Lexus GS 450h: nejrychlejší hybrid planety

Jenže pak přišel Lexus – nositel image a technického pokroku koncernu Toyota Motor Corporation – na světě se objevil první terénní hybrid RX 400h se nadprůměrnou dynamikou a příjemně nízkou spotřebou paliva. Třetím, ale zdaleka ne posledním trumfem japonské automobilové skupiny, se stává sedan vyšší střední třídy Lexus GS 450h. Tento model bude spolu s RX 400h hlavním lídrem popularizace značky na evropském kontinentu a také proto mu věnujeme tento článek.

Třetí hybridní model – třetí uspořádání pohonu

Nový Lexus je druhým hybridním modelem značky a celkově třetím full-hybridem, který v současnosti Toyota resp. Lexus nabízejí. Každý z nich přitom využívá kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru, generátoru, děliče výkonu, pracovní sady akumulátorů a řídící jednotky s měničem. Uspořádání celého systému se však u všech tří modelů liší. Zatímco Toyota Prius, orientovaná na nízkou spotřebu paliva a nízké emise zejména v městském provozu, disponuje uspořádáním „vše (až na akumulátory) vpředu“, RX 400h je vybaven dvěma elektromotory (u každé z náprav jeden), podstatně výkonnějším zážehovým motorem a orientací nejen na nízkou spotřebu, ale také na značnou výkonovou rezervu, která byla dosud u takto koncipovaných automobilů spíše výjimkou.

Uvnitř Lexuse GS 450h nalezneme zcela nový, vpředu umístěný motor, pohon zadních kol a sériově nebo paralelně pracující hybridní pohon. I zde je vysoký výkon kombinován s nízkou spotřebou paliva, takže již není třeba volit mezi ekologií a uživatelsky zábavným řešením. Lexus pokračuje v označování svých hybridních modelů dle stejné logiky jako u RX 400h. Písmeno „h“ prozrazuje původ síly v nízkých otáčkách, číslice „450“ je uznáním skutečnosti, že výkon kombinovaného hnacího ústrojí je srovnatelný s výkonem běžného motoru V8 4,5 l vyvinutého podle standardů značky Lexus.

Komponenty systému Lexus Hybrid Drive

hybrid lexus predstavujeme Obdobně jako u modelu RX 400h má systém Lexus Hybrid Drive modelu GS 450h tzv. sériovou nebo paralelní konfiguraci. Kola zadní nápravy pohání buď výhradně zážehový motor (tzv. sériový režim) nebo jsou kola poháněna současně motorem a elektromotorem (tzv. paralelní režim). Vzhledem k tomu, že GS 450h je „plně hybridní automobil“, může fungovat také pouze v elektrickém režimu.

Nový hybridní systém pohonu Lexus Hybrid Drive kromě zážehového motoru a elektromotoru dále zahrnuje generátor, vysoce výkonný NiMH akumulátor, dělič výkonu (Power Split Device), dvoustupňovou převodovku redukující otáčky elektromotoru a kompaktnější jednotku řízení výkonu (Power Control Unit). U vozu GS 450h je použito podélné hybridní převodové ústrojí.

Elektromotor, generátor, dělič výkonu a dvoustupňový převod redukující otáčky elektromotoru jsou uloženy v jediné odlehčené, vysoce kompaktní skříni převodového ústrojí, která je pouze o 1 cm delší než šestistupňová manuální převodovka u modelu Lexus IS.

Stejně jako u RX 400h je otáčkoměr na přístrojovém panelu nahrazen ukazatelem odebíraného výkonu, který řidiče neustále informuje o tom, jak velký výkon podává hybridní pohonná jednotka, a také o tom, jaké množství energie bylo generováno při brzdění nebo zpomalení. Otáčkoměr ztrácí vzhledem k dělení odebíraného výkonu mezi spalovací motor a elektromotor význam.

Výrobce na všechny komponenty, vztahující se k hybridnímu pohonu (mimo zážehový motor a převodové ústrojí), poskytuje celoevropskou záruku na 5 let nebo 100.000 km.

