Lidt historie – hvordan udviklede Toyotas hybriddrev sig?

Vi har kørt C-HR på redaktionen i et stykke tid nu. Hver dag værdsætter vi fordelene ved hybriddrev i byen, men i et stykke tid spekulerede vi på, hvor langt Hybrid Synergy Drive gik, før det kom til den nyeste model? Hvis du også er interesseret, så læs videre.

Har du nogensinde spekuleret på, hvor langt historien om hybriddrev er kommet? I modsætning til tilsyneladende er denne type opfindelse ikke de sidste årtiers domæne eller deromkring. Det første patent på et drivsystem med en forbrændingsmotor og en elektrisk motor tilhørte William H. Patton, og det dukkede op ... før 128 år siden! Dette patent udviklede Patton Motor Car, en hybrid drivlinje, der blev brugt til at drive sporvogne og små lokomotiver. I 1889 blev en prototype skabt, og otte år senere blev serieversionen af ​​lokomotivet solgt til jernbaneselskabet.

Et år tidligere rullede Phaeton ud på vejene før Pattons kabelbaneproduktion. Nej, ikke denne Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaeton. Formentlig den første hybridbil, eller rettere sagt en kørestol, i historien. Om bord var en 6,5-liters 2-cylindret forbrændingsmotor samt en elmotor. Svinghjulet fungerede også som en dynamo, der opladede batteriet. Armstrong Phaeton fik allerede energi fra bremsning, men på en lidt anden måde end nutidens hybrider. Den elektriske motor blev brugt til at drive lamper og starte forbrændingsmotoren, og det ville måske ikke have været overraskende, hvis ikke for det faktum, at den oversteg Cadillacs automatiske starter med 16 år.

Interesseret? Hvad med en 3-trins semiautomatisk gearkasse? Gearene skulle ikke skiftes helt i hånden. Længe før synkronisatorer blev opfundet og dobbeltkoblingsteknikken blev glemt, aktiverede en elektrisk motor koblingen automatisk, når der skiftedes gear. Men Armstrong Phaeton-motoren var... for kraftig. Han beskadigede konstant træhjulene, som efterfølgende blev elimineret ved at tilføje forstærkninger til hjulene.

Ferdinand Porsche havde også sin fortjeneste i bilernes historie. Lohner-Porsche Mixte Hybrid var et køretøj, der i senere versioner blev drevet af elektriske motorer, en for hvert hjul. Disse motorer blev drevet af batterier og drejningsmomentet fra en forbrændingsmotor. Dette køretøj kunne transportere op til fire personer og kun bevæge sig gennem elektricitet eller kun ved hjælp af en forbrændingsmotor.

Lyder godt? Ikke helt. Mixte batterier bestod af 44 80 volt celler og vejede 1,8 tons. Linkene var ikke særlig stærke, så de blev lukket i en passende kuffert og hængt på fjedre. Dette er dog selve batteriet, og lad os tilføje en masse elektriske motorer til det. Opfindelsen af ​​Lohner og Porsche vejede mere end 4 tons. Selvom det fra nutidens synspunkt ligner en fuldstændig fejltænding, fik Mixte mange ingeniører til at tænke. For eksempel dem fra Boeing og NASA, som studerede dette apparat meget omhyggeligt. Med effekter, fordi den LRV, som Apollo 15, 16 og 17 missionerne brugte til at komme rundt om månen, havde mange løsninger hentet fra Lohner-Porsche Mixte hybriden.

Historien om hybrider er ret lang, så lad os gå direkte til nutiden fra begyndelsen. Hybrider, som vi kender dem, blev først populære i slutningen af ​​90'erne, da Toyota Prius kom ind på det japanske marked. Det var dengang, at man for første gang - i 1997 - brugte navnet "Toyota Hybrid System", som senere blev til "Hybrid Synergy Drive". Hvordan så de enkelte generationer ud?

Første Toyota Prius - Toyota Hybrid System

Vi ved allerede, at ideen om en hybridbil ikke er ny. Det tog dog mere end 100 år for dette koncept at blive rigtig populært. Toyota Prius var den første masseproducerede hybridbil. Måske er det derfor, at alle hybrider tydeligvis er forbundet med Prius. Men lad os se på de tekniske løsninger.

Selvom produktionen af ​​Prius begyndte i 1997, var denne del af salget kun til det japanske marked. Eksporten til andre markeder, primært USA, begyndte først i 2000. Eksportmodellen NHW11 er dog blevet lidt opgraderet i forhold til forgængeren (NHW10).

Under motorhjelmen på den japanske hybrid var en 1.5 VVT-i-motor med variabel ventiltiming, der fungerede på Atkinson-cyklussen. Forudsætningerne var mere eller mindre de samme, som de er nu - benzinmotoren blev understøttet af to elektriske motorer - den ene fungerede som generator, og den anden drev hjulene. Planetgearet, der fungerede som en trinløs CVT-transmission, var ansvarlig for den korrekte fordeling af motorernes arbejde.

Det var ikke en særlig hurtig bil, med en effekt på 58 hk. og 102 Nm ved 4000 o/min. Derfor var accelerationen ret beskeden, ligesom den maksimale hastighed på 160 km/t. Det, der glædede mig, var det lave brændstofforbrug, som i gennemsnit kunne komme under 5 l/100 km.

I NHW11-versionen er de fleste af komponenterne blevet forbedret for at give bedre ydeevne. Elmotorens effekt er øget med 3 kW og momentet med 45 Nm. Mekaniske tab er blevet reduceret, og støjen er reduceret. Det maksimale motoromdrejningstal er også øget med 500 o/min.

