Малко история – как се разви хибридното задвижване на Toyota?

Пускаме C-HR в редакцията от известно време. Всеки ден оценяваме предимствата на хибридното задвижване в града, но за известно време се чудехме колко далеч стигна Hybrid Synergy Drive, преди да стигне до най-новия модел? Ако и вие се интересувате, прочетете.

Чудили ли сте се някога докъде е стигнала историята на хибридните задвижвания? Противно на външния вид, този тип изобретения не са домейн на последните десетилетия. Първият патент за задвижваща система, използваща двигател с вътрешно горене и електрически мотор, принадлежи на Уилям Х. Патън и се появява ... преди 128 години! Този патент разработи Patton Motor Car, хибридно задвижване, което се използва за задвижване на трамваи и малки локомотиви. През 1889 г. е създаден прототип, а осем години по-късно серийната версия на локомотива е продадена на железопътната компания.

Година по-рано Phaeton се появи по пътищата преди производството на кабинковия лифт на Patton. Не, не този Volkswagen-Bentley. Армстронг Фаетон. Вероятно първата хибридна кола или по-скоро инвалидна количка в историята. На борда имаше 6,5-литров 2-цилиндров двигател с вътрешно горене, както и електрически мотор. Маховикът действаше и като динамо, което зареждаше батерията. Armstrong Phaeton вече възстановява енергията от спиране, но по малко по-различен начин от днешните хибриди. Електрическият мотор се използва за захранване на лампи и стартиране на двигателя с вътрешно горене и може би това нямаше да е изненадващо, ако не беше фактът, че изпревари автоматичния стартер на Cadillac с 16 години.

Интересувате ли се? Какво ще кажете за 3-степенна полуавтоматична скоростна кутия? Скоростите не трябваше да се сменят изцяло на ръка. Много преди синхронизаторите да бъдат изобретени и техниката на двойния съединител да бъде забравена, електрическият мотор задейства автоматично съединителя при смяна на предавките. Двигателят на Armstrong Phaeton обаче беше... твърде мощен. Той постоянно повреждаше дървените колела, което впоследствие беше елиминирано чрез добавяне на подсилвания към колелата.

Фердинанд Порше също има своята заслуга в историята на автомобилите. Lohner-Porsche Mixte Hybrid беше превозно средство, което в по-късните версии се задвижваше от електрически двигатели, по един за всяко колело. Тези двигатели се захранват от батерии и въртящия момент на двигател с вътрешно горене. Това превозно средство може да превозва до четирима души и да се движи само с помощта на електричество или само с двигател с вътрешно горене.

Звучи страхотно? Не напълно. Батериите Mixte се състоят от 44 80-волтови клетки и тежат 1,8 тона. Връзките не бяха много здрави, затова бяха затворени в подходящ калъф и окачени на пружини. Това обаче е самата батерия и нека добавим много електрически двигатели към нея. Изобретението на Lohner и Porsche тежеше повече от 4 тона. Въпреки че от днешна гледна точка изглежда като пълна грешка, Mixte накара много инженери да се замислят. Например тези от Боинг и НАСА, които много внимателно проучиха този апарат. С ефекти, защото LRV, който мисиите Apollo 15, 16 и 17 използваха за обиколка на Луната, имаше много решения, взети от хибрида Lohner-Porsche Mixte.

Историята на хибридите е доста дълга, така че нека да преминем направо към настоящето от самото начало. Хибридите, каквито ги познаваме, станаха популярни едва в края на 90-те години, когато Toyota Prius навлезе на японския пазар. Тогава за първи път - през 1997 г. - се използва името "Toyota Hybrid System", което по-късно става "Hybrid Synergy Drive". Как са изглеждали отделните поколения?

Първата Toyota Prius - хибридна система на Toyota

Вече знаем, че идеята за хибриден автомобил не е нова. Отне обаче повече от 100 години, за да стане тази концепция наистина популярна. Toyota Prius стана първият масово произвеждан хибриден автомобил. Може би затова всички хибриди са ясно свързани с Prius. Но нека да разгледаме техническите решения.

Въпреки че производството на Prius започва през 1997 г., тази част от продажбите е само за японския пазар. Износът за други пазари, главно САЩ, започва едва през 2000 г. Експортният модел NHW11 обаче е леко подобрен от своя предшественик (NHW10).

Под капака на японския хибрид имаше 1.5 VVT-i двигател с променливо газоразпределение, работещ по цикъла на Аткинсън. Предположенията бяха горе-долу същите като сега - бензиновият двигател се поддържаше от два електрически мотора - единият работеше като генератор, а другият задвижваше колелата. Планетарната предавка, която служи като безстепенна CVT трансмисия, отговаря за правилното разпределение на работата на двигателите.

Това не беше много бърза кола, с мощност от 58 к.с. и 102 Нм при 4000 об./мин. Следователно ускорението беше доста скромно, както и максималната скорост от 160 км / ч. Това, което ме радваше, беше ниският разход на гориво, който средно можеше да падне под 5 л / 100 км.

Във версията NHW11 повечето от компонентите са подобрени, за да осигурят по-добра производителност. Мощността на електромотора е увеличена с 3 kW, а въртящият момент с 45 Nm. Механичните загуби са намалени и шумът е намален. Максималните обороти на двигателя също са увеличени с 500 об/мин.

