Toyota full hibrid: az alábecsült zseni

Harmadik cikkéhez érkezett a Toyota Beyond Zero programját bemutató sorozatunk. Mostanra sorra vettük azokat a pilléreket, amelyekre ez az ambiciózus stratégiai projekt felépül – messze túlmutatva a konkrét, szoros értelemben vett elektromos közlekedésen. Ezután áttekintettük, miért nem kötelezi el magát egyetlen modern hajtástechnológia mellett, és követi inkább a konkrét igényekhez igazodó változatosság elvét a világ legnagyobb autógyártója. Most pedig ideje részletesebben is megismerni azt a rendszert, amellyel huszonöt évvel ezelőtt minden elkezdődött.

Az utóbbi években sok kritika érte a Toyotát: ahelyett, hogy versenytársaival lépést tartva nagy kapacitású akkumulátorokkal szerelt, lenyűgöző motorteljesítményű villanyautókat hozott volna forgalomba, megkettőzött lendülettel fejlesztette hibrid technológiáját. Ez nem kiváltja a hajtásból az egyes autóipari körökben mindinkább páriaként kezelt belső égésű motort, hanem egy olyan, összetett rendszerbe integrálja azt, ahol a lehető legtöbbet tudja kihozni magából, az elképzelhető legcsekélyebb károsanyag-kibocsátás mellett.

A támogatás ráadásul kétirányú: egy megfelelően hangolt benzinmotorral társítva ugyanis a villanymotor és az azt tápláló akkumulátor is jobb hatásfokkal üzemeltethető. A rendszer komplex felépítése lehetővé teszi az egyes részelemek méretezésének és vezérlésének az optimalizálását. Ez végső soron az emissziós teljesítmény és a költségek kiemelkedően jó arányát eredményezi, márpedig csak az a környezetbarát technológia érhet el eredményeket, amely megfizethető és a mindennapok során fenntartások nélkül, éppen ezért széles körben alkalmazható.

Ez ugyanakkor nem csak a felhasználásra, de a fejlesztésre is érvényes: az elmúlt huszonöt évben legyártott, összesen több mint húszmillió hibrid Toyota gépkocsival szerzett ügyfél- és szerviztapasztalatok olyan mélységű visszajelzést adtak a mérnököknek, ami kisebb darabszámú flotta esetén, vagy pláne laboratóriumi körülmények között nem lett volna lehetséges.

Az immár ötödik generációjában járó Toyota hibrid-rendszer lényege a fent említett optimalizálás: a hajtáslánc egyes elemei úgy működnek együtt vagy külön-külön, hogy minden üzemi és forgalmi helyzetben a lehető legjobb összesített hatásfokot érjék el. Ennek kulcsa az a bolygómű, amely a hagyományos sebességváltót helyettesíti a hibrid járművekben. Az összetett, mégis kis helyigényű fogaskerékrendszer teszi lehetővé, hogy a belső égésű motor és a villanymotor egyszerre, vagy külön-külön hajthassa a járművet. Azokban az üzemi fázisokban, ahol a benzinmotor rossz hatásfokon, azaz fajlagosan túl nagy üzemanyag-fogyasztással és károsanyag-kibocsátással dolgozik, a villanymotor besegít a belső égésű motornak, vagy akár teljesen ki is váltja azt – a modern Toyota hibridek képesek üzemidejük akár 70-80 százalékában álló benzinmotorral haladni. Ennek fordítottja, amikor a benzinmotor optimális tartományában üzemelve a pillanatnyilag szükségesnél nagyobb teljesítményt ad le – ilyenkor a fent említett bolygómű a felesleges hajtóerőt a generátoron keresztül az akkumulátor töltésére fordítja. Az alábbi videón is látható Toyota full hibrid rendszer külön-külön villanymotort, illetve generátort alkalmaz, de léteznek olyan, kompakt megoldások is, amelyekben mindkét funkciót ugyanaz az egység tölti be.

A lényeg mindkét esetben az, hogy a belső égésű motornak csak ideális körülmények között kelljen üzemelnie. Ennek köszönhetően több levegő adagolható egységnyi üzemanyaghoz (szegénykeverékes üzem), ami csökkenti a károsanyag-kibocsátást. Az erre optimalizált Atkinson-ciklusú benzinmotor kiemelkedő termikus hatásfokkal üzemelhet, és bár teljesítménye kisebb, mint egy hagyományos négyütemű motor, mindig számíthat a villanymotor támogatására, így a felhasználó nem érzi gyengébbnek az autót.

