Jeden den v TMG: Toyota TS030 aneb supervýkonný hybrid

Na začátku to znělo docela obyčejně: prezentace úspěchů závodního hybridu. Lidé z TMG (Toyota Motorsport GmbH) se ale svého úkolu zhostili s vervou. Vysvětlili, proč jejich okruhový prototyp TS030nemá nic společného s dnešními hybridy a zároveň nabídli prohlídku celého vývojového a výrobního centra. Ale vezměme to hezky popořádku.

Závodní hybrid

Toyota se v motorsportu angažuje od sedmdesátých let, a to právě prostřednictvím divize TMG (dříve Toyota Team Europe), která sídlí v německém Kolíně nad Rýnem. Za sebou má například úspěšnou účast v mistrovství světa rally, korunovanou čtyřmi jezdeckými a třemi týmovými tituly, méně úspěšné angažmá ve Formuli 1, ale také hned dvojí účast ve vytrvalostních závodech. Nejprve s prototypem TS010 (1991) a posléze s GT-One, jak se říká typu TS020 (1998). Loni se Toyota vrátila, postavila prototyp TS030 Hybrid a absolvovala s ním úspěšnou první sezónu.

Úspěchy samozřejmě nepřišly samy od sebe. Toyota při stavbě TS030 Hybrid využila bohaté zkušenosti TMG z éry Formule 1. Navíc v Japonsku automobilka se závodními hybridy experimentuje už od roku 2006. A provoz závodního týmu dostali na starost specialisté, francouzská Oreca.

Toyota TS030 Hybrid je postavena podle pravidel závodní kategorie LMP1, stejně jako zatím jediný přímý soupeř Audi R18 TDI e-tron quattro. Základní konstrukce se podobá formulím – ke karbonové vaně je napevno přimontovaný motor, k němu pak převodovka a zadní zavěšení. Kokpit je samozřejmě uzavřený a auto má kompletní aerodynamickou kapotáž.

Pravidla pro konstrukci LMP1 jsou poměrně striktní, zároveň ale nechávají inženýrům relativní volnost při volbě konkrétních technických řešeních. Toyota vsadila na atmosférický benzinový motor, který má objem omezen na 3,4 litru. Konkrétně se jedná o osmiválec RV8KLM s výkonem 530 koní (390 kW), přes šestistupňovou sekvenční převodovku pohání zadní kola. Potud je závodní hybrid shodný s jakýmkoliv speciálem kategorie LMP1.

U hybridního systému pravidla omezují jeho využití, jinak jsou ale regulace velmi volné. Existuje proto hned několik možných řešení: elektromotor může pohánět zadní, nebo přední kola, energie se může ukládat v mechanické, nebo elektrické podobě a v případě čistě elektrického řešení lze použít z praxe dobře známé baterie (např. Li-Ion) nebo superkondenzátor. Inženýři Toyoty zvolili pohon zadních kol, na která elektromotor krátkodobě posílá 300 koní (220 kW) navíc, a co nejkompaktnější stavbu se superkondenzátorem. Toto řešení je podle nich nejvhodnější, připouští ale, že jiné koncepce mohou při nepatrně vyšší hmotnosti a složitější stavbě dosahovat podobné výkonnosti.

Jaké jsou argumenty Toyoty? Elektrický boost je povolen až v rychlostech nad 120 km/h, kdy nehrozí neřešitelné problémy s trakcí zadních kol. Pro co nejlepší rozložení hmotnosti je elektromotor vložen mezi spalovací motor a převodovku, superkondenzátor společně s invertorem „sedí“ v kabině vedle pilota. Dodavateli hybridního systému jsou Denso (elektromotor) a Nisshimbo (kondenzátor).

Výhodou kondenzátoru je nižší hmotnost a menší riziko přehřívání než u Li-Ion baterií. Parametry superkondenzátoru navíc výborně korespondují s pravidly: kapacita je sice relativně menší, regulace ale beztak povolují během jednoho okruhu v Le Mans dobít (a opět použít) 3,5 MJ energie – konkrétně se jedná o sedm vyhrazených sektorů, v každém z nich může vůz operovat maximálně s 500 kJ. Toto množství energie se stihne dobít během tří sekund, elektromotoru pak vystačí na necelé tři sekundy plného provozu. Na kratších okruzích je pak vyhrazených sektorů méně.

