25-lecie technologii hybrydowej Toyoty

Pierwszy samochód Toyoty z napędem hybrydowy na polskim rynku pojawił się w 2004 roku. Był to Prius 2. generacji. W 2009 roku w sprzedaży pojawiła się 3. generacja hybrydowego liftbacka, a rok później dołączył do niej Auris wyposażony w ten sam napęd. W 2012 roku wraz z Yarisem Hybrid napęd hybrydowy po raz pierwszy na polskim rynku wykroczył poza segment C. 

W 2015 roku wraz z kolejną generacją Priusa na światowych rynkach debiutował napęd hybrydowy 4. generacji opracowany w nowej architekturze TNGA. W 2016 roku w polskich salonach marki pojawił się crossover Toyota C-HR, który powstał na tej samej co Prius platformie TNGA-C i otrzymał ten sam napęd hybrydowy 1.8 122 KM. Wraz z tym modelem Toyota po raz pierwszy poszerzyła swoją ofertę w Europie o kompaktowego SUV-a, jednocześnie wprowadzając od tego segmentu technologię hybrydową.

Gama hybryd Toyoty w Polsce zaczęła się szybko rozrastać. Dziś łącznia sprzedaż samochodów z napędem hybrydowym przekroczyła już 190 000 aut.

W 2019 roku na runku debiutowała Corolla 12. generacji. Auto powstało na platformie TNGA-C i otrzymało dwa napędy hybrydowe 4. generacji do wyboru – 1.8 Hybrid 122 KM i nowy napęd 2.0 Hybrid Dynamic Force 184 KM. 

Corolla Hybrid zastąpiła hybrydowego Aurisa i stała się pierwszym modelem z niskoemisyjnym napędem, którego roczna sprzedaż w Polsce przekroczyła 10 000 egz. W 2021 roku, trzecim roku obecności na rynku, Corolla stała się najpopularniejszym samochodem w Polsce, a jej hybrydowe wersje pokonały barierę 16 000 egz.

Tegoroczna premiera – Corolla Cross – wprowadza na rynek napęd hybrydowy 5. generacji oraz 3. generację układu AWD-i. Model będzie wyposażony w 197-konny układ Hybrid Dynamic Force oparty na silniku 2.0. W przyszłym roku dołączy do niego Corolla. Będzie to drugi model napędzany hybrydą najnowszej generacji. Najpopularniejszy samochód na świecie będzie oferował dwie wersje napędowe – 1.8 Hybrid 140 KM i 2.0 Hybrid Dynamic Force 196 KM.

Gama hybrydowa Toyoty w Polsce składa się obecnie z 8 modeli, w tym 5 SUV-ów z wszystkich segmentów – od miejskiego Yarisa Cross po 7-osobowego Highlandera. Cztery z nich są dostępne z napędem AWD-i.

Kluczowe zasady konstrukcji pełnego napędu hybrydowego Toyoty pozostają niezmienne od lat. Układ hybrydowy to połączenie silnika benzynowego i elektrycznego, generatora oraz akumulatora trakcyjnego. Całością steruje komputer za pośrednictwem przekładni planetarnej, która stanowi serce układu. 

Przekładnia składa się z kilku kół zębatych. Jest zwarta, lekka i nie zawiera sprzęgieł ani pasów. Układ poszczególnych zębatek jest kluczowy dla funkcjonalności napędu hybrydowego Toyoty i jest objęty patentem. 

1. generacja Priusa pod maską kryła bardzo zaawansowaną technologię, w tym opatentowaną przez Toyotę przekładnię planetarną. Rozwiązanie to okazało się prawdziwym przełomem w konstrukcji zelektryfikowanych napędów. Dzięki niemu samochód hybrydowy mógł ruszać bez uruchomienia silnika benzynowego, korzystać w pełnym zakresie prędkości auta z wąskiego przedziału najbardziej efektywnych obrotów silnika spalinowego oraz ładować baterię zarówno podczas jazdy, jak i postoju. 

Przekładnia pierwszego Priusa zarządzała pracą silnika benzynowego 1.5 o mocy 58/72 KM, silnika elektrycznego o mocy 40/44 KM, generatora i baterii niklowo-wodorkowej przy użyciu falownika zamieniającego prąd zmienny na stały i odwrotnie.

Wraz z 3. generacją hybryd pojawiła się skrzynia redukcyjna. Współpracuje ona z przekładnią planetarną i pozwala wydajniej korzystać z silnika elektrycznego. Dzięki niej maksymalny moment obrotowy silnika elektrycznego był dostępny w znacznie większym zakresie obrotów niż w poprzednich generacjach. 

