Небагато історії — як розвивався гібридний привід Toyota?

Ми вже деякий час ганяємо C-HR у редакції. Щодня ми цінуємо переваги гібридного приводу у місті, але якийсь час нам було цікаво, який шлях пройшов Hybrid Synergy Drive, перш ніж він прийшов до новітньої моделі? Якщо вам також цікаво – читайте далі.

Ви коли-небудь думали, як далеко зайшла історія гібридних приводів? Всупереч видимому, цей тип винаходів не є областю останніх десятків або років. Перший патент на систему приводу з використанням двигуна внутрішнього згоряння та електродвигуна належав Вільяму Х. Паттону, і він з'явився… до 128 років тому! У цьому патенті було розроблено автомобіль Patton Motor Car, гібридна трансмісія, яка використовувалася для живлення трамваїв та невеликих локомотивів. У 1889 році було створено прототип, а через вісім років серійний варіант локомотива було продано залізничній компанії.

Роком раніше Phaeton викотився на дороги до канатної дороги Паттона. Ні, не цей Volkswageno-Bentley. Армстронг Фаетон. Напевно перший гібридний автомобіль, а точніше інвалідне крісло, в історії. На борту стояв 6,5-літровий 2-циліндровий двигун внутрішнього згоряння та електродвигун. Маховик також діяв як динамомашина, яка заряджала акумулятор. Armstrong Phaeton вже тоді відновлював енергію від гальмування, але трохи інакше, ніж сьогоднішні гібриди. Електродвигун використовувався для живлення ламп та запуску двигуна внутрішнього згоряння, і, можливо, в цьому не було б нічого дивного, якби не той факт, що він випередив автоматичний стартер Cadillac на 16 років.

Зацікавлені? Як щодо 3-ступінчастої напівавтоматичної коробки передач? Передачі не доводилося повністю міняти вручну. Задовго до того, як були винайдені синхронізатори та техніка подвійного зчеплення була забута, електродвигун приводив у дію зчеплення автоматично при перемиканні передач. Однак двигун Armstrong Phaeton був надто потужним. Він постійно ушкоджував дерев'яні колеса, що згодом було усунуто додаванням до колес підсилення.

Фердинанд Порше теж мав заслуги історія автомобілів. Lohner-Porsche Mixte Hybrid — автомобіль, який у пізніших версіях рухався електродвигунами — по одному на кожне колесо. Ці двигуни живилися від акумуляторів та крутного моменту двигуна внутрішнього згоряння. Цей транспортний засіб міг перевозити до чотирьох осіб і пересуватися лише за рахунок сили електрики або з використанням двигуна внутрішнього згоряння.

Звучить чудово? Не повністю. Акумулятори Mixte складалися з 44 80-вольтових елементів та важили 1,8 тонни. Ланки були не дуже міцними, тому їх закривали у відповідному корпусі та підвішували на пружинах. Втім, це сама батарея, а давайте додамо до неї багато електродвигунів. Винахід Лонера та Порше важило понад 4 тонни. Хоча з сьогоднішнього погляду це виглядає як повна осічка, Mixte змусив задуматися багатьох інженерів. Наприклад, ті з Боїнга та НАСА, які дуже уважно вивчили цей апарат. З ефектами, тому що місяцехід LRV, який учасники місій Аполлон 15, 16 і 17 використали для пересування Місяцем, мав багато рішень, взятих з гібриду Lohner-Porsche Mixte.

Історія гібридів досить довга, тому перейдемо одразу до сучасності із самого початку. Гібриди, якими ми їх знаємо, стали популярними лише наприкінці 90-х, коли на японський ринок вийшла Toyota Prius. Саме тоді вперше — 1997 року — було використано назву Toyota Hybrid System, яка згодом стала Hybrid Synergy Drive. Як виглядали окремі покоління?

Перша Toyota Prius - Toyota Hybrid System

Ми вже знаємо, що ідея гібридного автомобіля не є новою. Однак знадобилося понад 100 років, щоб ця концепція стала справді популярною. Toyota Prius стала першим серійним гібридним автомобілем Можливо тому всі гібриди чітко асоціюються з Prius. Але подивимося на технічні рішення.

Хоча виробництво Prius почалося 1997 року, ця частина продажів призначалася лише японського ринку. Експорт на інші ринки, переважно в США, розпочався лише 2000 року. Проте експортну модель NHW11 трохи модернізували порівняно зі своїм попередником (NHW10).

Під капотом японського гібрида знаходився двигун 1.5 VVT-i із змінними фазами газорозподілу, що працював за циклом Аткінсона. Припущення були більш-менш такими ж, як і зараз - бензиновий двигун підтримували два електродвигуни - один працював як генератор, а інший рухав колеса. Планетарна передача, що служила безступінчастою коробкою передач CVT, відповідала за правильний розподіл роботи двигунів.

Це був не дуже швидкий автомобіль, з вихідною потужністю 58 л. та 102 Нм при 4000 об/хв. Тому прискорення було досить скромним, як і максимальна швидкість, що становила 160 км/год. Що порадувало, так це низька витрата палива, яка в середньому могла опускатися нижче 5 л/100 км.

У версії NHW11 більшість компонентів було покращено для забезпечення більш високої продуктивності. Потужність електродвигуна збільшилася на 3 кВт, а момент, що крутить, — на 45 Нм. Було знижено механічні втрати та знижено шум. Максимальна частота обертання двигуна також була збільшена на 500 об/хв.

