Toyota vyvíjela pohon plynovou turbínou! Měl to být dokonce hybrid

Hybridní pohon je dnes skloňován v souvislosti s budoucností automobilismu. Japonská automobilka byla jednou z prvních na světě, která tuto technologii dovedla do sériové výroby. Jenže u Toyoty přemýšleli o hybridním pohonu už v šesté dekádě minulého století.

První vlaštovka

Nápad spojit hybridní pohon využívající elektrické akumulátory s plynovou turbínou se zrodil v hlavách vývojářů Toyoty už v roce 1965. Trvalo však dalších deset let, než byl vůz s takovým pohonem prezentován veřejnosti. Stalo se tak na 21. autosalonu v Tokiu v roce 1975. Vyvoleným modelem, který světu ukázal, na čem mimo jiné Toyota pracuje, byl velký model Century. Pohon kombinující plynovou turbínu a elektromotor poskytoval dle dobových pramenů nejvyšší výkon 71 koní (52 kW) a spojen byl se čtyřstupňovou převodovkou.

Že nešlo o „výkřik do tmy“, dokázala Toyota o dva roky později na stejném místě. K hybridní Century se přidal obdobně poháněný vůz z přesně opačného spektra nabídky vozů této značky. Tentokrát se jednalo o model Sports 800, malé kupé, v tomto případě s přídomkem Gas turbine-Hybrid. Parametry byly ovšem skromnější než v případě Century. Výkon klesl na pouhých 30 koní (22 kW) a místo čtyřstupňové převodovky použili technici jen dvoustupňovou.

Techrules Ren RS míří s italským designem, elektromotory a turbínami na závodní okruhy

Baterka byla v kufru

Jak byl hybridní pohon s plynovou turbínou ve vozidle uspořádán, ukazuje průhled vozem Sports 800 Gas turbine-Hybrid. Plynová turbína se nacházela v přední části, tedy na místě, kde je běžně motor vozu. Turbína však kola auta přímo nepoháněla. Sloužila „jen“ coby pohon generátoru elektrického proudu, který se ve Sports 800 nacházel před turbínou. Dále byla v přední části vozidla umístěna elektronika pohonu s dalším nezbytným příslušenstvím. Ke spouštění turbíny sloužil elektrický spouštěč coby samostatná jednotka.

Pohon vozidla obstarával elektromotor, situovaný mezi plynovou turbínu a převodovku, v podélné ose vozidla ve středovém tunelu někde v místě pod palubní deskou. Na elektromotor navazovala převodovka, v tomto případě jen dvoustupňová (zřejmě z důvodu zástavbových rozměrů v kombinaci s velikostí vozu Sports 800) a dále kloubový hřídel, který poháněl diferenciál zadní nápravy. Elektromotor byl napájen z akumulátoru umístěném v zavazadlovém prostoru.

Toyota CX-80: Takto si Japonci představovali v roce 1979 městské auto budoucnosti

Použité řešení, které využívaly Sports 800 i Century, počítalo s jednohřídelovou turbínou. To se však záhy ukázalo jako slepá vývojová větev. Další vývoj této koncepce sice možný byl, ovšem s neúměrně vysokými náklady, navíc s nejistým výsledkem.

Dva hřídele bez elektromotoru

Současně s vývojem turbínového hybridního pohonu s jednohřídelovou turbínou probíhal u Toyoty také vývoj pohonu s dvouhřídelovou turbínou, která však vozidlo poháněla přímo. Tudíž nesloužila pro pohon generátoru elektrického proudu. Tato koncepce se ukázala být perspektivnější. Proto se od konce 70. let zaměřili vývojáři Toyoty výhradně na ni.

Výsledkem se během osmdesátých let stala plynová turbína „fáze II“. Ta již byla mnohem slibnější. Následně byl pohon s plynovou turbínou certifikován pro autobusy s tím, že by mohl pohánět také sportovní kupé, vyráběné v omezených počtech. Za tímto účelem Toyota představila koncept sporťáku GTV, neboli Gas Turbine-powered Personal Gran Turismo, jak zněl celý název tohoto zajímavého vozu. Veřejnosti se předvedl jak jinak než na autosalonu v Tokiu, a to v roce 1987. Technika tohoto auta je dodnes pozoruhodná a rozhodně byla ve své době nadějnější než o deset let starší turbínové-hybridní vozy Century a Sports 800.

Carina se super technikou

Dobové prameny udávají, že základ pro kupé GTV poskytla tehdejší Carina. To je však asi jediná podobnost konceptu se sériovým vozem. Kupé v konfiguraci 2+2 a dlouhé 4725 mm s rozvorem náprav 2595 mm bylo primárně showcarem neobvyklého pohonu. Ve skutečnosti však disponovalo vysokou technickou úrovní i v jiných oblastech.

Třeba zavěšení kol využívalo na obou nápravách dvojici příčných ramen, přičemž kola byla odpružena vzduchovým pérováním. Dále vůz dostal posilovač řízení, jehož účinek klesal s rostoucí rychlostí, či čtyřstupňovou elektronicky řízenou samočinnou převodovku. A dále třeba elektromechanickou parkovací brzdu, tedy techniku, která se u sériových aut objevuje až v posledních deseti patnácti letech. Jen se nedokázala při rozjíždění vozidla sama odbrzdit. Pokud se řidič s vozem rozjížděl a brzdu neodbrzdil, ozval se varovný zvukový signál. Vůz jezdil na 16palcových kolech s pneumatikami 225/50.

