Toyota Prius – pierwsza hybryda

toyota-hybrydaTOYOTA PRIUS – Pierwszym produkowanym seryjnie samochodem osobowym z napędem hybrydowym jest Toyota Prius. W grudniu 1997 r., po oficjalnej prezentacji na salonie tokijskim, wprowadzono ją do sprzedaży w Japonii.
Projekt Priusa powstał w centrum badawczo-rozwojowym Toyoty w Kalifornii. Jego układ napędowy, o nazwie THS (Toyota Hybrid System), składa się z:
♦    czterocylindrowego, szesnastozaworowego silnika benzynowego o pojemności 1,5 dm3 z układem zmiennych faz rozrządu (system WT-i);
♦    synchronicznego silnika elektrycznego prądu zmiennego o pracy odwracalnej z magnesami trwałymi;
♦    generatora prądu elektrycznego.

Silnik spalinowy ma niewielkie wymiary i małą masę, straty tarcia są niewielkie, a odpowiednio dobrany kształt komory spalania umożliwia lepsze wykorzystanie paliwa i redukcję emisji składników toksycznych spalin. Regulacja czasów otwarcia i zamknięcia zaworów dolotowych odbywa się według tzw. cyklu Atkinsona, w którym długość suwu sprężania jest ograniczona przez zjawisko spalania stukowego, co pozwala wydłużyć suw pracy i lepiej wykorzystać wyzwalaną wówczas energię. Moment napędowy może być przekazany na koła jednocześnie przez silnik spalinowy i elektryczny, jak i przez każdy z nich z osobna. Pracę systemu nadzoruje komputer, dobierając zależnie od prędkości i chwilowego obciążenia optymalny, z punktu widzenia zużycia paliwa, tryb działania. Urządzenia sterujące komunikują się z kierowcą za pośrednictwem monitora umieszczonego w tabłicy przyrządów, informując go o przepływie energii w danym momencie.
Hybrydowy zespół napędowy znajduje się z przodu i jest usytuowany poprzecznie. Pomiędzy silnikiem spalinowym a urządzeniami elektrycznymi zabudowano przekładnię planetarną. Silnik elektryczny połączono z kołem o zazębieniu wewnętrznym, silnik spalinowy z koszykiem satelitów, a generator z kołem słonecznym. W ten sposób moment obrotowy pochodzący od silnika spalinowego jest płynnie rozdzielany między koła i generator. Nie ma potrzeby stosowania tradycyjnego sprzęgła, urządzenie działa jak przekładnia bezstopniowa (CVT).
Główne zadanie silnika spalinowego to napędzanie przednich kół samochodu, wytwarzany przezeń nadmiar momentu napędowego służy do napędu generatora ładującego akumulatory. Podczas hamowania tracona energia ruchu jest odzyskiwana za pośrednictwem silnika elektrycznego, pracującego wówczas jako generator i wykorzystywana do ładowania akumulatorów. Z kolei w sytuacji zwiększonego zapotrzebowania na siłę napędową (pokonywanie wzniesień, wyprzedzanie) bateria zasila silnik elektryczny, który wspomaga silnik benzynowy. Jeśli jest to z jakichś względów niemożliwe, kierowca zostaje ostrzeżony o ograniczeniu właściwości trakcyjnych samochodu. Przy niskich prędkościach jazdy, podczas zjeżdżania ze wzniesienia lub na biegu jałowym, a więc wtedy, gdy silnik spalinowy zużywa więcej paliwa i emituje zwiększoną ilość związków toksycznych, następuje samoczynne przełączenie na napęd czysto elektryczny. Rozruch odbywa się przy wykorzystaniu napędu elektrycznego, jednostka benzynowa zostaje włączona, gdy pojazd się rozpędzi. Oznacza to, że silnik spalinowy funkcjonuje przy względnie stałym obciążeniu, a więc w warunkach, w których uzyskuje maksymalną sprawność i emituje najmniej toksyn. W razie potrzeby wspomaga go silnik elektryczny. Zestaw 40 akumulatorów NiMH o wydłużonej żywotności i pojemności 6,5 Ah każdy nie wymaga ładowania ze źródeł zewnętrznych. Ulokowano je pomiędzy bagażnikiem a tylnym siedzeniem. Samochód według założeń twórców nie odbiega pod względem komfortu i bezpieczeństwa jazdy od tradycyjnych aut. Jest wyposażony, m.in. w ABS, klimatyzację, elektryczne wspomaganie układu kierowniczego. Dźwignia sterująca przekładnią znajduje się pod kierownicą, a hamulec pomocniczy obsługuje się nogą, co zwiększa przestronność wnętrza. Toyota tworzy sieć utylizacji wyeksploatowanych akumulatorów, wiele elementów Priusa nadaje się do recyclingu, a niektóre jego części produkuje się przy wykorzystaniu materiałów pochodzących z odzysku.