Zážehový motor V6 se dvěma vstřikovači

Nový model GS 450h používá zážehový motor V6 jehož dvě řady válců svírají úhel 60°. Ze zdvihového objemu 3456 cm3 je získáván největší výkon 218 kW při 6400 ot./min a největší točivý moment 368 Nm při 4800 ot./min.

hybrid lexus predstavujeme Pro zajištění optimální hmotnosti jsou blok motoru, hlavy válců, kryty hlav, olejová vana a písty vyrobeny z hliníku. Ojnice jsou vykovány z vysokopevnostní oceli. Díky pokrokové technologii odlévání jsou hliníkový blok a litinové vložky vyrobeny jako jeden celek, což zmenšuje rozteče mezi vrtáním válců na pouhých 11,5 mm. Začlenění motoru do systému Lexus Hybrid Drive odstranilo nutnost použití spouštěče, alternátoru i hnacího řemenu, protože vidlicový šestiválec je spouštěn elektrickým generátorem.

Poprvé na světě v automobilu aplikovaný systém přímého vstřikování D-4S se dvěma vstřikovači na válec (Direct-injection 4-stroke petrol Superior-version). Instalací jednoho vstřikovače ve spalovací komoře a druhého v sacím kanále se spojují přednosti přímého vstřikování a vstřikování do sání. Motor tak dosahuje optimální účinnosti a točivý moment je o 7 % vyšší v celém rozsahu otáček. Současně dochází ke snížení spotřeby paliva a emisí.

Vstřikovače v sacím kanále využívají pro vstřikování paliva 12 otvorů při největším tlaku 4 bary, zatímco vstřikovače umístěné ve válci mají dvojité obdélníkové štěrbiny o rozměrech 0,52 x 0,13 mm s tryskami, které směs rozprašují ve tvaru vějíře, aby dosáhly co možná nejhomogennější směsi vzduchu a paliva. Vstřikování do válce probíhá při maximálním tlaku 130 bar.

Režim „Studený start“

Při spouštění motoru za studena používá systém D-4S vstřikování do sacího kanálu při sání a přímého vstřikování při kompresi. Tím se vytváří směs vzduchu a paliva v poměru 15-16:1. Bohatší směs zvyšuje teplotu spalování a přispívá k rychlejšímu zahřátí dvou tenkostěnných katalyzátorů, zatímco elektronické řízení hybridního systému udržuje otáčky motoru na takové úrovni, která snižuje emise na minimum. Takový režim není u konvenčního motoru prakticky realizovatelná.

Režim „Běh naprázdno“

Při běhu naprázdno využívá motor pouze přímé vstřikování. Jestliže motor pracuje pří nízkém až středním zatížení v nízkých otáčkách, používají se během sacího zdvihu oba systémy vstřikování. Tím se vytváří homogenní směs vzduchu a paliva s poměrem 12-15:1, což stabilizuje spalování, zlepšuje účinnost paliva a snižuje emise.

Režim „Vysoké zatížení“

Když motor běží pod velkým zatížením, používá se pouze systém přímého vstřikování. Tím se dosáhne chladícího efektu při sání, neboť palivo je vstříknuto přímo do spalovacího prostoru, a tím se zlepšuje účinnost každého plnění. Při sacím zdvihu se opět dosáhne směsi vzduchu a paliva s poměrem 12-15:1.

Systém D-4S tím, že zamezuje tendencím k předčasnému zážehu, umožňuje vyšší kompresní poměr motoru 11,8:1, což zlepšuje účinnost pohonné jednotky.

Duální inteligentní proměnné časování ventilů (Dual VVT-i) poskytuje novému vidlicovému šestiválci plynule proměnné časování rozvodu pro sací i výfukové ventily v rozsahu 60° resp. 35 ° natočení klikové hřídele, což vede ke zlepšení výkonu, spotřeby paliva a snížení emisí. Systém byl záměrně upraven tak, aby vyhovoval charakteristice systému Lexus Hybrid Drive. Časování sání je zpožděno a ventily se otevírají a zavírají později, než je obvyklé.

Výfukový systém motoru V6 3,5 l je vytvořen z tenkostěnného potrubí z korozivzdorné oceli, které snižuje hlučnost, zlepšuje tepelnou odolnost a urychluje zahřátí katalyzátoru. Řídicí výtlačné ventily v obou hlavních tlumičích se zavírají při malých otáčkách kvůli omezení hlučnosti. Se zvyšováním otáček se otevírají, aby se zmenšil zpětný tlak a zvýšila se výkonnost motoru.