Den første Prius var dog ikke fejlfri – den var ikke så pålidelig som nutidens modeller, der var problemer med batterier, der overophedede, og nogle elektriske komponenter (såsom elmotoren) var for høje.

Prius II eller Hybrid Synergy Drive

I 2003 dukkede endnu en Prius op med en anden generation af THS-motor. Det blev først kaldt Hybrid Synergy Drive. Inden vi går ind i køreturen, er det værd at nævne den ikoniske form. Den er ikke opstået fra bunden og har endda sit eget navn - "Kammbak". Den blev udviklet i 30'erne af aerodynamisk ingeniør Wunibald Kamm. Karosseriet med en høj, nedskæring er mere strømlinet, der er ingen turbulens bag bilen.

Mens Toyota arbejdede på anden generation af Prius, registrerede Toyota hele 530 patenter. Selvom konceptet som sådan lignede THS-drevet, var det kun i HSD'en, at disksystemets muligheder blev korrekt brugt. Potentialet for elmotoren og forbrændingsmotoren blev udlignet, i modsætning til den tidligere idé, som var at øge forbrændingsmotorens kraft for at øge produktiviteten. Den anden Prius startede og accelererede delvist ved hjælp af en elektrisk motor. Effekten af ​​den elektriske del af drevet øges med 50%.

Denne generation så også introduktionen af ​​en elektrisk klimakompressor, der ikke krævede en forbrændingsmotor til at køle eller opvarme kabinen. Sådan har det været den dag i dag. Prius modtog også lettere NiMH-batterier i 2003. Antallet af celler er blevet reduceret, og elektrolyttens tæthed er blevet øget. Det var også i denne model, at EV-tilstanden først blev introduceret, som giver dig mulighed for kun at køre på elmotoren.

Lexus udviklede sine egne varianter af denne generations drivlinje. I 2005 påsatte han en anden elmotor på bagakslen og skabte dermed en hybrid med firehjulstræk. Den tredje motor fungerede uafhængigt af kommandoen til forakslen – selvom den selvfølgelig blev styret af en controller, der regulerer moment og hastighedsdifferens.

De første Lexus GS 450h og LS 600h viste, hvordan HSD kan arbejde sammen med kraftfulde motorer og baghjulstræk. Dette system var endnu mere komplekst - især inden for transmission. Ravigneaux planetgearkasse med fire aksler, to koblinger, der ændrer gearforholdet på den anden motor i forhold til hjulene - det var ikke klart at gå i detaljer. Dette bør forklares af maskiningeniøren.

Hybrid Synergy Drive III

Vi når den næstsidste generation af hybriddrevet. Det var her, en reel revolution fandt sted. Udskiftet 90% af delene. Forbrændingsmotoren øgede arbejdsvolumen til 1.8 liter, men elmotorerne blev reduceret. Effekten steg til 136 hk, mens brændstofforbruget faldt med 9%. I denne generation var vi i stand til at vælge en køretilstand - normal, øko og dynamisk.

HSD'en har et fast gearforhold, så planetgearet, selvom det ligner en CVT, er noget helt andet. Den ydre ring af gearingen er MG2-motoren, solgearet er MG1-motoren, og ICE er forbundet med "planeter". Føreren kan på en eller anden måde påvirke driften af ​​forbrændingsmotoren og elmotoren, men speederpedalen bruges kun til at kommunikere med computeren. Vi siger, hvordan vi gerne vil accelerere, og computeren vil beregne, hvad vejforholdene er, og hvordan man mest effektivt kan kombinere elmotorens og forbrændingsmotorens arbejde.

Toyota C-HR eller HSD IV

Den fjerde generation af drevet dukkede op ... i den fjerde generation af Prius. Han har dog allerede formået at slå rod i andre modeller – for eksempel i C-HR. Kvartetten læner sig meget op af HSD III, men presser endnu mere ud af den med mindre brændstofforbrug. "mere" betyder dog ikke effekt, da den er reduceret til 122 hk.

Først og fremmest er batteriernes opladningsegenskaber blevet forbedret – nye hybrider er i stand til at optage store doser energi på kortere tid. Inverteren har et separat kølesystem og fylder 30 % mindre. Planetgearet er erstattet af et cylindrisk. Hele gearkassen er blevet redesignet, så den genererer 20 % mindre spild.

Summation

Vi har set dele af Toyotas rejse til biler, der kombinerer fordelene ved elektriske motorer med forbrændingsmotorers alsidighed. Det er dog ikke selve disken, der ændrer sig. Konceptet for en hybridbil er også under forandring. Denne er for længst ophørt med at være en Prius og er på vej ind i biler, der ser lidt mere konventionelle ud. Hybrider bliver efterhånden en del af hverdagen. Vi ser dem overalt i storbyerne. 

En af dem er Toyota C-HR, som vil appellere til dem, der ønsker at bevæge sig rundt i byen i en interessant crossover, men værdsætter lavt brændstofforbrug og lydløshed. Der er også en voksende bevidsthed om behovet for at reducere forureningen – og selvom biler ikke er kilden til alt ondt her, er de en del af det, så det skal der gøres noget ved. Toyota registrerer betydelig vækst i salget af hybridbiler år til år. Ikke takket være Prius - takket være biler som Auris eller C-HR - stadig overkommelig i pengepungen, i en konventionel pakke, men med en avanceret drivlinje, hvis merværdi er dokumenteret pålidelighed.

Hvornår er den næste generation? Vi ved det ikke. Vi venter nok nogle år endnu. Drivlinjen i de nyeste Toyota-hybrider er dog allerede ved at nå et utroligt højt niveau af sofistikering.