Japońskie innowacje, które zmieniły świat motoryzacji

Pierwszy na świecie wyścigowy samochód z turbodoładowaniem (1970)

Zwykle innowacyjne rozwiązania trafiają ze sportu wyczynowego do pojazdów seryjnych. W przypadku turbosprężarki było dokładnie odwrotnie. W 1962 roku Oldsmobile zaprezentował model F-85 Jetfire, pierwszy na świecie seryjny osobowy samochód z turbodoładowaniem. Jednak już po dwóch latach auto wycofano z produkcji. Mimo dobrych osiągów pojazd z Detroit borykał się z problemami technicznymi, związanymi głównie z awariami turbosprężarek.

Przez kilka lat żaden z liczących się producentów nie podejmował prób zastosowania turbo w seryjnym wozie. Zaskoczeniem może być fakt, że nie interesowali się nim także konstruktorzy samochodów wyścigowych, choć zalety rozwiązania były znane. Niewykluczone, że odstraszała ich wizja zatartych turbin, które Oldsmobile masowo wymieniał na gwarancji w autach zrozpaczonych klientów.

Impas przełamali konstruktorzy Toyoty, którzy pod koniec lat 60. rozpoczęli prace nad nowymi jednostkami do wyścigowych modeli. Pierwsze wersje wyścigowej Toyoty 7 były napędzane silnikami wolnossącymi. W listopadzie 1969 roku inżynierowie z Toyoty, wsparci przez projektantów z Yamaha Motor Company, rozpoczęli prace nad silnikiem 91E. Pięciolitrowe V8 miało otrzymać "zastrzyk mocy" przez zastosowanie turbo. Ściśle: dwóch turbosprężarek amerykańskiej firmy Garrett AiResearch.

Podczas prób na hamowni uzyskano wynik ponad 850 KM. Ostateczna wersja jednostki Toyota 91E rozwijała 800 KM przy 8000 obr./min. Maksymalny moment obrotowy wynosił 726 Nm przy 7500 obr./min. W ważącej zaledwie 620 kg wyścigowej Toyocie turbo zapewniło znakomite osiągi. Inżynierowie firmy dopracowali system smarowania silnika i turbiny, ograniczając do minimum ryzyko zatarcia.

Pierwsza Toyota 7 Turbo była gotowa w kwietniu 1970 roku. Miała zadebiutować w Grand Prix Japonii na torze Fuji Speedway. Z imprezy wycofał się jednak główny rywal - koncern Nissan z modelem R383. Sytuację skomplikowała także zmiana japońskich przepisów dotyczących norm emisji spalin, obejmujących także samochody sportowe.

Ostatecznie debiut pierwszego na świecie auta wyścigowego z turbodoładowaniem przesunięto na 26 lipca 1970 roku, na wyścig Fuji 1000 km. W trzech prototypach Toyoty 7 Turbo zasiedli utytułowani kierowcy z Teamu Toyoty: Shihomi Hosoya, Minoru Kawai i Hiroyuki Kukidome. Efekt działania turbodoładowania był piorunujący. Jeszcze podczas testów wyścigowe auta Toyoty uzyskały znakomite czasy okrążeń.  Wydawało się, że pierwsze wyścigowe turbo jest w stanie pokonać każdego z rywali.

Niestety 26 sierpnia 1970 roku tragiczna śmierć Minoru Kawai w wypadku na torze Suzuka sprawiła, że Toyota anulowała planowane starty w amerykańskiej serii wyścigów Can-Am i wycofała się z wyścigów torowych. Obecnie egzemplarz modelu 7 Turbo, pierwszego na świecie samochodu wyścigowego wyposażonego w turbodoładowanie, jest eksponowany w Muzeum Toyoty w Nagakute w prefekturze Aichi.

Warto dodać, że kolejne auto z turbodoładowaniem - Porsche 917/30 debiutowało dopiero 2 lata po Toyocie. W latach 70. rozwiązanie to stało się już niemal standardem w samochodach wyścigowych, takich jak np. Porsche 935/78 Moby Dick czy BMW 320 Turbo IMSA Grupy 5. Szlak dla turbo w sporcie przetarła jednak Toyota.