Перший Prius, однак, не був вільний від недоліків – він не був таким надійним, як сьогоднішні моделі, були проблеми з перегріванням акумуляторів, а деякі електричні компоненти (наприклад електродвигун) були занадто гучними.

Prius II, або Hybrid Synergy Drive

У 2003 році з'явився ще один Prius із двигуном THS другого покоління. Вперше він отримав назву Hybrid Synergy Drive. Перш ніж ми перейдемо до драйву, варто згадати культову форму. Він виник не на порожньому місці і навіть має власну назву – Камббак. Він був розроблений у 30-х роках інженером-аеродинаміком Вунібальдом Каммом. Кузов з високою, зрізаною задньою частиною більш обтічний, позаду автомобіля немає турбулентності.

Працюючи над другим поколінням Prius, Toyota зареєструвала 530 патентів. Хоча концепція як така була схожа на накопичувач THS, тільки в HSD можливості дискової системи були використані належним чином. Потенціал електродвигуна та двигуна внутрішнього згоряння було зрівняно, на відміну від більш ранньої ідеї, яка полягала у збільшенні потужності двигуна внутрішнього згоряння для підвищення продуктивності. Другий Prius заводився і частково розганявся за допомогою електродвигуна. Потужність електричної частини приводу збільшено на 50%.

У цьому поколінні також було представлено електричний компресор кондиціонера, якому не потрібен двигун внутрішнього згоряння для охолодження або обігріву салону. Так лишилося до сьогодні. Prius також отримав більш легкі нікель-металогідридні батареї у 2003 році. Кількість осередків була зменшена, а щільність електроліту збільшена. Також саме в цій моделі вперше з'явився режим EV, що дозволяє їздити лише на електродвигуні.

Lexus розробив власні варіанти силового агрегату цього покоління. У 2005 році він застосував ще один електромотор на задню вісь і таким чином створив гібрид із повним приводом. Третій двигун працював незалежно від команди на передню вісь — хоча, звичайно, ним керував контролер, що регулює момент, що крутить, і диференціал швидкостей.

Перші Lexus GS 450h та LS 600h показали, як HSD може працювати разом із потужними двигунами та заднім приводом. Ця система була ще складнішою — особливо в галузі трансмісії. Планетарний редуктор Ravigneaux з чотирма валами, двома зчепленнями, що змінюють передатне число другого двигуна щодо коліс – вдаватися до подробиць можна було незрозуміло. Це має пояснити інженер-механік.

Гібридний синергетичний привід III

Доходимо до передостаннього покоління гібридного приводу. Тут відбулася справжня революція. Замінено 90% деталей. ДВЗ збільшив робочий об'єм до 1.8 л, а ось електромотори зменшили. Потужність зросла до 136 к.с., при цьому витрати пального знизилися на 9%. У цьому поколінні ми змогли вибрати режим водіння – нормальний, еко та динамічний.

HSD має фіксоване передатне число, тому планетарна передача, хоч і схожа на варіатор, є чимось зовсім іншим. Зовнішнє кільце зубчастого зачеплення - двигун MG2, сонячна шестерня - двигун MG1, а ДВС підключений "планетами". Водій може якось впливати на роботу ДВЗ та електродвигуна, але педаль акселератора використовується тільки для зв'язку з ЕБУ. Ми говоримо, як би ми хотіли розігнатися, а комп'ютер розрахує, які дорожні умови та як найефективніше поєднати роботу електродвигуна та двигуна внутрішнього згоряння.

Toyota C-HR або HSD IV

Четверте покоління приводу з'явилося у четвертому поколінні Пріуса. Втім, він уже встиг прижитися і в інших моделях, наприклад, у C-HR. "Четвірка" сильно спирається на HSD III, але вичавлює з нього ще більше при меншій витраті палива. Однак «більше» не означає потужність, оскільки вона була знижена до 122 л.

Насамперед покращено зарядні характеристики акумуляторів — нові гібриди здатні поглинати великі дози енергії за короткий час. Інвертор має окрему систему охолодження та займає на 30% менше місця. Планетарний редуктор замінений на циліндричний. Вся коробка була перероблена, тому вона генерує на 20% менше втрат.

підсумовування

Ми познайомилися з частинами шляху Toyota до автомобілів, які поєднують переваги електродвигунів з універсальністю двигунів внутрішнього згоряння. Однак змінюється не сам диск. Змінюється і концепція гібридного автомобіля. Цей вже давно перестав бути надбанням Prius і проникає в автомобілі, які виглядають трохи звичайнішими. Гібриди поступово стають частиною повсякденного життя. Ми бачимо їх всюди у великих містах. 

Одним з них є Toyota C-HR, який сподобається тим, хто хоче пересуватися містом на цікавому кросовері, але цінує низьку витрату палива та безшумність. Також зростає усвідомлення необхідності зменшення забруднення — і хоча автомобілі тут не є джерелом усього зла, вони є його частиною, тому треба щось робити. Toyota фіксує значне зростання продажів автомобілів з гібридним приводом рік у рік. Не завдяки Prius – завдяки таким автомобілям, як Auris або C-HR – все ще доступні по гаманцю, у звичайній упаковці, але з удосконаленим приводом, додана вартість якого – перевірена надійність.

Коли наступне покоління? Ми цього не знаємо. Напевно, зачекаємо ще кілька років. Однак трансмісія останніх гібридів Toyota вже досягає неймовірно високого рівня складності.