Toyota: Hybridná technológia 4. generácie a blízka budúcnosť s vodíkom (aj na Slovensku)

0

Uplynulý týždeň sme sa zúčastnili tlačovej konferencie, na ktorej sme mohli prvýkrát vidieť úplne novú Toyotu Yaris (reportáž nájdete – TU), pričom sme nevynechali ani technickú časť a predpovede značky do blízkej budúcnosti.

Yaris

Toyota Yaris

Tak sa na to pozrime podrobnejšie, aby ste mali aj vy prehľad o tom, čo ponúka jeden z najstarších výrobcov hybridných automobilov. Toyota je v rámci hybridnej technológie skutočným priekopníkom ­­– hybridné pohonné jednotky ponúka v rámci svojich modelov už od roku 1997, kedy sa začal sériovo vyrábať Prius prvej generácie – ako koncept existuje od roku 1995. Od tohoto roku Toyota napredovala vysokým tempom, zbierala dáta a vylepšovala svoje hybridné sústavy, aby vyzerali tak ako dnes.

Aktuálne má Toyota v ponuke 36 modelov s hybridným pohonom (celosvetovo) a od roku 1997 predala táto automobilka viac ako 15 miliónov hybridných vozidiel, čo vôbec nie je málo. Aby ste mali predstavu ako sa to celé vyvíjalo, tak si pozrite jednoduchú časovú os, na ktorej sú vyznačené najdôležitejšie míľniky značky.

Minulosť je dôležitá, lebo formovala to čo je dnes a presne to nás zaujíma – hybrid 4. generácie.

Ešte predtým si však zopakujme, ako vlastne taký plnohodnotný hybrid funguje – plne hybridný pohon pozostáva zo spaľovacieho motora spojeného s elektromotorom, ktorý podporuje prácu spaľovacej pohonnej jednotky, pričom zaisťuje vyšší výkon a zároveň nižšiu spotrebu – to sa oplatí . Elektromotor rekuperuje energiu vznikajúcu pri brzdení a nadbytočnú energiu, získanú počas jazdy pri stálej rýchlosti, ukladá do akumulátora na neskoršie použitie. Oba druhy pohonu (spaľovací motor + elektromotor) pracujú vo vzájomnej synergii, dopĺňajú sa a ponúkajú lepšiu dynamiku a väčšiu hospodárnosť, než by mohli poskytovať pri samostatnej prevádzke.

Je dôležité vedieť, že batériu v plne hybridnom vozidle nemusíte nabíjať externe, všetko sa deje v rámci interného procesu, kedy sa kinetická energia premieňa na elektrickú – zberom a rekuperáciou. Externe sa nabíjajú iba plug-in-hybridy a čisto elektrické automobily. Z pohľadu ceny, efektivity a životnosti je plnohodnotný hybrid najlepšou alternatívou. Plug-in-hybrid je zložitejší, čistý elektromobil (EV) tiež + je podstatne drahší a mild-hybrid neponúka takú efektivitu ako plnohodnotný hybrid.

Toyota

Toyota

Hybridná technológia 4. generácie (+ nové benzínové motory Dynamic Force) je výsledkom dlhoročných skúseností a neustáleho zberu dát – hybridy od Toyoty najazdia každý deň viac ako 0,5 miliardy kilometrov denne, takže je z čoho čerpať a vyhodnocovať. O hybridnom pohone 4. generácie sme už vo všeobecnosti písali (nižšie nájdete podrobnú rekapituláciu), teraz sa pozrime na konkrétne časti, ktoré majú v hybridnej sústave veľmi dôležitú funkciu.

Výkonový menič (+ invertor) – malý veľký zázrak. Celá hybridná sústava aktuálnej generácie pracuje s napätím 650V, ktoré je dosiahnuté vďaka výkonovému meniču. Ten totiž veľmi efektívne konvertuje jednosmerných 245 V na striedavých 650 V. Aké to má výhody? Batéria môže byť menšia (nepotrebuje toľko článkov), zaberá menej miesta (je pod zadnými sedadlami, takže kapacitu z kufra neuberá), auto je ľahšie, výroba menej nákladná a vo výsledku je možné vďaka výkonovému meniču používať výkonnejšie motory s menším prúdom. Ak by nebol v rámci hybridnej sústavy používaný výkonový menič, tak samotná batéria by bola 2,5 krát väčšia, podstatne ťažšia a drahšia – namiesto 204 článkov by potrebovala až 541 článkov.