Pierwszy elektroniczny tranzystorowy układ zapłonowy w seryjnym samochodzie (1967)

Od początków motoryzacji walka o dobry mechanizm zapłonu spędzała sen z powiek tysięcy konstruktorów, inżynierów i techników. Pierwsze systemy zapłonowe, które można nazwać elektronicznymi, powstały jeszcze w latach 40. i 50. w USA i Wielkiej Brytanii. W połowie lat 50. firma Lucas zastosowała mało doskonały system tego rodzaju w samochodach wyścigowych BRM i Coventry Climax. Wyzwanie podjął także koncern Delco - dostawca komponentów elektronicznych dla GM oraz Forda. Nadal jednak były to konstrukcje montowane wyłącznie w pojazdach wyścigowych. Jednostkowa produkcja oznaczała ich wysoką cenę, a skuteczność była daleka od doskonałości.

Nad zastąpieniem klasycznego mechanicznego układu zapłonowego pracowano także w Europie. Tu także nie udało się jednak osiągnąć pełnej niezawodności. Ponadto dość zawodna elektronika nie dawała nadziei na montaż w seryjnie produkowanych samochodach.

Przełomem okazało się wynalezienie i zastosowanie tyrystorów i tranzystorów. W latach 60. dostawcy komponentów elektronicznych oferowali elektroniczne układy zapłonowe do samodzielnego montażu. Z uwagi na wysoką cenę korzystali z nich głównie zawodnicy rajdowi i firmy tuningowe.

Toyota rozpoczęła prace nad bezstykowym elektronicznym zapłonem tranzystorowym na początku lat 60. We współpracy z koncernem Nippondenso (obecnie Denso) zaprojektowała pierwszy tranzystorowy (elektroniczny) układ zapłonowy do seryjnie produkowanego pojazdu. W ramach prac rozwojowych wyposażone w niego Toyoty przejechały ponad 2 miliony kilometrów w różnych warunkach drogowych i klimatycznych. W ten sposób dopracowano go tak, aby pracował bez zarzutu.

Zalety były ewidentne - bardziej równomierna praca silnika i niższe zużycie paliwa. Istotnym plusem była także eliminacja czynności serwisowych typowych dla klasycznych układów zapłonowych, takich jak choćby czyszczenie styków. System zapłonowy Toyoty był bezobsługowy i niezawodny.

Pierwszym modelem, do którego trafił, była Toyota Century (VG20), napędzana trzylitrowym benzynowym silnikiem V8 (symbol 3V) o mocy 150 KM. Luksusowa limuzyna z innowacyjnym elektronicznym układem zapłonowym debiutowała w listopadzie 1967 roku podczas Tokyo Motor Show, zastępując flagowy model Crown Eight. W ten sposób przełomowe rozwiązanie Toyoty trafiło do seryjnie produkowanego pojazdu. Dopiero rok po premierze Toyot Century elektroniczne systemy zapłonowe zamontowano w Fiacie Dino, a później także w wybranych wersjach Porsche 911. W samochodach popularnych elektroniczne układy zapłonowe stały się standardem w II połowie lat 70.

Jeden z pierwszych silników z zaworem EGR w seryjnie produkowanym samochodzie (1972/73)

Pod koniec lat 60. władze stanu Kalifornia wprowadziły nowe normy emisji spalin. Wówczas były one najbardziej rygorystyczne w całych Stanach Zjednoczonych. Wzrastająca błyskawicznie ilość samochodów, ukształtowanie terenu oraz niekorzystny rozkład wiatrów, a raczej ich niemal całkowity brak, powodował, że nad Los Angeles, San Francisco i innymi miastami pojawiał się toksyczny smog.

Producenci, którzy posiadali salony sprzedaży w Kalifornii, byli zobligowani do spełnienia zaostrzonych norm emisji spalin. Weryfikował je powołany w 1967 urząd California Air Resources Board (CARB). Nowe, jeszcze bardziej rygorystyczne regulacje miały obowiązywać od 1973 roku.

