Un peu d'histoire - comment la propulsion hybride de Toyota s'est-elle développée ?

Nous utilisons C-HR dans la salle de rédaction depuis un moment maintenant. Chaque jour, nous apprécions les avantages de l'hybride en ville, mais pendant un moment, nous nous sommes demandé jusqu'où allait l'Hybrid Synergy Drive avant qu'il n'arrive sur le dernier modèle ? Si vous êtes également intéressé, lisez la suite.

Vous êtes-vous déjà demandé où en était l'histoire des moteurs hybrides ? Contrairement aux apparences, ce type d'invention n'est pas le domaine des dernières décennies. Le premier brevet pour un système d'entraînement utilisant un moteur à combustion interne et un moteur électrique appartenait à William H. Patton, et il est apparu... avant il y a 128 ans ! Ce brevet a développé la Patton Motor Car, un groupe motopropulseur hybride utilisé pour alimenter les tramways et les petites locomotives. En 1889, un prototype a été créé et huit ans plus tard, la version de série de la locomotive a été vendue à la compagnie de chemin de fer.

Un an plus tôt, le Phaeton s'est déployé sur les routes avant la production du téléphérique de Patton. Non, pas cette Volkswagen-Bentley. Armstrong Phaéton. Probablement la première voiture hybride, ou plutôt un fauteuil roulant, de l'histoire. À bord se trouvaient un moteur à combustion interne 6,5 cylindres de 2 litres, ainsi qu'un moteur électrique. Le volant d'inertie agissait également comme une dynamo qui chargeait la batterie. Armstrong Phaeton récupérait déjà l'énergie du freinage, mais d'une manière légèrement différente des hybrides d'aujourd'hui. Le moteur électrique était utilisé pour alimenter les lampes et démarrer le moteur à combustion interne, et cela n'aurait peut-être pas été surprenant si ce n'était du fait qu'il devançait de 16 ans le démarreur automatique de Cadillac.

Intéressé? Que diriez-vous d'une transmission semi-automatique à 3 vitesses ? Les engrenages n'avaient pas besoin d'être changés complètement à la main. Bien avant l'invention des synchroniseurs et l'oubli de la technique du double embrayage, un moteur électrique actionnait automatiquement l'embrayage lors du changement de vitesse. Cependant, le moteur Armstrong Phaeton était… trop puissant. Il a constamment endommagé les roues en bois, qui ont ensuite été éliminées en ajoutant des renforts aux roues.

Ferdinand Porsche a aussi eu son mérite dans l'histoire de l'automobile. Le Lohner-Porsche Mixte Hybrid était un véhicule qui, dans les versions ultérieures, était propulsé par des moteurs électriques, un pour chaque roue. Ces moteurs étaient alimentés par des batteries et le couple d'un moteur à combustion interne. Ce véhicule pouvait transporter jusqu'à quatre personnes et se déplacer uniquement grâce à l'électricité ou uniquement à l'aide d'un moteur à combustion interne.

Super? Pas complètement. Les batteries Mixte se composaient de 44 cellules de 80 volts et pesaient 1,8 tonne. Les liens n'étaient pas très solides, ils étaient donc fermés dans un étui approprié et suspendus à des ressorts. Cependant, c'est la batterie elle-même, et ajoutons-y beaucoup de moteurs électriques. L'invention de Lohner et Porsche pesait plus de 4 tonnes. Bien que du point de vue d'aujourd'hui, cela ressemble à un raté complet, Mixte a fait réfléchir de nombreux ingénieurs. Par exemple, ceux de Boeing et de la NASA, qui ont étudié très attentivement cet appareil. Avec des effets, car le LRV qu'utilisaient les missions Apollo 15, 16 et 17 pour faire le tour de la lune avait de nombreuses solutions empruntées à l'hybride Lohner-Porsche Mixte.

L'histoire des hybrides est assez longue, alors allons directement au présent depuis le tout début. Les hybrides tels que nous les connaissons ne sont devenus populaires qu'à la fin des années 90 lorsque la Toyota Prius est entrée sur le marché japonais. C'est alors que pour la première fois - en 1997 - le nom "Toyota Hybrid System" a été utilisé, qui est devenu plus tard "Hybrid Synergy Drive". À quoi ressemblaient les générations individuelles?