Toyota GR Super Sport Concept : Tohle chtějí Japonci opravdu vyrábět!

Ani výstroj auta nebyla zrovna zpátečnická. Chybějící zpětná zrcátka nahrazovala kamera vsazená do zadního čela vozu, která obraz zobrazovala na displeji typu CRT (Cathod Ray Tube) v přístrojovém štítu. Displej CRT dále ukazoval vnější teplotu či nastavení samočinné klimatizace a rovněž informoval řidiče o provozních skutečnostech. Servis si na něm navíc mohl vyvolat kódy případných závad. Velmi pokrokové bylo také elektro-luminiscenční osvětlení tvořené panelem ve střeše, který vytvářel jakoby přírodní světlo.

Jezdila takřka na cokoliv

Tím nejzajímavějším byl na celém autě jeho pohon. V případě kupé GTV se již nejednalo o hybrid, ale o vůz poháněný přímo turbínou, což se ukázalo jako schůdnější řešení. Nejlépe požadavkům vyhovovala dvouhřídelová turbína. Její výhodou byl tichý chod a také fakt, že mohla spalovat různé druhy paliv. Dále se vyznačuje nízkými vibracemi, neboť na rozdíl od pístového motoru nemusí převádět posuvný pohyb na rotační. Dále nebylo nutné ji chladit kapalinou a dle dobových informací měla poskytovat solidní točivý moment v nízkých otáčkách. Obecně vzato byla plynová turbína v 60. až 80. letech považována za schopnou budoucí alternativu k pístovým motorům. Cílem Toyoty bylo vyvinout plynovou turbínu na úroveň, kdy by poskytovala vyšší účinnost než tehdejší diesely.

Pohon plynovou turbínou se skládal z radiálního kompresorového kola, stejně řešeného kola kompresoru-turbíny, tepelného výměníku a spouštěče. Dále pak systému, který řídil tok spalin přiváděných na výstupní (hnací) turbínu, která byla axiálního typu. Palivo se do stlačeného vzduchu přidávalo a zároveň zažehovalo svíčkou ve spalovací komoře.

Vstupní kompresor a kompresor-turbína se točily maximální rychlostí 68.000 otáček za minutu. Výstupní axiální turbína měla maximum otáček 53.000 za minutu. Mezi hřídel výstupní turbíny a převodovku byl vložen reduktor s převodem 10,13:1, jenž snižoval otáčky výstupního hřídele z turbíny o celý řád, takže výkon motoru udával výrobce 150 koní při 5300 otáčkách za minutu. Vrchol točivého momentu úřadoval na hodnotě 333,4 N.m při 1000 otáčkách za minutu. S rostoucími otáčkami ale točivý moment plynule klesal, takže v 5000 otáčkách za minutu již dosahoval hodnoty přibližně 195 N.m.

Jak to pracovalo

Primární kompresor radiálního typu nasává a následně stlačuje vzduch, který proudí do rotačního tepelného výměníku „vzduch-vzduch“. Tady se ohřeje tím, že přijme část tepla ze spalin odcházejících z turbíny. Ohřátý stlačený vzduch teče z výměníku do spalovací komory, kde se smísí s palivem. Zápalná směs je zažehnuta od svíčky. Vzniknou spaliny o vysoké teplotě a současně konstantním tlaku. Již před tím stlačené horké spaliny roztáčejí radiálně řešené kompresorové-turbínové kolo, které pohání primární kompresor radiálního typu (ten co nasává a následně stlačuje vzduch). Obě kola jsou totiž umístěna na jedné hřídeli. Zároveň ale část kinetické energie spalin jde od kompresorového-turbínového kola dále a roztáčí výstupní (hnací) turbínu, která je na vlastním, tedy druhém hřídeli, jenž pohání přímo redukční převod. Od výstupní (hnací) turbíny spaliny odcházejí ven, přes již zmíněný tepelný výměník.

Pininfarina H600 zvládne 1000 km na jedno nabití díky turbíně

K řízení plynové turbíny Toyota využila na tu dobu vyspělý počítač, který už navíc pracoval v souladu se samočinnou převodovkou. Jde o funkci později známou jako „fuzzy logic“ a tedy pružně se přizpůsobující požadavkům řidiče. V případě turbíny šlo o vyspělé řízení rychlosti přiváděných spalin na výstupní (hnací) turbínu. A dále o použité materiály, údajně využívající pro některé součástky keramiku. Z ní byl vyroben spalovací prostor, rotory obou turbín a některé další komponenty.

Bohužel Toyota GTV zůstala navždy jen konceptem a ani pohon plynovou turbínou se v sériové výrobě ve spojení s auty neujal. Na rozdíl od letectví, kde však tento v principu stejný pohon prodělal poměrně bouřlivý vývoj za účelem snížení spotřeby paliva, emisí a v tomto případě také hlučnosti. Byly to právě koncepty a experimentální vozidla, která ukázala, že pro pohon automobilů je klasický pístový motor lepším řešením. Ke stejnému závěru došly i jiné automobilky, například britský koncern British Leyland, který turbínový pohon pro auta rovněž vyvíjel a na rozdíl od Japonců měl oporu i v domácím vyspělém leteckém průmyslu.