W tym czasie Toyota wiązała duże nadzieje ze sprzedażą coupé Celica. Po debiucie w USA okazało się, że ponad 50% aut zamawiali nabywcy z Kalifornii. Inżynierowie Toyoty mieli świadomość wysokich wymagań, jakie stawiały władze tego stanu przed importerami, dlatego nad odpowiednim rozwiązaniem pracowano już od końca lat 60. Był nim zawór EGR (zawór recyrkulacji spalin).

Urządzenie to montowane jest pomiędzy układem wydechowym a układem dolotowym, zwykle przy kolektorze ssącym. Pozwala obniżyć emisję szkodliwych tlenków azotu, które powstają podczas pracy silnika. Jeszcze w 1971 roku testowano EGR w różnych silnikach Toyoty. Pierwszym seryjnym modelem była Celica z 18R-C przeznaczona do sprzedaży w Kalifornii. Litera "C" pochodziła od słowa "California".

Dwulitrowy, czterocylindrowy silnik powstał na bazie jednostki o symbolu 18R. Rozwijał moc maksymalną 98 KM przy 5500 obr./min. Japońska wersja 18R-U była mocniejsza o kilka KM, lecz spełnienie surowych norm spalin z Kalifornii miało wpływ na wzrost sprzedaży i komercyjny sukces Celiki w USA.

EGR nie był pomysłem konstruktorów Toyoty, lecz była ona jedną z pierwszych firm motoryzacyjnych, która szybko i skutecznie zareagowała na nowe, rygorystyczne przepisy Słonecznego Stanu, wdrażając to rozwiązanie do masowej produkcji. Choć w technologii oczyszczania spalin dokonał się ogromny postęp, zawory EGR są montowane do dziś w większości samochodów osobowych z wysokoprężnymi silnikami benzynowymi.

Pierwsze na świecie sprzęgło z okładzinami bezazbestowymi w seryjnym pojeździe (1982)

Azbest to włókniste odmiany minerałów występujące w postaci wiązek włókien, cechujące się dużą wytrzymałością na rozciąganie, elastycznością i odpornością na działanie czynników chemicznych i fizycznych. Przez lata stosowano go masowo w motoryzacji: do produkcji okładzin hamulcowych i sprzęgłowych, uszczelek oraz elementów izolacji termicznej. Głównymi jego zaletami były trwałość i odporność na działanie wysokich temperatur.

Wydawać by się więc mogło, że tworzywa azbestowe posiadają same zalety. Okazało się jednak, że stanowi on śmiertelne zagrożenie dla człowieka. Jego mikroskopijne włókna powodują nowotwory nerek, krtani i oskrzeli, pylicę azbestową oraz liczne choroby opłucnej. Dziś producenci elementów układów hamulcowych i sprzęgieł używają innych, nietoksycznych materiałów.

W 1977 roku Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) uznała azbest we wszystkich formach za rakotwórczy. Lecz jeszcze w latach 70. i 80. był on powszechnie stosowany w przemyśle motoryzacyjnym. Toyota była pierwszym producentem na świecie, który zastosował całkowicie bezazbestowe okładziny cierne sprzęgła. Pierwszym samochodem, który otrzymał bezazbestowe sprzęgło, była Toyota Crown (model S110, wybrane wersje ze skrzynią manualną). Nastąpiło w to w sierpniu 1982 roku. Toksyczne tworzywo zastąpiono innymi, bardziej bezpiecznymi materiałami ceramicznymi oraz węglikami spiekanymi. W ciągu kilku następnych lat Toyota całkowicie wyeliminowała azbest także z innych elementów i podzespołów samochodów osobowych, dostawczych i ciężarowych.

Pierwszy na świecie SUV z elektrycznym napędem (1996)

Idea samochodu elektrycznego jest równie stara jak sama motoryzacja. Już w pierwszej dekadzie XX wieku wydawało się, że pojazdy zasilane prądem elektrycznym będą dominowały nad autami spalinowymi. Stało się jednak inaczej. Obecnie, po ponad stu latach, trwa renesans samochodów elektrycznych.