Първият Prius обаче не беше без недостатъци - не беше толкова надежден като днешните модели, имаше проблеми с прегряването на батериите и някои електрически компоненти (като електрическия мотор) бяха твърде шумни.

Prius II, или Hybrid Synergy Drive

През 2003 г. се появява друг Prius с второ поколение THS двигател. Първо се нарича Hybrid Synergy Drive. Преди да навлезем в шофирането, си струва да споменем емблематичната форма. Той не е възникнал от нулата и дори има собствено име - "Kammbak". Разработен е през 30-те години на миналия век от аеродинамичния инженер Вунибалд Кам. Каросерията с висок, изрязан гръб е по-рационализирана, няма турбуленция зад колата.

Докато работи върху второто поколение Prius, Toyota регистрира цели 530 патента. Въпреки че концепцията като такава беше подобна на устройството THS, само в HSD възможностите на дисковата система бяха правилно използвани. Потенциалът на електродвигателя и двигателя с вътрешно горене беше изравнен, за разлика от по-ранната идея, която беше да се увеличи мощността на двигателя с вътрешно горене, за да се увеличи производителността. Вторият Prius стартира и ускорява отчасти с помощта на електрически мотор. Мощността на електрическата част на задвижването се увеличава с 50%.

Това поколение видя и въвеждането на електрически климатичен компресор, който не изискваше двигател с вътрешно горене за охлаждане или отопление на интериора. Така си е останало и до днес. Prius също получи по-леки NiMH батерии през 2003 г. Броят на клетките е намален и плътността на електролита е увеличена. Също така в този модел за първи път беше въведен режимът EV, който ви позволява да шофирате само на електрическия мотор.

Lexus разработи свои собствени варианти на задвижването на това поколение. През 2005 г. той приложи друг електрически мотор към задния мост и по този начин създаде хибрид със задвижване на всички колела. Третият двигател работеше независимо от командата към предния мост - въпреки че, разбира се, беше управляван от контролер, който регулира въртящия момент и разликата в скоростта.

Първите Lexus GS 450h и LS 600h показаха как HSD може да работи заедно с мощни двигатели и задвижване на задните колела. Тази система беше още по-сложна - особено в областта на предаването. Планетарна скоростна кутия Ravigneaux с четири вала, два съединителя, които променят предавателното отношение на втория двигател спрямо колелата - не беше ясно да навлизам в подробности. Това трябва да обясни машинният инженер.

Hybrid Synergy Drive III

Стигаме до предпоследното поколение на хибридното задвижване. Тук се случи истинска революция. Сменени 90% части. Двигателят с вътрешно горене увеличи работния обем до 1.8 литра, но електрическите двигатели бяха намалени. Мощността се увеличава до 136 к.с., докато разходът на гориво намалява с 9%. В това поколение можехме да избираме режим на шофиране - нормален, еко и динамичен.

HSD има фиксирано предавателно отношение, така че планетарната предавка, макар и подобна на CVT, е нещо съвсем различно. Външният пръстен на предавката е моторът MG2, слънчевата предавка е моторът MG1, а ICE е свързан с "планети". Водачът може по някакъв начин да повлияе на работата на двигателя с вътрешно горене и електрическия мотор, но педалът на газта се използва само за комуникация с компютъра. Казваме как искаме да ускорим, а компютърът ще изчисли какви са пътните условия и как най-ефективно да съчетаем работата на електродвигателя и двигателя с вътрешно горене.

Toyota C-HR или HSD IV

Четвъртото поколение на задвижването се появи ... в четвъртото поколение на Prius. Въпреки това, той вече успя да се вкорени в други модели - например в C-HR. Квартетът се опира до голяма степен на HSD III, но изстисква още повече от него с по-малък разход на гориво. „Повече“ обаче не означава мощност, тъй като тя е намалена до 122 к.с.

На първо място са подобрени характеристиките на зареждане на батериите – новите хибриди са в състояние да поемат големи дози енергия за по-кратко време. Инверторът има отделна система за охлаждане и заема 30% по-малко място. Планетарната предавка се заменя с цилиндрична. Цялата скоростна кутия е преработена, така че генерира 20% по-малко отпадъци.

Обобщение

Видяхме части от пътя на Toyota към превозни средства, които съчетават предимствата на електрическите двигатели с гъвкавостта на двигателите с вътрешно горене. Но не самият диск се променя. Концепцията за хибридна кола също се променя. Този отдавна не е Prius и си проправя път към автомобили, които изглеждат малко по-конвенционални. Хибридите постепенно стават част от ежедневието. Виждаме ги навсякъде в големите градове. 

Един от тях е Toyota C-HR, който ще се хареса на тези, които искат да се движат из града в интересен кросоувър, но ценят ниския разход на гориво и безшумността. Налице е също така нарастващо осъзнаване на необходимостта от намаляване на замърсяването - и макар че автомобилите не са източникът на цялото зло тук, те са част от него, така че трябва да се направи нещо по въпроса. Toyota отбелязва значителен ръст в продажбите на хибридни автомобили на годишна база. Не благодарение на Prius - благодарение на автомобили като Auris или C-HR - все още налични в портфейла, в обичайната опаковка, но с подобрено задвижване, чиято добавена стойност е доказана надеждност.

Кога е следващото поколение? ние не знаем Сигурно ще изчакаме още няколко години. Задвижването на най-новите хибриди на Toyota обаче вече достига невероятно високо ниво на усъвършенстване.