ちょっとした歴史 - トヨタのハイブリッドドライブはどのように開発されたのですか?

私たちはしばらくの間、ニュースルームで C-HR を実行してきました。私たちは街中でハイブリッドドライブの利点を日々実感していますが、最新モデルが登場する前にハイブリッドシナジードライブがどこまで進化したのか、しばらく疑問に思っていました。こちらも興味があれば読んでみてください。

ハイブリッドドライブの歴史がどこまで続くのか考えたことはありますか? 見かけに反して、この種の発明はここ十数年の領域ではありません。内燃機関と電気モーターを使用した駆動システムに関する最初の特許はウィリアム H. パットンが所有しており、それは 128 年前まで登場していました。この特許は、路面電車や小型機関車に動力を供給するために使用されるハイブリッドパワートレインであるパットンモーターカーを開発しました。 1889 年にプロトタイプが作成され、XNUMX 年後に量産版の機関車が鉄道会社に販売されました。

フェートン号はパットンケーブルカーの製造より 6,5 年前に公道を走行しました。いいえ、このフォルクスワーゲン・ベントレーではありません。アームストロング・フェートン。おそらく史上初のハイブリッドカー、いや車いすだろう。 2リッター16気筒内燃エンジンと電気モーターを搭載。フライホイールはバッテリーを充電するダイナモとしても機能しました。アームストロング・フェートンはすでにブレーキングからエネルギーを回収していましたが、その方法は今日のハイブリッドとは少し異なりました。電気モーターはライトに電力を供給し、内燃エンジンを始動するために使用されました。これは、キャデラックの自動スターターよりも XNUMX 年も前に開発されたという事実を除けば、驚くべきことではないかもしれません。

興味がある？ 3速セミオートマチックトランスミッションはどうでしょうか？ギアを完全に手動で変更する必要はありませんでした。シンクロナイザーが発明され、デュアルクラッチ技術が忘れられるずっと前に、ギアを変更するときに電気モーターがクラッチを自動的に操作していました。しかし、アームストロングフェートンエンジンは…あまりにも強力でした。これにより木製の車輪が常に損傷しましたが、後に車輪に補強を追加することで修正されました。

フェルディナンド・ポルシェは自動車の歴史においても功績を残しました。ローナー・ポルシェミクストハイブリッドは、後のバージョンでは各車輪に XNUMX つずつ電気モーターによって駆動される車です。これらのエンジンはバッテリーと内燃エンジンのトルクによって動力を供給されました。この車両は最大 XNUMX 人が乗車でき、電力のみ、または内燃エンジンのみを使用して推進されました。

いいね？完全ではありません。 Mixte バッテリーは 44 個の 80 ボルトセルで構成され、重量は 1,8 トンでした。リンクはあまり強力ではなかったので、適切なケーシングで閉じられ、バネで吊り下げられました。ただし、これはバッテリーそのものであり、これに電気モーターをたくさん追加しましょう。ローナーとポルシェの発明品の重量は 4 トンを超えました。今日の視点から見ると完全な不発に見えますが、Mixte は多くのエンジニアに一時停止を与えました。たとえば、ボーイングと NASA の研究者は、このデバイスを非常に注意深く研究しました。アポロ 15 号、16 号、17 号のミッションで月面旅行に使用された LRV には、ローナーとポルシェのミクストハイブリッドから多くのソリューションが取り入れられていたため、効果があります。

ハイブリッドの歴史は非常に長いので、最初から現代に直接移りましょう。私たちが知っているハイブリッドは、トヨタプリウスが日本市場に参入した 90 年代後半になって初めて普及しました。 1997 年に初めて「トヨタハイブリッドシステム」という名前が使用され、後に「ハイブリッドシナジードライブ」となりました。それぞれの世代はどのようなものでしたか？

初代トヨタプリウス - トヨタハイブリッドシステム

ハイブリッドカーのアイデアが新しいものではないことはすでにわかっています。しかし、この概念が実際に普及するまでには 100 年以上かかりました。トヨタプリウスは初の量産ハイブリッド車となった。おそらくこれが、すべてのハイブリッドが明らかにプリウスを連想させる理由です。しかし、技術的な解決策を見てみましょう。

プリウスの生産は 1997 年に開始されましたが、販売のこの部分は日本市場に限定されていました。他の市場、主に米国への輸出が始まったのは 2000 年になってからです。ただし、NHW11輸出モデルは、前モデル（NHW10）と比較してわずかにアップグレードされています。

日本のハイブリッドのボンネットの下には、可変バルブタイミングを備えたアトキンソンサイクルで動作する 1.5 VVT-i エンジンが搭載されていました。前提は現在とほぼ同じでした。ガソリンエンジンは XNUMX つの電気モーターによってサポートされ、XNUMX つは発電機として機能し、もう XNUMX つは車輪を駆動しました。遊星歯車は連続可変 CVT ギアボックスとして機能し、エンジンの仕事を適切に分配する役割を果たしました。

出力は58馬力で、それほど速い車ではありませんでした。 102 rpmで4000 Nm。したがって、加速は非常に控えめで、最高速度は 160 km/h でした。うれしかったのは燃料消費量の少なさで、平均して 5 リッター/100 km を下回る可能性がありました。

NHW11 では、パフォーマンスを向上させるためにほとんどのコンポーネントが改善されました。電気モーターの出力は 3 kW、トルクは 45 Nm 増加しました。機械的損失が減少し、騒音が減少しました。エンジンの最高回転数も500rpm向上した。