W 1994 roku Toyota wprowadziła na rynek RAV4 - pierwszego na świecie kompaktowego SUV-a z samonośnym nadwoziem. Model szybko stał się ikoną SUV-ów, zmieniając wyobrażenie o tym, jak może wyglądać samochód w lekki teren. Współczesny RAV4 to samochód o dwa segmenty większy od swojej pierwszej generacji, o obszernym, komfortowym wnętrzu, dużym prześwicie i hybrydowym napędzie, dostępnym także w wersji AWD.

Na długo zanim napęd hybrydowy trafił pod maskę RAV4 (2015 r.), Toyota opracowała elektryczną wersję swojego słynnego SUV-a. RAV4 EV był pierwszym seryjnie produkowanym elektrycznym SUV-em na świecie. 22 stycznia 1996 roku zakończono pomyślnie testy drogowe i niedługo później w Japonii rozpoczęto sprzedaż 3-drzwiowej wersji.

RAV4 EV był napędzany silnikiem elektrycznym o mocy 67 KM. Zasilały go innowacyjne baterie niklowo-wodorkowe (NiMH) o łącznym napięciu 288 V, które zapewniały zasięg ponad 150 km. Były one efektem wieloletniej współpracy Toyoty z koncernem Panasonic. 6 października 1997 roku w USA debiutowała większa, 5-drzwiowa wersja RAV4 EV. W ciągu 5 lat w Japonii i Stanach Zjednoczonych sprzedano niecałe 2 tys. egzemplarzy. Skala produkcji była wypadkową rynkowego popytu.

To właśnie wizjonerstwo Toyoty było impulsem dla Elona Muska do wykupienia w 2003 roku firmy Tesla Motors. Toyota współpracowała z Teslą przy konstruowaniu drugiej generacji RAV4 EV. Już w 1996 roku japoński koncern miał odwagę stworzyć samochód elektryczny zasilany z gniazdka, sięgając po to rozwiązanie na wiele lat przed wszystkimi innymi producentami. Rok później na podobny krok Toyota zdecydowała się w kwestii hybryd, wprowadzając do sprzedaży model Prius.

Elementy tapicerki z włókien pochodzących z recyclingu politereftalanu etylenu PET (2011)

Gdy w latach 40. brytyjscy naukowcy opracowali pierwsze tworzywo oparte na politereftalanie etylenu, uznano to za wielki sukces i przełom w chemii i przemyśle. W 1973 roku Amerykanin Nathaniel Wyeth wynalazł butelkę do napojów z PET. Niestety, przez lata Ziemię zasypały miliony zużytych butelek po napojach i opakowaniach produktów spożywczych oraz innych przedmiotów wykonanych z tego tworzywa. Już w latach 90. skala zjawiska stała się niebezpieczna na dla naszej planety. Zużyte opakowania PET dosłownie zasypały ją, zanieczyszczając także zbiorniki wodne.

Toyota wielką wagę przywiązuje do ekologii. Naturalnie trudno zutylizować wszystkie opakowania PET, lecz podjęto próbę powtórnego wykorzystania (recyclingu) tego tworzywa w elementach tapicerskich do samochodów osobowych. W marcu 2011 roku do sprzedaży w Europie trafił Lexus CT 200h, kompakt klasy premium z napędem hybrydowym. W jego wnętrzu zastosowano liczne elementy z tworzyw uzyskanych z recyclingu politereftalanu etylenu. Lexus był jednym z pierwszych producentów na świecie, który zdecydował się na takie proekologiczne działanie.

Naturalnie wnętrze pojazdu jest eleganckie i żaden z jego elementów nie sprawia wrażenia, by powstał z odzysku tak mało szlachetnego tworzywa jak zużyta butelka po gazowanym napoju. Ideą było stworzenie pojazdu przyjaznego naturze nie tylko z uwagi na hybrydowy napęd, lecz także użyte materiały. Obecnie elementy wnętrza i pokrycia tapicerskie z przetworzonych opakowań PET są oferowane w samochodach segmentu premium wielu wiodących marek. Koncern Toyota i jego luksusowa marka wyprzedziły jednak motoryzacyjny świat o kilka lat, nie wahając się przed innowacją, która służy środowisku i ludziom.