. 1889. aastal loodi prototüüp ja kaheksa aastat hiljem müüdi veduri seeriaversioon raudteefirmale.

Aasta varem veeres Phaeton teedele enne Pattoni köisraudtee tootmist. Ei, mitte see Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Tõenäoliselt esimene hübriidauto või õigemini ratastool ajaloos. Pardal oli 6,5-liitrine 2-silindriline sisepõlemismootor, samuti elektrimootor. Hooratas toimis ka dünamona, mis laadis akut. Armstrong Phaeton sai energiat juba pidurdamisest tagasi, kuid veidi teistmoodi kui tänapäeva hübriidid. Elektrimootorit kasutati lampide toiteks ja sisepõlemismootori käivitamiseks ning võib-olla poleks see olnud üllatav, kui mitte asjaolu, et see edestas Cadillaci automaatkäivitit 16 aasta võrra.

Kas olete huvitatud? Kuidas oleks 3-käigulise poolautomaatkäigukastiga? Käigusid ei pidanud täielikult käsitsi vahetama. Ammu enne sünkronisaatorite leiutamist ja topeltsiduri tehnika unustamist käivitas elektrimootor käiguvahetusel siduri automaatselt. Armstrong Phaetoni mootor oli aga… liiga võimas. Ta kahjustas pidevalt puidust rattaid, mis hiljem likvideeriti, lisades ratastele tugevdusi.

Ferdinand Porschel oli ka oma teene autode ajaloos. Lohner-Porsche Mixte Hybrid on auto, mida hilisemates versioonides kasutasid elektrimootorid – iga ratta jaoks üks. Neid mootoreid toitasid akud ja sisepõlemismootori pöördemoment. See sõiduk võiks vedada kuni neli inimest ja liikuda ainult elektri jõul või ainult sisepõlemismootoriga.

Kõlab hästi? Mitte täielikult. Mixte akud koosnesid 44 80-voldisest elemendist ja kaalusid 1,8 tonni. Lingid ei olnud väga tugevad, nii et need suleti sobivas ümbrises ja riputati vedrudele. See on aga aku ise ja lisagem sellele palju elektrimootoreid. Lohneri ja Porsche leiutis kaalus üle 4 tonni. Kuigi tänasest vaatenurgast tundub see täielik süütetõrge, pani Mixte paljud insenerid mõtlema. Näiteks Boeingu ja NASA omad, kes seda aparaati väga hoolikalt uurisid. Efektidega, sest Apollo 15, 16 ja 17 missioonidel Kuu ümber liikumiseks kasutatud LRV-l oli palju lahendusi Lohner-Porsche Mixte hübriidilt.

Hübriidide ajalugu on üsna pikk, nii et lähme algusest peale otse tänapäeva. Hübriidid, nagu me neid teame, said populaarseks alles 90ndate lõpus, kui Toyota Prius tuli Jaapani turule. Just siis kasutati esimest korda – 1997. aastal – nimetust "Toyota hübriidsüsteem", millest hiljem sai "Hybrid Synergy Drive". Millised nägid välja üksikud põlvkonnad?

Esimene Toyota Prius – Toyota hübriidsüsteem

Teame juba, et hübriidauto idee pole uus. Selle kontseptsiooni tõeliselt populaarseks saamine võttis aga rohkem kui 100 aastat. Toyota Priusest sai esimene masstoodetud hübriidauto. Võib-olla seetõttu on kõik hübriidid selgelt Priusega seotud. Aga vaatame tehnilisi lahendusi.

Kuigi Priuse tootmine algas 1997. aastal, oli see osa müügist mõeldud ainult Jaapani turule. Eksport teistele turgudele, peamiselt USA-sse, algas alles 2000. aastal. Ekspordimudelit NHW11 on aga oma eelkäijat (NHW10) pisut täiendatud.

Jaapani hübriidi kapoti all oli 1.5 VVT-i mootor muudetava klapiajastusega, mis töötas Atkinsoni tsüklil. Eeldused olid enam-vähem samad, mis praegu – bensiinimootorit toetasid kaks elektrimootorit – üks töötas generaatorina ja teine ​​vedas rattaid. Mootorite töö õige jaotuse eest vastutas pidevalt muutuva CVT-käigukastina toimiv planetaarülekanne.

See ei olnud väga kiire auto, mille võimsus oli 58 hj. ja 102 Nm 4000 p/min juures. Seetõttu oli kiirendus üsna tagasihoidlik, nagu ka maksimaalne kiirus 160 km/h. Mind rõõmustas madal kütusekulu, mis võib keskmiselt langeda alla 5 l / 100 km.

NHW11 versioonis on enamikku komponente täiustatud, et tagada parem jõudlus. Elektrimootori võimsust on suurendatud 3 kW ja pöördemomenti 45 Nm. Mehaanilised kaod on vähenenud ja müra on vähenenud. Ka mootori maksimaalset pööret on suurendatud 500 p/min võrra.

Esimene Prius ei olnud aga vigadeta – see polnud nii töökindel kui tänapäeva mudelid, probleeme oli akude ülekuumenemisega ning mõned elektrilised komponendid (näiteks elektrimootor) olid liiga mürarikkad.

Prius II ehk Hybrid Synergy Drive

2003. aastal ilmus teine ​​Prius teise põlvkonna THS-mootoriga. Esmalt nimetati seda Hybrid Synergy Drive'iks. Enne sõidu juurde asumist tasub mainida ikoonilist kuju. See ei tekkinud nullist ja sellel on isegi oma nimi - "Kammbak". Selle töötas välja 30. aastatel aerodünaamiline insener Wunibald Kamm. Kõrge, lõikega kere on voolujoonelisem, auto taga pole turbulentsi.