Première Toyota Prius - Système hybride Toyota

Nous savons déjà que l'idée d'une voiture hybride n'est pas nouvelle. Cependant, il a fallu plus de 100 ans pour que ce concept devienne vraiment populaire. La Toyota Prius est devenue la première voiture hybride produite en série. C'est peut-être pour cette raison que tous les hybrides sont clairement associés à la Prius. Mais regardons les solutions techniques.

Bien que la production de la Prius ait commencé en 1997, cette partie des ventes était destinée au marché japonais uniquement. Les exportations vers d'autres marchés, principalement les États-Unis, n'ont commencé qu'en 2000. Cependant, le modèle d'exportation NHW11 a été légèrement amélioré par rapport à son prédécesseur (NHW10).

Sous le capot de l'hybride japonais se trouvait un moteur 1.5 VVT-i à calage variable des soupapes, fonctionnant sur le cycle Atkinson. Les hypothèses étaient plus ou moins les mêmes qu'aujourd'hui - le moteur à essence était soutenu par deux moteurs électriques - l'un fonctionnant comme générateur et l'autre entraînant les roues. L'engrenage planétaire, qui servait de transmission CVT à variation continue, était responsable de la bonne répartition du travail des moteurs.

Ce n'était pas une voiture très rapide, avec une puissance de 58 ch. et 102 Nm à 4000 tr/min. Par conséquent, l'accélération était plutôt modeste, tout comme la vitesse maximale de 160 km / h. Ce qui m'a plu, c'est la faible consommation de carburant, qui en moyenne pouvait descendre en dessous de 5 l/100 km.

Dans la version NHW11, la plupart des composants ont été améliorés pour offrir de meilleures performances. La puissance du moteur électrique a été augmentée de 3 kW et le couple de 45 Nm. Les pertes mécaniques ont été réduites et le bruit a été réduit. Le régime moteur maximal a également été augmenté de 500 tr/min.

La première Prius, cependant, n'était pas sans défauts - elle n'était pas aussi fiable que les modèles actuels, il y avait des problèmes de surchauffe des batteries et certains composants électriques (comme le moteur électrique) étaient trop bruyants.

Prius II ou Hybrid Synergy Drive

En 2003, une autre Prius est apparue avec un moteur THS de deuxième génération. Il s'appelait d'abord Hybrid Synergy Drive. Avant d'entrer dans le lecteur, il convient de mentionner la forme emblématique. Il n'est pas né de zéro et a même son propre nom - "Kammbak". Il a été développé dans les années 30 par l'ingénieur aérodynamique Wunibald Kamm. La carrosserie avec un dos haut et coupé est plus profilée, il n'y a pas de turbulences derrière la voiture.

Alors qu'il travaillait sur la Prius de deuxième génération, Toyota a déposé jusqu'à 530 brevets. Bien que le concept en tant que tel soit similaire au lecteur THS, ce n'est que dans le HSD que les capacités du système de disque ont été correctement utilisées. Le potentiel du moteur électrique et du moteur à combustion interne a été égalisé, contrairement à l'idée précédente qui était d'augmenter la puissance du moteur à combustion interne pour augmenter la productivité. La deuxième Prius a démarré et accéléré en partie à l'aide d'un moteur électrique. La puissance de la partie électrique du variateur est augmentée de 50 %.

Cette génération a également vu l'introduction d'un compresseur de climatisation électrique qui ne nécessitait pas de moteur à combustion interne pour refroidir ou chauffer l'intérieur. Il en est resté ainsi jusqu'à ce jour. La Prius a également reçu des batteries NiMH plus légères en 2003. Le nombre de cellules a été réduit et la densité de l'électrolyte a été augmentée. De plus, c'est dans ce modèle que le mode EV a été introduit pour la première fois, ce qui vous permet de rouler uniquement sur le moteur électrique.

Lexus a développé ses propres variantes du groupe motopropulseur de cette génération. En 2005, il a appliqué un autre moteur électrique à l'essieu arrière et a ainsi créé un hybride à traction intégrale. Le troisième moteur fonctionnait indépendamment de la commande de l'essieu avant - même si, bien sûr, il était contrôlé par un contrôleur qui régule le couple et le différentiel de vitesse.