Ugyanez a bolygómű az akkumulátor szelektív töltésében is kulcsszerepet játszik: ha szükséges, a belső égésű motorról hajtja meg az ekkor generátorként működő villanymotort (vagy a különálló generátort), ám lassítás vagy fékezés során inkább a guruló autó mozgási energiáját fordítja erre a célra. Ez utóbbi regeneratív fékezésként vonult be a köztudatba, és a részben vagy teljesen elektromos közlekedés egyik legfontosabb oszlopává vált: az energiatakarékosságnak ugyanis kulcsa, hogy a felszabaduló energiát eltároljuk, és később ismét hasznosítsuk. Minden, így visszanyert wattórával potenciálisan csökkenthetjük a jármű használatához szükséges akkumulátor méretét, és ezzel a gyártás költségeit és környezeti lábnyomát.

Nem a fékenergia-visszanyerés az egyetlen olyan elektromobilitási technológia, amelyet két és fél évtizede tökéletesít a Toyota. Mivel, ahogy említettük, a full hibrid rendszerben a belső égésű motor olykor egyáltalán nem vagy csak szakaszosan üzemel, módosítani kellett azokat a segédrendszereket, amelyeket hagyományosan a benzinmotor lát el energiával. Ilyen a klímaberendezés, amelynek kompresszorát a nagyfeszültségű hibrid akkumulátor hajtja meg. És ha már amúgy sem igényli a benzinmotort, akár parkoló autónál is bekapcsolható a légkondicionáló: bizony, a modern villanyautók ezen meghatározó kényelmi szolgáltatását is a hibrid járműtechnológia hívta életre.

Fontos, hogy a full hibrid hajtás elve tetszőleges méretben és konfigurációban alkalmazható. Ennek köszönhetően tud a Toyota-csoport több tucatnyi típusához hibrid hajtásláncot kínálni, az apró Yaristól kezdve a felső kategóriás Highlander szabadidőjárműig, a Lexus LS 600h luxuslimuzintól a Dyna teherjárműig. A méretezés és az arányok a felhasználás jellegétől függnek.

A Toyota hibrid rendszerének egy speciális változata a plug-in (magyarul hálózatról tölthető) hibrid, amelynek neve pontosan leírja a lényegét: a full hibrid modellekben szokásos, kis kapacitású (ezért viszonylag könnyű és olcsó) akkumulátor helyett egy nagyobb kapacitású akkumulátort szerelnek be a rendszerbe. Ez már nem csak pár száz méteren át képes egymaga mozgatni a járművet, hanem több tucat kilométeren keresztül tudja biztosítani a helyi károsanyag-kibocsátástól mentes közlekedés lehetőségét. Ehhez persze nagyobb teljesítményű villanymotorra is szükség van, amely akár nagy sebességű haladásra is alkalmas. Mindez azonban csak az arányokon változtat, a lényegen nem: a plug-in hibridek (PHEV) ugyanúgy használhatók, mint a full hibrid járművek, de magukban hordozzák az akár teljesen elektromos mindennapi közlekedés ígéretét.

A Toyota a full hibrid technológia bevezetésének tizenötödik évfordulóján, közel ötmillió eladott hibridből fakadó tapasztalattal a háta mögött, 2012-ben mutatta be első hálózatról tölthető hibrid járművét: a Prius Plug-in-t. Ezt követően folyamatos tökéletesítések során jutott el ahhoz a nagyteljesítményű, városban közel 100 kilométeres elektromos hatótávolságot biztosító PHEV hajtáslánchoz, amely a Toyota RAV4 és a Lexus NX szabadidőjárművek után hamarosan a felső kategóriás Lexus RX crossoverben is megjelenik.

Tévedés tehát a hibridet az elektrifikációs ranglétrában alsóbbrendű, áthidaló megoldásként kezelni. Egyrészt, mint láthattuk, széles körben alkalmazható technológiaként nagyságrendekkel felgyorsította a villamosítás evolúcióját. Másrészt, noha a belső égésű motorok belátható időn belül távoznak majd a képletből, a hibrid rendszer működési elve a jövőben is kulcsszerepet játszhat az igényekhez és piaci adottságokhoz igazodó hajtásláncok fejlesztésében és megvalósításában. Hogy pontosan mire gondolunk, az már sorozatunk következő cikkéből kiderül, amelyben a Toyota ásványi üzemanyagok nélkül működő hajtásláncait vesszük sorra.

Fotók: Toyota, YouTube