Una mica d'història: com es va desenvolupar la unitat híbrida de Toyota?
Ja fa temps que conduïm el C-HR a la redacció. Apreciem els avantatges de la conducció híbrida a la ciutat cada dia, però fa temps que ens preguntem com ha arribat Hybrid Synergy Drive abans que arribés a l'últim model? Si també esteu interessats, continueu llegint.
Us heu preguntat mai fins on arriba la història de les unitats híbrides? Contràriament al que sembla, aquest tipus d'invent no és el domini de la darrera dotzena d'anys. La primera patent d'un sistema d'accionament que utilitzava un motor de combustió interna i un motor elèctric va ser de William H. Patton, i va aparèixer... fins fa 128 anys! Aquesta patent va desenvolupar el Patton Motor Car, un tren de propulsió híbrid que s'utilitzava per impulsar tramvies i petites locomotores. El 1889 es va crear un prototip i vuit anys més tard es va vendre la versió de producció de la locomotora a una companyia ferroviària.
El Phaeton va sortir a les carreteres un any abans abans de la producció del telefèric de Patton. No, aquest Volkswagen-Bentley no. Armstrong Phaeton. Probablement el primer cotxe híbrid, o més aviat cadira de rodes, de la història. A bord hi havia un motor de combustió interna de 6,5 cilindres de 2 litres i un motor elèctric. El volant també actuava com a dinamo que carregava la bateria. Armstrong Phaeton ja va recuperar energia de la frenada, però d'una manera lleugerament diferent a la dels híbrids actuals. El motor elèctric s'utilitzava per alimentar els llums i engegar el motor de combustió interna, i això no seria sorprenent si no fos pel fet que és anterior a l'arrencada automàtica Cadillac amb 16 anys.
Interessat? Què tal una transmissió semiautomàtica de 3 velocitats? Els engranatges no s'havien de canviar completament manualment. Molt abans que s'inventessin els sincronitzadors i s'oblidés la tècnica del doble embragatge, un motor elèctric accionava l'embragatge automàticament quan es canviava de marxa. Tanmateix, el motor Armstrong Phaeton era... massa potent. Va danyar constantment les rodes de fusta, que després es va corregir afegint reforços a les rodes.
Ferdinand Porsche també va tenir els seus mèrits en la història dels cotxes. Lohner-Porsche Mixte Hybrid és un cotxe que en versions posteriors era conduït per motors elèctrics, un per a cada roda. Aquests motors funcionaven amb bateries i el parell d'un motor de combustió interna. Aquest vehicle podia transportar fins a quatre persones i era propulsat únicament per energia elèctrica o només amb un motor de combustió interna.
Sona bé? No del tot. Les bateries Mixte constaven de 44 cèl·lules de 80 volts i pesaven 1,8 tones. Els enllaços no eren molt forts, així que estaven tancats en una carcassa adequada i suspesos sobre molles. Tanmateix, aquesta és la bateria en si, i afegim-hi molts motors elèctrics. La invenció de Lohner i Porsche va pesar més de 4 tones. Encara que des de la perspectiva d'avui sembla una fallada total, Mixte va fer una pausa a molts enginyers. Per exemple, els de Boeing i la NASA que van estudiar aquest dispositiu amb molta cura. Amb efectes, perquè el LRV, que les missions Apollo 15, 16 i 17 utilitzaven per viatjar a la Lluna, tenia moltes solucions extretes de l'híbrid Lohner-Porsche Mixte.
La història dels híbrids és força llarga, així que anem directament als temps moderns des del principi. Els híbrids tal com els coneixem només es van fer populars a finals dels 90 quan el Toyota Prius va entrar al mercat japonès. Va ser llavors per primera vegada, l'any 1997, que es va utilitzar el nom "Toyota Hybrid System", que més tard es va convertir en "Hybrid Synergy Drive". Com eren les generacions individuals?
Primer Toyota Prius - Toyota Hybrid System
Ja sabem que la idea d'un cotxe híbrid no és nova. Tanmateix, van passar més de 100 anys perquè el concepte es popularitzés realment. Toyota Prius es va convertir en el primer cotxe híbrid produït en massa. Potser és per això que tots els híbrids estan clarament associats amb el Prius. Però mirem les solucions tècniques.
Tot i que la producció de Prius va començar el 1997, aquesta part de les vendes es va limitar al mercat japonès. L'exportació a altres mercats, principalment als EUA, va començar només l'any 2000. Tanmateix, el model d'exportació NHW11 s'ha millorat lleugerament en comparació amb el seu predecessor (NHW10).
Sota el capó de l'híbrid japonès hi havia un motor 1.5 VVT-i amb sincronització de vàlvules variable, que funcionava amb el cicle Atkinson. Els supòsits eren més o menys els mateixos que ara -el motor de gasolina estava recolzat per dos motors elèctrics-, un actuava com a generador i l'altre accionava les rodes. L'engranatge planetari, que actuava com a caixa de canvis CVT variable contínuament, era l'encarregat de distribuir correctament el treball dels motors.
No era un cotxe molt ràpid, amb una potència de 58 CV. i 102 Nm a 4000 rpm. Per tant, l'acceleració va ser força modesta, així com la velocitat màxima de 160 km/h. El que agradava va ser el baix consum de combustible, que de mitjana podia baixar dels 5 l/100 km.
A NHW11, la majoria dels components s'han millorat per oferir un millor rendiment. La potència del motor elèctric ha augmentat en 3 kW i el parell motor en 45 Nm. Es van reduir les pèrdues mecàniques i es va reduir el soroll. També s'ha augmentat la velocitat màxima del motor en 500 rpm.
El primer Prius, però, no estava exempt de les seves deficiències: no era tan fiable com els models actuals, hi havia problemes amb el sobreescalfament de les bateries i alguns components elèctrics (com el motor elèctric) eren massa forts.