Hybridná sústava 4. generácie je prepracovaná do posledného detailu, čoho výsledkom je maximálna efektivita: úspora paliva + nižšie emisie. Určite viete, že európska únia neustále tlačí na znižovanie emisií a výrobcovia nemajú inú možnosť ako tento fakt prijať, rešpektovať a pracovať na tom, aby celkové emisie znížili na minimum a vyhli sa extrémne vysokým pokutám. Toyota má v tomto smere už roky dobre našliapnuté, pričom nešetrí peniaze iba sebe, ale aj koncovým používateľom, ktorí získajú nadštandardne vybavené a bezpečné autá s úspornou pohonnou jednotkou. Ak si myslíte, že hybridná technológia je zložitá a extra drahá, tak sa mýlite, nie je to tak. Je to relatívne jednoduchý systém, ktorý sa odvďačí efektivitou, tichou prevádzkou (v rámci jazdy na čistú elektrinu) a dlhou životnosťou.

Chcete to podrobne? Páči sa, tu je všetko podstatné o hybridnom pohone 4. generácie

1 – Je založený na benzínovom motore s rekordným výkonom. Motory s vnútorným spaľovaním majú v porovnaní s elektromotormi nevýhodu, že ich účinnosť je pomerne nízka. Účinnosť benzínového motora predstavuje priemerne 30 %, zatiaľ čo 90-percentná účinnosť elektromotora nie je ničím výnimočným.  Preto má kombinácia oboch týchto jednotiek v jednom hybridnom systéme mnoho výhod. Účinnosť celého systému možno zvýšiť obnovením energie z brzdenia a vysokej účinnosti elektromotora. Inžinieri Toyoty sa s tým však neuspokojili. Nové benzínové motory Dynamic Force, používané v hybridných systémoch,  majú rekordnú účinnosť na úrovni  40-41 %. Ich krútiaci moment je vyšší v celom rozsahu otáčok, čo zvyšuje ich flexibilitu.

Motor Dynamic Force využíva systémy D-4S, Dual VVT-i a VVT-iE so sedlami ventilov upravenými pomocou laseru.  Systém D-4S s priamym vstrekovaním paliva, známy zo starších  modelov Toyoty, získal nové, viacotvorové vstrekovače, ktoré znižujú spotrebu paliva a zvyšujú čistotu výfukových plynov.  Systém je založený na priamom vstrekovaní do spaľovacích komôr (DI), ako aj nepriamo do kolektora. Energiu motora šetrí aj jeho príslušenstvo, najmä elektrické komponenty, ktoré sa zapínajú podľa potreby. Duálny variabilný systém časovania ventilov využíva elektrický systém VVT-iE na strane prívodu, resp. hydraulický systém VVT-i na strane výfuku. To znižuje spotrebu paliva aj pri nízkych otáčkach a v nízkych teplotách.

2 – Spotrebuje o 15 % menej paliva ako predchádzajúca generácia. Keď hybridný pohon novej generácie debutoval na trhu spolu s novým Priusom, ukázalo sa, že je o 15 % efektívnejší ako systém 3. generácie. Je  to málo či veľa?  Podľa nových reštriktívnych noriem Európskej únie musia byť emisie CO2 z osobných automobilov a úžitkových vozidiel  medzi rokmi  2025 a 2029 o 15 %  nižšie ako v roku 2021.  Celé úsilie o zníženie emisií sa rozdelí medzi výrobcov podľa priemeru ich vozového parku.  Toyota je v tomto smere veľmi aktívna  – ako prvá uviedla na trh sériovo vyrábaný hybridný automobil a v uplynulom roku vykázala najnižšie priemerné emisie vozidiel predávaných na európskom trhu z veľkých výrobcov automobilov (takých, ktorí ponúkajú celý rad modelov).