しかし、初代プリウスにも欠陥がなかったわけではありません。今日のモデルほど信頼性が低く、バッテリーの過熱の問題があり、一部の電気部品 (電気モーターなど) の騒音が大きすぎました。

プリウス II、czyli ハイブリッドシナジードライブ

2003年には第30世代THSエンジンを搭載したプリウスが登場した。初めてハイブリッドシナジードライブと呼ばれました。ドライブに入る前に、象徴的な形状について触れておく価値があります。それはどこからともなく生まれたわけではなく、「カンバク」という独自の名前さえあります。 XNUMX 年代に空気力学エンジニアのウニバルドカムによって開発されました。後部が高くカットオフされたボディはより流線型で、車後部の乱気流がありません。

トヨタは第 530 世代プリウスの開発中に 50 もの特許を登録しました。コンセプト自体はTHSドライブと似ていますが、ディスクシステムの機能を適切に活用しているのはHSDだけです。内燃機関の出力を増大させて性能を向上させるという従来の考え方とは対照的に、電気モーターと内燃機関のポテンシャルを均等化しました。 XNUMX 代目プリウスは、一部電気モーターを使用して始動および加速しました。ドライブの電気部分の出力が XNUMX% 増加しました。

この世代では、キャビンの冷暖房に内燃エンジンを必要としない電動エアコンコンプレッサーも導入されました。これは今日まで変わりません。プリウスには 2003 年に軽量のニッケル水素電池も採用されました。セルの数が減り、電解質密度が増加しました。また、電気モーターのみで走行できるEVモードもこのモデルから初登場した。

レクサスは、この世代向けに独自のパワートレインオプションを開発しました。 2005 年に、彼はリアアクスルに別の電気モーターを追加し、全輪駆動のハイブリッドを作成しました。 XNUMX 番目のエンジンは、フロントアクスルへのコマンドとは独立して作動しましたが、もちろん、トルクと速度の差を調整するコントローラーによって制御されていました。

最初のレクサス GS 450h および LS 600h は、HSD が強力なエンジンおよび後輪駆動とどのように連携できるかを示しました。このシステムは、特に伝送の分野ではさらに複雑でした。 XNUMXつのシャフトを備えたラビニョー遊星ギアボックス、車輪に対するXNUMX番目のエンジンのギア比を変更するXNUMXつのクラッチ - 詳細については明らかではありませんでした。これについては機械エンジニアが説明する必要があります。

ハイブリッドシナジードライブⅢ

ハイブリッドドライブの最後から 90 番目の世代に到達しました。本当の革命がここで起こりました。部品の1.8％が交換されました。内燃機関は排気量を136リットルに拡大したが、電気モーターは削減された。出力は 9 馬力に増加し、燃料消費量は XNUMX% 減少しました。この世代では、ノーマル、エコ、ダイナミックの運転モードを選択できるようになりました。

HSDは固定比なので、遊星歯車はCVTに似ていますが全く別物です。外歯車はモータMG2、サンギヤはモータMG1であり、内燃機関は「遊星」で接続されている。ドライバーは内燃エンジンと電気モーターの動作に何らかの影響を与えることができますが、アクセルペダルはコンピューターと通信するためにのみ使用されます。私たちがどのように加速したいかを伝えると、コンピューターが道路状況がどのようなものであるか、電気モーターと内燃エンジンの動作を最も効果的に組み合わせる方法を計算します。

トヨタ C-HR または HSD IV

このドライブの第 122 世代は、第 XNUMX 世代のプリウスに登場しました。ただし、C-HR など、他のモデルではすでに定着しています。 Four は HSD III に大きく依存していますが、燃料使用量を減らしながら、HSD III のメリットをさらに絞り出します。ただし、「より多く」はパワーを意味するものではなく、XNUMX馬力に低減されています。

まず第一に、バッテリーの充電特性が改善されました。新しいハイブリッドは、より短時間で大量のエネルギーを吸収できるようになりました。インバーターには別個の冷却システムがあり、占有スペースが 30% 削減されます。遊星ギアボックスは円筒形ギアボックスに置き換えられます。ギアボックス全体が再設計され、損失が 20% 減少しました。

合計

私たちは、電気モーターの利点と内燃エンジンの多用途性を組み合わせた自動車へのトヨタの道のりの一部を見ていきました。ただし、変化するのはディスク自体ではありません。ハイブリッドカーの概念も変わりつつあります。この車はプリウスからずっと前に移行しており、もう少し普通に見える車に移行しています。ハイブリッドは徐々に日常生活の一部になりつつあります。大都市ではどこでも見かけます。

その XNUMX つがトヨタ C-HR で、興味深いクロスオーバーで街中を移動したいが、低燃費と静粛性を重視する人にアピールします。また、環境汚染を減らす必要性についての認識も高まっています。自動車がすべての悪の根源ではありませんが、悪の一部であるため、それについて何かをする必要があります。トヨタはハイブリッド車の販売を前年比で大きく伸ばした。プリウスのおかげではなく、オーリスや C-HR のような車のおかげで、従来のパッケージでありながら、実証済みの信頼性という付加価値を備えた洗練されたドライブトレインを備えた、依然として財布に優しい車です。

次の世代はいつですか？分かりません。おそらくあと数年は待つことになるでしょう。しかし、最新のトヨタハイブリッド車のパワートレインは、すでに信じられないほどの複雑さのレベルに達しています。