Un po' di storia: come si è sviluppata la trazione ibrida di Toyota?

Gestiamo C-HR in redazione da un po'. Ogni giorno apprezziamo i vantaggi della guida ibrida in città, ma per un po' ci siamo chiesti fino a che punto si fosse spinta l'Hybrid Synergy Drive prima di arrivare all'ultimo modello. Se anche tu sei interessato, continua a leggere.

Ti sei mai chiesto fino a che punto è arrivata la storia delle unità ibride? Contrariamente alle apparenze, questo tipo di invenzione non è il dominio degli ultimi decenni o giù di lì. Il primo brevetto per un sistema di azionamento che utilizza un motore a combustione interna e un motore elettrico apparteneva a William H. Patton, ed è apparso ... prima di 128 anni fa! Questo brevetto ha sviluppato la Patton Motor Car, un propulsore ibrido utilizzato per alimentare tram e piccole locomotive. Nel 1889 fu creato un prototipo e otto anni dopo la versione di serie della locomotiva fu venduta alla compagnia ferroviaria.

Un anno prima, il Phaeton è uscito sulle strade prima della produzione della funivia di Patton. No, non questa Volkswagen-Bentley. Armstrong Fetonte. Probabilmente la prima vettura ibrida, o meglio una sedia a rotelle, della storia. A bordo c'era un motore a combustione interna a 6,5 cilindri da 2 ​​litri, oltre a un motore elettrico. Il volano fungeva anche da dinamo che caricava la batteria. Armstrong Phaeton ha già recuperato energia dalla frenata, ma in modo leggermente diverso rispetto alle ibride di oggi. Il motore elettrico è stato utilizzato per alimentare le lampade e avviare il motore a combustione interna, e forse questo non sarebbe stato sorprendente se non fosse stato per il fatto che ha superato di 16 anni l'avviamento automatico della Cadillac.

Interessato? Che ne dici di un cambio semiautomatico a 3 velocità? Gli ingranaggi non dovevano essere cambiati completamente a mano. Molto prima che venissero inventati i sincronizzatori e la tecnica della doppia frizione fosse dimenticata, un motore elettrico azionava la frizione automaticamente quando si cambiava marcia. Tuttavia, il motore Armstrong Phaeton era... troppo potente. Danneggiò costantemente le ruote di legno, che furono successivamente eliminate aggiungendo rinforzi alle ruote.

Ferdinand Porsche ha avuto il suo merito anche nella storia delle automobili. La Lohner-Porsche Mixte Hybrid era un veicolo che, nelle versioni successive, era azionato da motori elettrici, uno per ogni ruota. Questi motori erano alimentati da batterie e dalla coppia di un motore a combustione interna. Questo veicolo poteva trasportare fino a quattro persone e muoversi solo grazie alla corrente elettrica o solo utilizzando un motore a combustione interna.

Suona benissimo? Non completamente. Le batterie Mixte erano composte da 44 celle da 80 volt e pesavano 1,8 tonnellate. I collegamenti non erano molto forti, quindi erano chiusi in una custodia adatta e appesi a molle. Tuttavia, questa è la batteria stessa e aggiungiamo molti motori elettrici ad essa. L'invenzione di Lohner e Porsche pesava più di 4 tonnellate. Sebbene dal punto di vista odierno sembri una completa mancata accensione, Mixte ha fatto riflettere molti ingegneri. Ad esempio, quelli della Boeing e della NASA, che hanno studiato questo apparato con molta attenzione. Con effetti, perché l'LRV utilizzato dalle missioni Apollo 15, 16 e 17 per aggirare la luna aveva molte soluzioni tratte dall'ibrido Lohner-Porsche Mixte.

La storia degli ibridi è piuttosto lunga, quindi andiamo dritti al presente fin dall'inizio. Gli ibridi come li conosciamo sono diventati popolari solo alla fine degli anni '90, quando la Toyota Prius è entrata nel mercato giapponese. Fu allora che per la prima volta - nel 1997 - venne utilizzato il nome "Toyota Hybrid System", divenuto poi "Hybrid Synergy Drive". Che aspetto avevano le singole generazioni?