Prius II, és a dir, Hybrid Synergy Drive
El 2003 va aparèixer un altre Prius amb el motor THS de segona generació. Per primera vegada es va anomenar Hybrid Synergy Drive. Abans d'arribar a la unitat, val la pena esmentar la forma icònica. No va sorgir del no-res i fins i tot té el seu propi nom: "Kammbak". Va ser desenvolupat a la dècada de 30 per l'enginyer aerodinàmic Wunibald Kamm. La carrosseria amb una part posterior alta i tallada és més aerodinàmica, no hi ha turbulències a la part posterior del cotxe.
Mentre treballava en la segona generació del Prius, Toyota va registrar fins a 530 patents. Tot i que el concepte en si era similar a la unitat THS, només l'HSD va explotar correctament les capacitats del sistema de disc. El potencial del motor elèctric i del motor de combustió interna es va igualar, en contrast amb la idea anterior que era augmentar la potència del motor de combustió interna per millorar el rendiment. El segon Prius es va posar en marxa i es va accelerar en part amb un motor elèctric. La potència de la part elèctrica de l'accionament s'ha incrementat un 50%.
Aquesta generació també va introduir un compressor d'aire condicionat elèctric que no necessitava un motor de combustió interna per refredar o escalfar la cabina. Això continua així fins avui. El Prius també va rebre bateries de níquel-hidrur metàl·lic més lleugeres el 2003. S'ha reduït el nombre de cèl·lules i augmentat la densitat d'electròlits. A més, va ser en aquest model on va aparèixer per primera vegada el mode EV, que us permet conduir només amb un motor elèctric.
Lexus ha desenvolupat les seves pròpies opcions de propulsió per a aquesta generació. L'any 2005 va afegir un altre motor elèctric a l'eix posterior i així va crear un híbrid amb tracció integral. El tercer motor funcionava independentment del comandament a l'eix davanter, tot i que, per descomptat, estava controlat per un controlador que ajustava el diferencial de parell i velocitat.
Els primers Lexus GS 450h i LS 600h van mostrar com HSD podia funcionar amb motors potents i tracció posterior. Aquest sistema era encara més complex, sobretot a l'àrea de transmissió. Caixa de canvis planetari Ravigneaux amb quatre eixos, dos embragatges que canvien la relació de transmissió del segon motor respecte a les rodes: era impossible entrar en detalls. Això ho hauria d'explicar un enginyer mecànic.
Hybrid Synergy Drive III
Arribem a la penúltima generació de propulsió híbrida. Aquí es va produir una autèntica revolució. 90% de les peces substituïdes. El motor de combustió interna va augmentar la seva cilindrada fins a 1.8 litres, però els motors elèctrics es van reduir. La potència va augmentar fins als 136 CV, mentre que el consum de combustible va disminuir un 9%. En aquesta generació vam poder seleccionar modes de conducció: normal, ecològic i dinàmic.
El HSD té una relació fixa, de manera que l'engranatge planetari, encara que semblant a un CVT, és una cosa completament diferent. L'anell d'engranatge exterior és el motor MG2, l'engranatge solar és el motor MG1 i el motor de combustió interna està connectat per "planetes". El conductor pot influir d'alguna manera en el funcionament del motor de combustió interna i del motor elèctric, però el pedal de l'accelerador només s'utilitza per comunicar-se amb l'ordinador. Diem com ens agradaria accelerar i l'ordinador calcula quines són les condicions de la carretera i com combinar de manera més eficaç el funcionament del motor elèctric i el de combustió interna.
Toyota C-HR o HSD IV
La quarta generació de la unitat va aparèixer... a la quarta generació del Prius. Tanmateix, ja s'ha arrelat en altres models, per exemple, al C-HR. El Four es recolza molt en el HSD III, però n'extreu encara més mentre utilitza menys combustible. Tanmateix, "més" no vol dir potència, ja que s'ha reduït a 122 CV.
En primer lloc, s'han millorat les característiques de càrrega de les bateries: els nous híbrids són capaços d'absorbir grans dosis d'energia en un temps més curt. L'inversor té un sistema de refrigeració independent i ocupa un 30% menys d'espai. La caixa de canvis planetari es substitueix per una caixa de canvis cilíndrica. S'ha redissenyat tota la caixa de canvis per generar un 20% menys de pèrdues.
Suma
Hem fet una ullada a parts del camí de Toyota cap als cotxes que combinen els avantatges dels motors elèctrics amb la versatilitat dels motors de combustió interna. Tanmateix, no és el propi disc el que canvia. El concepte de cotxe híbrid també està canviant. Aquest fa temps que ha passat del Prius i s'està fent camí cap a cotxes que semblen una mica més habituals. Els híbrids s'estan formant part de la vida quotidiana. Els veiem a tot arreu a les grans ciutats.
Un d'ells és el Toyota C-HR, que agradarà a aquells que vulguin moure's per la ciutat en un crossover interessant, però valorar el baix consum de combustible i la tranquil·litat. També hi ha una consciència creixent de la necessitat de reduir la contaminació i, tot i que els cotxes no són la font de tots els mals aquí, en formen part, així que cal fer-hi alguna cosa. Toyota ha registrat un creixement important en les vendes de vehicles híbrids any rere any. No gràcies al Prius -gràcies a cotxes com l'Auris o el C-HR- encara assequibles a la cartera, en un paquet convencional, sinó amb una transmissió refinada que té el valor afegit d'una fiabilitat provada.
Quan és la propera generació? No ho sabem. Probablement esperarem uns anys més. No obstant això, el sistema de propulsió dels últims híbrids de Toyota ja arriba a un nivell de complexitat increïblement alt.
