Co warto wiedzieć o napędzie hybrydowym Toyoty
Hybrydy są obecne na rynku już od ponad 20 lat i w tym czasie zadebiutowały cztery generacje napędu hybrydowego Toyoty. Każda z nich przynosiła nowe rozwiązania techniczne i znacząco większą wydajność. Napęd czwartej generacji pojawił się na rynku wraz z Priusem w 2015 roku i od tamtej pory trafił do sporej grupy różnych modeli – od kompaktowej Corolli po średniej wielkości SUV-a RAV4. Jego opracowanie wiąże się z nową globalną technologią projektowania i produkcji samochodów, zwaną TNGA, dlatego choć ogólna zasada konstrukcji układu hybrydowego jest taka sama jak w pierwszym Priusie z 1997 roku, napęd hybrydowy czwartej generacji przynosi prawdziwą rewolucję, która przekłada się na konkretne oszczędności. Oto co warto wiedzieć o napędzie hybrydowym, zbudowanym w modułowej architekturze TNGA.
Silniki spalinowe mają tę wadę w porównaniu do elektrycznych, że ich sprawność jest na dość niskim poziomie. Sprawność silnika benzynowego wynosi przeciętnie trzydzieści kilka procent, podczas gdy 90-procentowa sprawność motoru elektrycznego nie jest niczym nadzwyczajnym. Dlatego połączenie obu tych jednostek w jeden układ hybrydowy ma wiele zalet. Można podnieść sprawność całego układu dzięki odzyskiwaniu energii z hamowania oraz wysokiej wydajności silnika elektrycznego.
Inżynierowie Toyoty jednak na tym nie poprzestali. Nowe silniki benzynowe Dynamic Force, wykorzystywane w układach hybrydowych, mają rekordową sprawność na poziomie 40-41%. Co więcej, ich moment obrotowy jest wyższy w całym zakresie prędkości obrotowych, co zwiększa ich elastyczność.
Silnik Dynamic Force wykorzystuje systemy D-4S, Dual VVT-i z VVT-iE oraz gniazda zaworowe z powłoką napylaną laserowo. Znany z wcześniejszych motorów Toyoty układ bezpośredniego wtrysku paliwa D-4S otrzymał nowe, wielootworkowe dysze wtryskiwaczy bezpośrednich, które zmniejszają zużycie paliwa i poprawiają czystość spalin. System opiera się zarówno na wtrysku bezpośrednim do komór spalania (DI), jak i pośrednim do kolektora, dostosowując metodę zasilania odpowiednio do warunków jazdy. Podwójny system zmiennych faz rozrządu wykorzystuje po stronie dolotowej układ VVT-iE, który wykorzystuje silnik elektryczny zamiast ciśnienia oleju do sterowania zmiennymi fazami rozrządu i VVT-i po stronie wydechowej. Ogranicza to zużycie paliwa nawet przy pracy na wolnych obrotach w niskich temperaturach.
Kiedy napęd hybrydowy czwartej generacji zadebiutował na rynku wraz z nowym Priusem, okazało się, że jest on o 15% bardziej wydajny niż układ napędowy Priusa 3. generacji. Czy 15% to dużo? Dość powiedzieć, że według nowych, bardzo restrykcyjnych norm Unii Europejskiej między rokiem 2025 a 2029 emisje CO2 z samochodów osobowych i dostawczych muszą być niższe o 15% w porównaniu do 2021 roku. Cały wysiłek redukcyjny zostanie rozdzielony między producentów według średniej wielkości ich parku samochodowego. Toyota wykazuje w tej kwestii bardzo duże zaangażowanie - w końcu to ta marka jako pierwsza wprowadziła na rynek seryjny samochód hybrydowy, a w ubiegłym roku wykazała się najniższą średnią emisją spalin sprzedanych przez siebie samochodów na europejskim rynku ze wszystkich dużych producentów - czyli takich, które oferują pełną gamę modeli.
Aby uzyskać obniżenie zużycia paliwa o 15%, zespół inżynierów odpowiedzialnych za budowę napędu hybrydowego skupił się na każdym elemencie z osobna. Przekładnia i silniki elektryczne zostały jeszcze bardziej zintegrowane i są o 6% lżejsze oraz o 12% mniejsze, a ich straty energii zredukowano o 20%. Jednostka sterująca PCU jest o 11% lżejsza, o 33% mniejsza i generuje o 20% mniej strat energii. Bateria niklowo-wodorkowa jest o 10% mniejsza, dlatego udało się ją zmieścić pod tylną kanapą i nie zajmuje miejsca pod podłogą bagażnika. Za to jej pojemność energetyczna wzrosła o 28%.
Nieładowane z gniazdka samochody hybrydowe mają stosunkowo niewielkie baterie trakcyjne (w porównaniu z autami elektrycznymi), które jednorazowo pozwalają na przejechanie na samym silniku elektrycznym kilka kilometrów. Zatem skąd tak spektakularny wynik? Jak to możliwe, że z kilku kilometrów robi się nawet połowa pokonanego dystansu w bezemisyjnym trybie elektrycznym?