Prima Toyota Prius - Toyota Hybrid System

Sappiamo già che l'idea di un'auto ibrida non è nuova. Tuttavia, ci sono voluti più di 100 anni prima che questo concetto diventasse davvero popolare. La Toyota Prius è diventata la prima auto ibrida prodotta in serie. Forse è per questo che tutti gli ibridi sono chiaramente associati alla Prius. Ma diamo un'occhiata alle soluzioni tecniche.

Sebbene la produzione della Prius sia iniziata nel 1997, questa parte delle vendite riguardava solo il mercato giapponese. Le esportazioni verso altri mercati, principalmente negli Stati Uniti, sono iniziate solo nel 2000. Tuttavia, il modello da esportazione NHW11 è stato leggermente aggiornato rispetto al suo predecessore (NHW10).

Sotto il cofano dell'ibrida giapponese c'era un motore 1.5 VVT-i con fasatura variabile delle valvole, funzionante sul ciclo Atkinson. Le ipotesi erano più o meno le stesse di adesso - il motore a benzina era supportato da due motori elettrici - uno funzionava come generatore e l'altro azionava le ruote. L'ingranaggio planetario, che fungeva da trasmissione CVT a variazione continua, era responsabile della corretta distribuzione del lavoro dei motori.

Non era un'auto molto veloce, con una potenza di 58 CV. e 102 Nm a 4000 giri/min. Pertanto, l'accelerazione era piuttosto modesta, così come la velocità massima di 160 km/h. Quello che mi ha soddisfatto è stato il basso consumo di carburante, che in media poteva scendere sotto i 5 l/100 km.

Nella versione NHW11, la maggior parte dei componenti è stata migliorata per fornire prestazioni migliori. La potenza del motore elettrico è stata aumentata di 3 kW e la coppia di 45 Nm. Le perdite meccaniche sono state ridotte e il rumore è stato ridotto. Anche il regime massimo del motore è stato aumentato di 500 giri/min.

La prima Prius, tuttavia, non era priva di difetti: non era affidabile come i modelli odierni, c'erano problemi di surriscaldamento delle batterie e alcuni componenti elettrici (come il motore elettrico) erano troppo rumorosi.

Prius II, o Hybrid Synergy Drive

Nel 2003 è apparsa un'altra Prius con un motore THS di seconda generazione. Inizialmente è stato chiamato Hybrid Synergy Drive. Prima di entrare nel drive, vale la pena menzionare la forma iconica. Non è nato da zero e ha persino un nome: "Kammbak". È stato sviluppato negli anni '30 dall'ingegnere aerodinamico Wunibald Kamm. La carrozzeria con un taglio alto e snello è più snella, non c'è turbolenza dietro l'auto.

Durante il lavoro sulla Prius di seconda generazione, Toyota ha registrato ben 530 brevetti. Sebbene il concetto in quanto tale fosse simile all'unità THS, è stato solo nell'HSD che le capacità del sistema di dischi sono state utilizzate correttamente. Il potenziale del motore elettrico e del motore a combustione interna è stato equalizzato, in contrasto con l'idea precedente, che era quella di aumentare la potenza del motore a combustione interna per aumentare la produttività. La seconda Prius partì e accelerò in parte con l'aiuto di un motore elettrico. La potenza della parte elettrica dell'azionamento è aumentata del 50%.

Questa generazione ha visto anche l'introduzione di un compressore elettrico per l'aria condizionata che non richiedeva un motore a combustione interna per raffreddare o riscaldare l'interno. È rimasto così fino ad oggi. La Prius ha ricevuto anche batterie NiMH più leggere nel 2003. Il numero di cellule è stato ridotto e la densità dell'elettrolita è stata aumentata. Inoltre, è stato in questo modello che è stata introdotta per la prima volta la modalità EV, che consente di guidare solo sul motore elettrico.

Lexus ha sviluppato le proprie varianti del propulsore di questa generazione. Nel 2005 ha applicato un altro motore elettrico all'asse posteriore e ha creato così un ibrido a trazione integrale. Il terzo motore funzionava indipendentemente dal comando all'asse anteriore, sebbene, ovviamente, fosse controllato da un controller che regola la coppia e il differenziale di velocità.