Elektromotor

Vysoce výkonný a současně kompaktní elektromotor pracuje v GS 450h podobně jako „elektrické dmychadlo“, které spalovacímu motoru pomáhá dosáhnout proměnlivého výkonu. Systém hybridního pohonu Lexus Hybrid Drive využívá třífázový elektromotor synchronního typu s permanentními magnety. Přívodní napětí 650 V zpracovává jednotka řízení výkonu (Power Control Unit).

Vzhledem k tomu, že elektromotor bylo nutné umístit do kompaktní skříně hybridního převodového ústrojí, elektrická instalace statoru získala menší průměr (zapojení do dvojité hvězdy), což vedlo ke značnému zmenšení průměru jednotky. Jedná se o nejvýkonnější elektromotor, jaký kdy byl instalován ve standardním sériovém osobním automobilu. Je o 20 % výkonnější než elektromotor v modelu RX 400h, má výkon 147 kW mezi 6000 a 14000 ot./min. a točivý moment 275 Nm od 0 do 4000 ot./min.

Vysokonapěťový akumulátor

Systém Lexus Hybrid Drive používá vysoce výkonný 288 V akumulátor Ni-MH. Ten je spojen s jednotkou, která monitoruje stav dobíjení akumulátoru, zjišťuje problémy a ovládá celý systém hospodaření s energií.

Třebaže tento akumulátor má stejný počet článků (240 článků po 1,2 V) jako u modelu RX 400h, v modelu GS 450h je o 13 % lehčí. Byl vyvinut ve spolupráci s firmou Panasonic, je 100% recyklovatelný a je instalován v zavazadlovém prostoru hned za zadními sedadly. Kvůli tomu musel být využitelný objem zavazadelníku snížen na 280 l. Akumulátor se dobíjí činností hybridního systému pohonu, takže nevyžaduje žádné externí dobíjení. Byl vyvinut tak, aby jeho životnost odpovídala životnosti ostatních hlavních částí pohonné jednotky.

Pro dosažení tak velké trvanlivosti byla prvořadá povaha nabíjecích a vybíjecích cyklů akumulátoru. Elektronická řídící jednotka hybridního systému spojená s monitorovací jednotkou akumulátoru zajišťuje, že úroveň stavu nabití nikdy nedosáhne extrémně vysokých nebo nízkých hodnot, a zároveň ovládá rychlost dobíjení a vybíjení.

Jednotka řízení výkonu (Power Control Unit)

Jednotka řízení výkonu se skládá z konvertoru zvyšujícího napětí a invertoru stejnosměrného/střídavého proudu. Konvertor napětí v jednotce řízení výkonu systému Lexus Hybrid Drive mění napětí z akumulátoru z 288 V na 650 V pro pohon elektromotoru a příležitostně generátoru. Invertor stejnosměrného/střídavého proudu současně mění proud ze stejnosměrného na střídavý.

Intenzivní úsilí bylo věnováno zmenšení a odlehčení této komponenty systému Lexus Hybrid Drive. Byly použity menší kondenzátory a kombinace součástek, které vedly ke kompaktnějšímu tranzistorovému modulu. Výsledkem je jednotka o objemu pouhých 11,6 l. Je o 63 % menší a 43 % lehčí než jednotka použitá u modelu RX 400h a je tak nyní, co do velikosti srovnatelná s obvyklým 12 V akumulátorem.

Dělič výkonu (Power Split Device)

Dělič výkonu se nachází v samém srdci hybridního systému vozu GS 450h. K rozdělení výkonu spalovacího motoru do dvou směrů používá planetové redukční soukolí. Skládá se z centrálního kola, vnějšího korunového kola a satelitních kol, které do obou soustředných kol zapadají. Satelity jsou připevněny k unášeči, který jim umožňuje rotovat kolem stejné osy jako centrální a korunové kolo.

Generátor je pevně spojen s centrálním kolem. Spalovací motor je spojen s unášečem satelitů a elektromotor je spojen s vnějším korunovým kolem, které je přímo spojeno s diferenciálem, který pohání kola. Nezáleží tedy na tom, zda síla přichází od spalovacího motoru, elektromotoru nebo z obou zdrojů současně, rychlost otáčení korunového kola planetového děliče je přímo úměrná rychlosti vozidla.