Les premières Lexus GS 450h et LS 600h ont montré comment HSD peut fonctionner avec des moteurs puissants et une propulsion arrière. Ce système était encore plus complexe - notamment dans le domaine de la transmission. Boîte de vitesses planétaire Ravigneaux à quatre arbres, deux embrayages qui modifient le rapport de démultiplication du deuxième moteur par rapport aux roues - il n'était pas évident d'entrer dans les détails. Cela devrait être expliqué par l'ingénieur en mécanique.

Hybrid Synergy Drive III

Nous atteignons l'avant-dernière génération de la propulsion hybride. C'est là qu'une véritable révolution a eu lieu. Remplacement de 90% des pièces. Le moteur à combustion interne a augmenté le volume de travail à 1.8 litre, mais les moteurs électriques ont été réduits. La puissance est passée à 136 ch, tandis que la consommation de carburant a diminué de 9 %. Dans cette génération, nous avons pu sélectionner un mode de conduite - normal, éco et dynamique.

Le HSD a un rapport d'engrenage fixe, de sorte que l'engrenage planétaire, bien que similaire à une CVT, est quelque chose de complètement différent. La bague extérieure de l'engrenage est le moteur MG2, l'engrenage solaire est le moteur MG1 et l'ICE est relié par des "planètes". Le conducteur peut en quelque sorte influencer le fonctionnement du moteur à combustion interne et du moteur électrique, mais la pédale d'accélérateur ne sert qu'à communiquer avec l'ordinateur. Nous disons comment nous aimerions accélérer, et l'ordinateur calculera quelles sont les conditions de la route et comment combiner le plus efficacement le travail du moteur électrique et du moteur à combustion interne.

Toyota C-HR ou HSD IV

La quatrième génération du lecteur est apparue ... dans la quatrième génération de la Prius. Cependant, il a déjà réussi à s'enraciner dans d'autres modèles - par exemple, dans le C-HR. Le Quartet s'appuie fortement sur le HSD III, mais en tire encore plus avec une consommation de carburant moindre. Cependant, "plus" ne signifie pas puissance, car il a été réduit à 122 ch.

Tout d'abord, les caractéristiques de charge des batteries ont été améliorées - les nouveaux hybrides sont capables d'absorber de grandes doses d'énergie en un temps plus court. L'onduleur dispose d'un système de refroidissement séparé et occupe 30 % d'espace en moins. L'engrenage planétaire est remplacé par un engrenage cylindrique. L'ensemble de la boîte de vitesses a été repensé pour générer 20% de pertes en moins.

Addition

Nous avons vu des parties du parcours de Toyota vers des véhicules qui combinent les avantages des moteurs électriques avec la polyvalence des moteurs à combustion interne. Cependant, ce n'est pas le disque lui-même qui change. Le concept de voiture hybride évolue également. Celle-ci a depuis longtemps cessé d'être une Prius et fait son chemin dans des voitures aux allures un peu plus conventionnelles. Les hybrides font progressivement partie de la vie quotidienne. On les voit partout dans les grandes villes. 

L'un d'eux est le Toyota C-HR, qui plaira à ceux qui veulent se déplacer en ville dans un crossover intéressant, mais qui apprécient la faible consommation de carburant et le silence. Il y a aussi une prise de conscience croissante de la nécessité de réduire la pollution - et bien que les voitures ne soient pas la source de tous les maux ici, elles en font partie, donc quelque chose doit être fait à ce sujet. Toyota enregistre une croissance significative des ventes de véhicules hybrides d'une année sur l'autre. Non pas grâce à la Prius - grâce à des voitures comme l'Auris ou la C-HR - toujours disponibles sur le portefeuille, dans l'emballage habituel, mais avec une transmission améliorée, dont la valeur ajoutée est une fiabilité éprouvée.

A quand la prochaine génération ? Nous ne savons pas. Nous attendrons probablement encore quelques années. Cependant, le groupe motopropulseur des derniers hybrides Toyota atteint déjà un niveau de sophistication incroyablement élevé.