Teise põlvkonna Priuse kallal töötades registreeris Toyota koguni 530 patenti. Kuigi kontseptsioon kui selline sarnanes THS-draiviga, kasutati kettasüsteemi võimalusi õigesti ainult HSD-s. Elektrimootori ja sisepõlemismootori potentsiaal võrdsustati erinevalt varasemast ideest, milleks oli sisepõlemismootori võimsuse suurendamine tootlikkuse tõstmiseks. Teine Prius läks käima ja kiirendas osaliselt elektrimootori toel. Ajami elektrilise osa võimsust suurendatakse 50%.

Selle põlvkonna jaoks võeti kasutusele ka elektriline kliimaseadme kompressor, mis ei vajanud salongi jahutamiseks ega soojendamiseks sisepõlemismootorit. Nii on see jäänud tänaseni. Prius sai 2003. aastal ka kergemad NiMH akud. Rakkude arvu on vähendatud ja elektrolüüdi tihedust on suurendatud. Samuti võeti selles mudelis esmakordselt kasutusele EV režiim, mis võimaldab sõita ainult elektrimootoriga.

Lexus töötas selle põlvkonna jõuallikast välja oma variandid. 2005. aastal rakendas ta tagasillale teise elektrimootori ja lõi nii nelikveolise hübriidi. Kolmas mootor töötas esitelje käsust sõltumatult – kuigi loomulikult juhtis seda kontroller, mis reguleerib pöördemomenti ja kiiruste diferentsiaali.

Esimesed Lexus GS 450h ja LS 600h näitasid, kuidas HSD suudab töötada koos võimsate mootorite ja tagarattaveoga. See süsteem oli veelgi keerulisem – eriti ülekande vallas. Ravigneaux planetaarkäigukast nelja võlliga, kahe siduriga, mis muudavad teise mootori ülekandearvu rataste suhtes - detailidesse ei saanud minna. Seda peaks selgitama mehaanikainsener.

Hübriidne sünergiaajam III

Jõuame hübriidajami eelviimase põlvkonnani. Siin toimus tõeline revolutsioon. Vahetatud 90% osadest. Sisepõlemismootor suurendas töömahu 1.8 liitrini, kuid elektrimootoreid vähendati. Võimsus kasvas 136 hj, samas kui kütusekulu vähenes 9%. Selles põlvkonnas saime valida sõidurežiimi – tavaline, ökonoomne ja dünaamiline.

HSD-l on fikseeritud ülekandearv, seega on planetaarülekanne, mis sarnaneb CVT-ga, midagi täiesti erinevat. Ülekande välimine rõngas on MG2 mootor, päikeseülekanne on mootor MG1 ja ICE on ühendatud "planeedidega". Juht saab kuidagi sisepõlemismootori ja elektrimootori tööd mõjutada, aga gaasipedaali kasutatakse vaid arvutiga suhtlemiseks. Ütleme, kuidas sooviksime kiirendada, ja arvuti arvutab välja, millised on teeolud ning kuidas elektrimootori ja sisepõlemismootori tööd kõige efektiivsemalt kombineerida.

Toyota C-HR või HSD IV

Ajami neljas põlvkond ilmus ... Priuse neljandas põlvkonnas. Küll aga on ta juba jõudnud juurduda ka teistesse mudelitesse – näiteks C-HR-i. Kvartett toetub tugevalt HSD III-le, kuid pigistab sellest väiksema kütusekuluga veelgi rohkem välja. Kuid "rohkem" ei tähenda võimsust, kuna seda on vähendatud 122 hj.

Esiteks on parandatud akude laadimisomadusi – uued hübriidid suudavad lühema ajaga neelata suuri energiadoose. Inverter on eraldi jahutussüsteemiga ja võtab 30% vähem ruumi. Planeediülekanne asendatakse silindrilisega. Kogu käigukast on ümber kujundatud, nii et see tekitab 20% vähem raiskamist.

Kokkuvõte

Oleme näinud osi Toyota teekonnast sõidukiteni, mis ühendavad elektrimootorite eelised sisepõlemismootorite mitmekülgsusega. Siiski ei muutu ketas ise. Muutub ka hübriidauto kontseptsioon. See auto pole ammu enam Prius olemast ja on jõudmas autodesse, mis näevad välja veidi tavapärasemad. Hübriidid muutuvad järk-järgult igapäevaelu osaks. Näeme neid kõikjal suurlinnades. 

Üks neist on Toyota C-HR, mis meeldib neile, kes soovivad linnas liikuda huvitava crossoveriga, kuid hindavad madalat kütusekulu ja müramatust. Üha enam teadvustatakse ka saaste vähendamise vajadusest – ja kuigi autod ei ole siin kogu kurja allikaks, on nad selle osaks, seega tuleb sellega midagi ette võtta. Toyota registreerib hübriidsõidukite müügis aasta-aastalt märkimisväärset kasvu. Mitte tänu Priusele – tänu autodele nagu Auris või C-HR – endiselt taskukohase hinnaga, tavapaketis, vaid täiustatud jõuülekandega, mille lisaväärtuseks on tõestatud töökindlus.

Millal on järgmine põlvkond? Me ei tea. Ootame ilmselt veel paar aastat. Viimaste Toyota hübriidide jõuülekanne on aga juba saavutamas uskumatult kõrget keerukust.