Na dosiahnutie zníženia spotreby paliva  o 15 % sa tím inžinierov, zodpovedných za konštrukciu hybridného pohonu, sústredil na každý komponent.  Prevodovka a elektromotory sú viac integrované, sú o 6 % ľahšie, o 12 % menšie a ich energetické straty sa podarilo zredukovať  o 20 %. Riadiaca jednotka PCU je o 11 % ľahšia, o 33 % menšia a generuje o 20 % menšie straty energie. Nikel-metal-hydridová batéria je o 10 % menšia, podarilo sa ju umiestniť pod zadné sedadlo, a nezaberá miesto pod podlahou batožinového priestoru. Jej energetická kapacita sa zvýšila o 28 %.

3 – V meste sa pohybuje v elektrickom režime až 80% času jazdy. Hybridy, ktoré nie sú napájané z externého zdroja energie, majú relatívne malé trakčné batérie (v porovnaní s elektromobilmi), ktoré umožňujú  na elektromotore jednorazovo prekonať vzdialenosť niekoľko kilometrov.  Ako je teda možné, že niekoľko kilometrov sa odrazu zmenilo na 80% prekonanej vzdialenosti v bezemisnom elektrickom režime?

Vysvetlenie je jednoduché – trakčná batéria sa automaticky dobíja počas jazdy.  Každé zabrzdenie, alebo hoci aj uvoľnenie plynového pedálu, uvedie do chodu generátor, ktorý spomaľuje auto a dobíja batériu.  Benzínový motor sa vypne vždy, keď je to možné  – pri plynulej jazde a konštantných otáčkach, driftovania bez stlačeného plynového pedálu alebo pri zastavení, napríklad pri svetelnej signalizácii  – ak to umožňuje dostatočne nabitá batéria.

Pri niektorých testoch dosahovala doba jazdy na samotnom elektromotore až 80 %. Takéto výsledky dosiahli vedci z univerzity v Ríme. Hlavné mesto Talianska je známe dopravnými zápchami a časté brzdenie napomáha obnovovanie energie a využívanie elektromotora. Možno povedať, že moderný hybrid je poloelektrické auto, ktoré nevyžaduje nabíjanie.

Pri štvrtej generácii hybridného pohonu inžinieri Toyoty špeciálne naprogramovali systém tak, aby benzínový motor pracoval čo najmenej. Počítač zároveň zabezpečí, že trakčná batéria nebude nikdy vybitá pod bezpečnou úrovňou 20 %. Jej nabitie na 100 % takisto nie je možné a vďaka tomu má batéria oveľa dlhšiu životnosť.

4 – Má modulárny dizajn, ktorý znižuje náklady na výrobu. Hybridný pohon štvrtej generácie bol vyvinutý v modulárnej architektúre TNGA, ktorú Toyota už niekoľko rokov zavádza do takmer všetkých svojich modelov a fabrík. Vďaka tomu môžu byť rovnaké prvky namontované v rôznych modeloch, čo umožňuje zmenšiť zásoby v skladoch a zoskupiť výrobu automobilov podobnej veľkosti blízko seba.  Zaujímavé je, že stroje a fabriky sú tiež modulárne a pohyblivé, takže výrobnú linku možno ľahko prispôsobiť zmenám a častejšie zavádzať do modelu nové prvky výbavy a rôzne inovácie.

Ako to súvisí s hybridom? Tak, že to všetko sa premieta do nižších výrobných nákladov a auto je už v štandarde vybavené vyspelými technológiami.  Vynikajúcim príkladom je štandardná verzia druhej generácie bezpečnostných systémov Toyota Safety Sense pre všetky verzie novej Corolly, vrátane protikolízneho systému s automatickým núdzovým brzdením a inteligentného adaptívneho tempomatu.  Spoločné časti pre rôzne modely sa premietajú aj do nižších nákladov na servis a nižšieho rizika zlyhania.