Le prime Lexus GS 450h e LS 600h hanno mostrato come l'HSD può lavorare insieme a motori potenti e trazione posteriore. Questo sistema era ancora più complesso, soprattutto nel campo della trasmissione. Riduttore epicicloidale Ravigneaux a quattro alberi, due frizioni che modificano il rapporto di trasmissione del secondo motore rispetto alle ruote - non era chiaro entrare nei dettagli. Questo dovrebbe essere spiegato dall'ingegnere meccanico.

Ibrido Synergy Drive III

Raggiungiamo la penultima generazione della trazione ibrida. È qui che è avvenuta una vera rivoluzione. Sostituito il 90% delle parti. Il motore a combustione interna ha aumentato il volume di lavoro a 1.8 litri, ma i motori elettrici sono stati ridotti. La potenza è aumentata a 136 CV, mentre il consumo di carburante è diminuito del 9%. In questa generazione, siamo stati in grado di selezionare una modalità di guida: normale, eco e dinamica.

L'HSD ha un rapporto di trasmissione fisso, quindi l'ingranaggio planetario, sebbene simile a un CVT, è qualcosa di completamente diverso. L'anello esterno dell'ingranaggio è il motore MG2, l'ingranaggio solare è il motore MG1 e l'ICE è collegato da "pianeti". Il conducente può in qualche modo influenzare il funzionamento del motore a combustione interna e del motore elettrico, ma il pedale dell'acceleratore viene utilizzato solo per comunicare con il computer. Diciamo come vorremmo accelerare e il computer calcolerà quali sono le condizioni della strada e come combinare nel modo più efficace il lavoro del motore elettrico e del motore a combustione interna.

Toyota C-HR o HSD IV

La quarta generazione dell'unità è apparsa ... nella quarta generazione della Prius. Tuttavia, è già riuscito a mettere radici in altri modelli, ad esempio nel C-HR. Il Quartet si appoggia pesantemente sull'HSD III, ma ne spreme ancora di più con un minor consumo di carburante. Tuttavia, "più" non significa potenza, poiché è stata ridotta a 122 CV.

Innanzitutto sono state migliorate le caratteristiche di carica delle batterie: i nuovi ibridi sono in grado di assorbire grandi dosi di energia in un tempo più breve. L'inverter ha un sistema di raffreddamento separato e occupa il 30% di spazio in meno. L'ingranaggio planetario è sostituito da uno cilindrico. L'intero cambio è stato riprogettato in modo da generare il 20% in meno di sprechi.

Somma

Abbiamo visto parti del viaggio di Toyota verso veicoli che combinano i vantaggi dei motori elettrici con la versatilità dei motori a combustione interna. Tuttavia, non è il disco stesso che cambia. Anche il concetto di auto ibrida sta cambiando. Questa ha smesso da tempo di essere una Prius e si sta facendo strada in auto che sembrano un po' più convenzionali. Gli ibridi stanno gradualmente diventando parte della vita di tutti i giorni. Li vediamo ovunque nelle grandi città. 

Uno di questi è la Toyota C-HR, che piacerà a coloro che vogliono muoversi per la città in un crossover interessante, ma apprezzano i bassi consumi e la silenziosità. C'è anche una crescente consapevolezza della necessità di ridurre l'inquinamento - e sebbene le auto non siano la fonte di tutti i mali qui, ne fanno parte, quindi è necessario fare qualcosa al riguardo. Toyota registra una crescita significativa delle vendite di veicoli ibridi anno dopo anno. Non grazie alla Prius - grazie a vetture come l'Auris o la C-HR - ancora disponibile a portafoglio, nella consueta confezione, ma con una trasmissione migliorata, il cui valore aggiunto è la comprovata affidabilità.

A quando la prossima generazione? Non lo sappiamo. Probabilmente aspetteremo ancora qualche anno. Tuttavia, il propulsore degli ultimi ibridi Toyota sta già raggiungendo un livello di sofisticatezza incredibilmente alto.