Hybrydy 3. generacji korzystały też z udoskonalonej baterii niklowo-wodorkowej. Wyjątek stanowił Prius +, który miał we wnętrzu trzy rzędy siedzeń, bateria nie mieściła się więc pod tylną kanapą (jak miało to miejsce w pozostałych modelach). Zamiast tego zastosowano mniejszy i lżejszy akumulator litowo-jonowy, zamontowany w podłokietniku.

Moc całego układu hybrydowego – zamontowanego najpierw w Priusie, a później również w Aurisie – wzrosła do 136 KM. 

3. generacja zyskała też kilka innych wariantów o różnych wielkościach i mocach ze względu na to, że gama hybryd Toyoty na świecie została znacznie rozbudowana. W Polsce w układ hybrydowy 3. generacji były wyposażone takie modele, jak Prius, Auris, Yaris i RAV4.

Napęd hybrydowy, który został stworzony na bazie technologii TNGA, został gruntownie przebudowany. Każdy element stał się mniejszy, lżejszy i bardziej wydajny od poprzednika. W porównaniu z pierwszym modelem Priusa hybrydy 4. generacji stały się o 41% wydajniejsze. Sprawność cieplna silnika benzynowego wzrosła do rekordowych 41%. 

Mniejsze i lżejsze stały się również silniki elektryczne. W porównaniu z pierwszym Priusem, hybrydy 4. generacji dysponują silnikami elektrycznymi o niemal trzykrotnie większej maksymalnej prędkości obrotowej (wzrost z 6000 obr./min do 17 000 obr./min). Dzięki temu prędkość maksymalna samochodu w trybie EV wzrosła z 50 km/h do 130 km/h.

W napędzie hybrydowym 4. generacji konstruktorzy umieścili silniki MG1 i MG2 na dwóch równoległych osiach. Pozwoliło to zmniejszyć szerokość przekładni o 47 mm, a jej masę – o 20%. 

Wyższa efektywność baterii trakcyjnych pozwala zwiększyć ilość przyjmowanej i oddawanej energii w jednostce czasu o 30%. Obniżenie napięcia w baterii oraz mniejsze natężenie prądu sprawiają, że cały układ jest mniej obciążony, przez to bardziej efektywny.

Hybrydy Toyoty 5. generacji charakteryzują się większą mocą i lepszymi osiągami przy zachowaniu tej samej pojemności silnika benzynowego. 

Nowa Corolla z rocznika 2023, która wraz z faceliftingiem otrzymuje nową generację układów napędowych dla wszystkich trzech rodzajów nadwozia, stanowi dobrą podstawę do porównania obu technologii hybrydowych opracowanych w architekturze TNGA. 

Łączna moc napędu hybrydowego 5. generacji z silnikiem 1.8 Hybrid wynosi 140 KM*, co jest wzrostem aż o 18 KM. Nowa hybryda rozpędza się od 0 do 100 km/h o 1,7 s szybciej (9,2 s)*, notując emisję CO2 na podobnym poziomie (102 g/km)*. W przypadku układu 2.0 Hybrid Dynamic Force całkowita moc wzrosła do 196 KM*, a czas rozpędzania się od 0 do 100 km/h skrócił się o prawie pół sekundy do poziomu 7,5 s*. Wstępne pomiary wskazują, że nowy mocniejszy napęd będzie emitował od 107 g/km CO2* w cyklu mieszanym, o 3 g/km mniej niż aktualny, 184-konny napęd 2.0.

Udoskonalono wszystkie elementy układu napędowego. Są one teraz o około 20–30% mniejsze od tych w 4. Generacji. Wydajność napędu wzrosła o ponad 10%.

Nowa bateria litowo-jonowa jest mniejsza i o 14% lżejsza od baterii litowo-jonowej stosowanej w napędach hybrydowych 4. generacji. Jednocześnie ma ona o 14% większą moc i nowy układ chłodzenia. W porównaniu z baterią niklowo-wodorkową jej masa spadła o 18 kg. 

Silniki elektryczne zostały zaprojektowane od nowa. W układzie napędowym 1.8 moc silnika elektrycznego MG2 wzrosła aż o 23 KM, zaś w układzie 2.0 – o 5 KM. Nowy jest także falownik o większej wydajności, jednostka sterująca PCU oraz układy smarowania i rozprowadzania oleju, które wykorzystują olej o niskiej lepkości, zmniejszając straty mechaniczne.

Współczesne hybrydy podczas jazdy po mieście są w stanie poruszać się nawet przez 70-80% czasu wyłącznie na silniku elektrycznym. Wykazują się rekordowo niskim spalaniem i emisją CO2. Hybrydy przyczyniają się także do radykalnego obniżenia emisji niespalinowych – dzięki hamowaniu z wykorzystaniem rekuperacji zostało znacząco ograniczone ścieranie klocków hamulcowych. Jednocześnie prostota konstrukcji hybrydowego układu napędowego gwarantuje wysoką niezawodność.