5 – Hybridný pohon 4×4 je rovnako úsporný. Hybridný pohon je univerzálne riešenie dostupné v automobiloch z rôznych segmentov a pre všetky typy poháňacích sústav – v univerzálnych autách s pohonom predných kolies, športových s pohonom zadných kolies a autách  s pohonom oboch náprav 4×4. Hybridný pohon všetkých kolies je veľmi zaujímavé riešenie, ktorému stojí zato venovať viac pozornosti.

O výhodách pohonu oboch náprav netreba nikoho presviedčať – zlepšuje priľnavosť na klzkom povrchu a uľahčuje jazdu po ťažkom teréne.  Na druhej strane, tradičný pohon 4×4 zvyšuje hmotnosť auta a spotrebu paliva. Ak však nahradíte ťažký hnací hriadeľ a centrálny diferenciál elektromotorom na zadnej náprave, ktorého spoluprácu s benzínovým motorom na prednej náprave reguluje počítač,  nedostatky zmiznú a možnosti sa ešte zväčšia. Takáto konštrukcia znižuje straty, hmotnosť vozidla a optimalizuje fungovanie pohonu všetkých kolies za rôznych jazdných podmienok. Hybridný RAV4 4×2 spotrebuje podľa testu WLTP priemerne  5,5 – 5,8 l/100 km a RAV4 Hybrid 4×4 potrebuje len  o trochu viac benzínu – 5,6 – 5,9 l/100 km.

AWD sa aktivuje automaticky, keď to vyžadujú podmienky na ceste. Pri štarte je pripojený pohon  4×4, pri rýchlostiach do 10 km/h, aj pri vyšších rýchlostiach, keď senzory zaznamenajú klzký povrch.  Rozloženie pohonu medzi nápravami – v závislosti od jazdných podmienok – sa pohybuje medzi 100:0 a 20:80. Elektronický systém AWD automaticky optimalizuje svoj krútiaci moment v závislosti od jazdných podmienok – v prípade nového RAV4 je maximálny krútiaci moment na zadnú nápravu až  1300 Nm.

Hybridných áut na cestách pribúda. V ponuke ich majú takmer všetky významné automobilky  a ich predaj z roka na rok rastie. Hybridný pohon sa jednoducho vyníma svojou technológiou, ktorá už dnes približuje budúcnosť v doprave.

Budúcnosť? Jednoznačne Vodík!

Okrem klasickej hybridnej technológii a nového Yarisu sa na prezentácii spomenul aj model Mirai 2. generácie, čo znamená iba jedno, vodík „klope na dvere“. Je síce pravdou, že Toyota si túto tému ešte necháva „uzamknutú v trezore“, no ako nám zástupcovia značky prezradili, už nebudeme čakať roky – nová Toyota Mirai 2. generácie sa už čoskoro dostane aj na Slovensko. To je obrovský míľnik, na ktorý sa veľmi tešíme. Mirai 2. generácie bude klenot – žiadne fádne línie, ale poriadny progres a útok na estetické cítenie zákazníka. V rámci dizajnového jazyka budú z tohoto modelu sálať stopy Lexusu, čo je dobre.

Zaujímavosťou je, že tím konštruktérov a návrhárov novej Toyoty Mirai tvrdí, že tento model vypúšťa čistejší vzduch ako je ten, ktorý nasáva. Okrem toho má ponúknuť dojazd na úrovni až 500+ km, čo je úctyhodné číslo. Jedno je jasné, blízka budúcnosť bude jednoznačne zaujímavo vodíková a my sa už teraz tešíme na nové modely a ich testy v reálnej prevádzke.

Prečítajte si aj:

Nová Toyota Yaris: Malé veľké auto napratané množstvom technológií!

O autorovi

Svet technológií a automobilov je to, čo ma baví a napĺňa. Z oblasti technológií ma to najviac ťahá k ovociu , dronom, fotoaparátom a inteligentným zariadeniam (IoT). Svet automobilov, ale aj motoriek ma zaujíma od detstva. Priťahuje ma úplne všetko, čo má kolesá. Vo voľnom, ale i pracovnom čase rád fotografujem, cestujem, testujem a píšem.

Pridaj komentár