Na trati přináší podle Toyoty každý Megajoule výhodu 0,8 sekundy, v Le Mans je proto TS030 v každém kole zhruba o 2,8 sekundy rychlejší, než by tomu bylo bez hybridního pohonu. Pro srovnání, systém KERS ve Formuli 1 pracuje s podstatně nižším výkonem (60 kW) a za jedno kolo využije 0,3 MJ, které zrychlí dosažený čas přibližně o 0,8 sekundy.

Pro úplnost dodáme, že Audi R18 TDI e-tron quattro využívá úplně jiný postup. Elektřina pohání přední kola, k uložení energie slouží mechanický setrvačník typu Williams Hybrid Power, který se objevil už v Porsche 911 GT3 R Hybrid.

Na trati tedy soupeří dvě diametrálně odlišné konstrukce a každá z nich může přinést důležité inovace pro produkční automobily. Toyota prověřuje možnost nasazení svého systému ve sportovních autech, kde se uplatní výhoda vysokého výkonu a rychlého dobíjení/vybíjení menších dávek energie. Řešení Audi by si naopak lidé z TMG dokázali představit například v užitkových automobilech a autobusech do městského provozu, kde by ušetřilo energii při častých rozjezdech.

Zakázkový vývoj

TMG ale neznamená jen závodní program LMP1. Když Toyota před sezónou 2010 prakticky ze dne na den ukončila program Formule 1, zůstal v TMG skoro dokončený monopost TF110, prostory bez využití a 1000 zaměstnanců. Šest stovek spolupracovníků muselo TMG přesto opustit, společnosti se ale podařilo nalézt životaschopný model další existence.

Konstruktéři se uplatnili mimo jiné u LMP1, další vybavení TMG využívá z menší části pro potřeby samotné Toyoty, z větší části pro externí zákazníky. Například oba aerodynamické tunely si pronajímají jiné firmy – Ferrari do Kolína dokonce přesídlilo celé své oddělení aerodynamiky.

Dále TMG dokáže nabídnout kompletní servis související s testováním, vývojem a kusovou výrobou motorů a převodovek, testovací stolice pro zátěžové zkoušky zavěšení, testování řízení, brzd i celé hydrauliky. Jména konkrétních zákazníků i realizované projekty (s výjimkou spolupráce s Ferrari) jsou pochopitelně pečlivě střeženým obchodním tajemstvím. Podle všeho ale mezi ně patří i konkurenční automobilky nebo další týmy F1. V TMG se také nachází autokláv pro výrobu karbonových dílů a za velice výdělečnou činnost firma označuje výrobu vysoce kvalitních 3D modelů z resinu. Nejde přitom jen o makety automobilových dílů, ale prakticky o cokoliv, kde je potřeba ověřit funkčnost pohyblivých částí nebo stabilitu navržené struktury.

Součástí areálu je také simulátor a soukromé muzeum, které v nevyužívaných prostorech pod aerodynamickým tunelem schraňuje všechny závodní Toyoty. Kvůli svému umístění ovšem nemůže být přístupné veřejnosti...

Ještě ale na skok zpátky k automobilové produkci TMG. Kdo si chce pořádně zazávodit s Toyotou, nemusí snít o místě v kokpitu továrního TS030 Hybrid. V Kolíně vznikají i mnohem dostupnější stroje, kupé GT86 CS-V3, které si můžete prohlédnout v galerii. Základem je silniční kupé, k němu TMG přidá homologovanou klec, závodní brzdy, slicky, závodní podvozek, vyztuží skelet a sníží hmotnost. Hotový vůz stojí 45 tisíc eur a může závodit v kategorii V3 vypsané organizací VLN (závody na Nürburgringu) nebo se přímo účastnit německých závodů značkové série.