Rozwiązaniem zagadki jest, że bateria trakcyjna jest doładowywana na bieżąco podczas jazdy. Każde przyhamowanie czy choćby puszczenie pedału gazu powoduje uruchomienie generatora, który spowalnia auto i doładowuje baterię. Silnik benzynowy jest wyłączony kiedy tylko się da - podczas spokojnej jazdy ze stałą prędkością, dryfowania bez wciśniętego pedału gazu czy postoju, na przykład na światłach - jeśli tylko pozwala na to stopień naładowania baterii.
W niektórych badaniach czas jazdy na samym silniku elektrycznym dochodzi nawet do 70%. Takie wyniki uzyskali naukowcy z Uniwersytetu Rzymskiego. Stolica Włoch jest znana z dużych korków, a wolna jazda i częste hamowanie sprzyjają odzyskiwaniu energii i wykorzystaniu motoru elektrycznego. Można więc powiedzieć, że współczesna hybryda to samochód półelektryczny, który jednak nie wymaga ładowania.
W czwartej generacji napędu hybrydowego inżynierowie Toyoty specjalnie tak zaprogramowali działanie układu, żeby silnik benzynowy działał jak najrzadziej. Jednocześnie komputer dba o to, żeby bateria trakcyjna nie rozładowała się poniżej bezpiecznego poziomu 20%. Naładowanie jej do końca również nie jest możliwe - dzięki temu akumulator ma znacznie dłuższą żywotność.
Napęd hybrydowy czwartej generacji powstał w modułowej architekturze TNGA, którą Toyota wprowadza od kilku lat do niemal wszystkich swoich modeli i fabryk. Dzięki temu te same elementy mogą być montowane w różnych modelach, co pozwala zmniejszyć zapasy magazynowe i grupować produkcję samochodów podobnej wielkości blisko siebie. Co ciekawe, maszyny i roboty fabryczne również są modułowe i ruchome - dzięki temu można łatwo przystosować linię produkcyjną do zmian i częściej wprowadzać do modelu nowe elementy wyposażenia oraz innowacje.
Jaki to ma związek z posiadaniem hybrydy? Przekłada się to oczywiście na niższe koszty produkcji, dzięki czemu auto może być wyposażone w zaawansowane udogodnienia w standardzie. Świetnym przykładem jest standardowy dla wszystkich wersji wyposażenia nowej Corolli pakiet systemów bezpieczeństwa czynnego Toyota Safety Sense drugiej generacji, obejmujący m.in. system antykolizyjny z automatycznym hamowaniem awaryjnym oraz inteligentny tempomat adaptacyjny. Wspólne części dla różnych modeli przekładają się także na niższe koszty serwisu oraz mniejsze ryzyko awarii.
Napęd hybrydowy to uniwersalne rozwiązanie, dostępne w samochodach z wielu różnych segmentów i o wszystkich trzech typach przeniesienia napędu - w uniwersalnych autach z napędem na przód, sportowych z napędem na tylną oś i samochodach 4x4. Hybrydowy napęd na cztery koła to bardzo ciekawe rozwiązanie, któremu warto poświęcić więcej uwagi.
Do zalet napędu na obie osie nie trzeba nikogo przekonywać - poprawia przyczepność na śliskiej nawierzchni i ułatwia jazdę po wertepach. Z drugiej strony tradycyjny napęd 4x4 zwiększa masę auta i zużycie paliwa. Jeśli jednak zastąpić ciężki wał napędowy i centralny mechanizm różnicowy silnikiem elektrycznym przy tylnej osi, którego współpracę z silnikiem benzynowym i elektrycznym na przednią oś reguluje komputer, wady znikają, a możliwości stają się jeszcze większe. Taka konstrukcja redukuje straty, obniża masę i optymalizuje funkcjonowanie napędu na wszystkie koła w różnych warunkach jazdy. Efekt jest spektakularny. Hybrydowy RAV4 4x2 zużywa średnio 5,5-5,8 l/100 km według badania WLTP, zaś RAV4 Hybrid 4x4 potrzebuje tylko minimalnie więcej, bo 5,6-5,9 l/100 km benzyny.
AWD-i włącza się automatycznie, gdy wymagają tego warunki na drodze. Napęd 4x4 jest dołączany podczas ruszania, przy prędkości do 10 km/h oraz przy wyższych prędkościach, gdy czujniki wykryją śliską nawierzchnię. Rozdział napędu między osie - w zależności od warunków jazdy - waha się między 100:0 a 20:80. Elektryczny system AWD automatycznie optymalizuje swój moment obrotowy w zależności od warunków jazdy - w przypadku nowego RAV4 maksymalna wartość momentu obrotowego, jaki może dotrzeć do tylnych kół, wynosi aż 1300 Nm.
Samochody hybrydowe stają się powoli naszą codziennością. Niemal wszyscy więksi producenci mają je w swojej ofercie, a ich sprzedaż w Polsce rośnie co roku o kilkadziesiąt procent. Ceny hybryd nieładowanych z zewnętrznej sieci są porównywalne z analogicznymi samochodami z silnikiem Diesla, dlatego - wobec coraz lepiej znanych wad silników wysokoprężnych - często zastępują je w garażach polskich kierowców. Z kolei dla managerów flotowych przekonujące są wysokie ceny odsprzedaży hybryd oraz automatyczna skrzynia biegów, która ułatwia pracownikom firmy jazdę po mieście. Napęd hybrydowy wyróżnia też jednak kwestia technologii, która już dziś przybliża nas do przyszłości, kiedy zelektryfikowane samochody zdominują nasze drogi.