Dělič výkonu umožňuje výběr z celého rozsahu možností přenosu energie, který je součástí systému Lexus Hybrid Drive: při rozjezdu a v malých rychlostech je spalovací motor vypnutý a unášeč satelitů se neotáčí. Pohon má na starosti elektromotor otáčející korunovým kolem a pohánějící kola. Díky otáčení satelitů na stacionárním unášeči dochází k rotaci centrálního kola a tím i generátoru.

Jakmile se zvýší rychlost vozu a vznikne potřeba síly spalovacího motoru, dojde ke krátkodobému zastavení centrálního kola, které sílu elektromotoru převede na unášeč satelitů, který svým otočením díky pevnému spojení s klikovým hřídelem spustí spalovací motor. Po spuštění spalovacího motoru začne síla putovat přes unášeč satelitů jak na centrální kolo planetového děliče, tak na korunové kolo spojené s koly vozidla. Generátor, který je roztáčen centrálním kolem, dodává prostřednictvím řídící jednotky přenosu energie elektrickou energii jak pro dobíjení akumulátoru, tak pro pohon elektromotoru.

Dvoustupňový převod redukující otáčky elektromotoru

Unikátní u modelu GS 450h je to, že nové podélné hybridní převodové ústrojí zahrnuje dvoustupňový převod pro redukci otáček elektromotoru. Jednotka, podobná velmi kompaktní samočinné převodovce, automaticky přepíná zpřevodování mezi nízkým (3,900) a vysokým (1,900) redukčním převodem elektromotoru. Za normálních podmínek provede redukční systém v průběhu akcelerace při rychlosti 90 km/h sotva postřehnutelnou změnu převodového poměru. Dvoustupňový převod pro redukci otáček eletromotoru proto generuje maximální točivý moment při nízkých otáčkách (zpřevodování do pomala), aby podstatně podpořil akceleraci vozu.

Elektronicky ovládané převodové ústrojí E-CVT se sekvenčním režimem

Nový Lexus GS 450h využívá předností elektronicky řízené převodovky E-CVT (Electronically-controlled Continuously Variable Transmission), která simuluje funkci převodovky s plynule měnitelným převodovým poměrem. Převodovka E-CVT je nově vybavena sekvenčním režimem brzdění.

Koordinací otáček motoru a elektromotoru dokáže převodovka E-CVT zajistit plynulou změnu převodového poměru, což připomíná činnost konvenční elektronicky řízené převodovky CVT s plynule měnitelným převodem.

Elektronicky ovládané ústrojí E-CVT zahrnuje u modelu GS 450h navíc šestistupňový sekvenční režim v poloze volicí páky „S“ Šest sekvenčních kroků nabízí různou úroveň brzdné síly motoru (obdobně jako při podřazování u běžné automatické převodovky se sekvenčním režimem), čímž se dosahuje lepší ovladatelnosti vozidla a zvyšuje se požitek z jízdy.

Při volbě nižšího rychlostního stupně během brzdění nebo zpomalování zvětší elektronická řídicí jednotka účinek brzdění motorem, zvětší zatížení generátoru, což se projeví jak nabitím akumulátoru, tak vyššími otáčkami motoru.

Volba režimu Mode Select

Lexus GS 450h poprvé nabízí uživatelům volbu ze tří nastavení výkonu: „Normal“ pro optimální vyváženost výkonu a trakce, „Power“ (výkon) s aktivnější odezvou škrticí klapky a „Snow“ (sníh) pro omezení prokluzu na maximálně kluzké vozovce. Tyto tři režimy je možné zvolit pomocí přepínače umístěného na středové konzoli.

Provoz hybridního ústrojí

Nedosahuje-li spalovací motor provozní teploty a zapalování je zapnuté, systém spustí spalovací motor, aby jednotka co nejrychleji dosáhla optimální teploty. Při dlouhodobějším provozu vozidla na volnoběh se spalovací motor samočinně spustí, jakmile je prostřednictvím generátoru potřeba dobít vysokonapěťový akumulátor.

Při takových provozních podmínkách, ve kterých je účinnost spalovacího motoru nízká, jako je rozjezd a jízda malou rychlostí, je vozidlo poháněno pouze elektromotorem, který neprodukuje žádné emise. Systém Lexus Hybrid Drive umožňuje vozu stání při zařazeném rychlostním stupni, jako je to běžné u klasické samočinné převodovky.

Za normálních podmínek se výkon spalovacího motoru pomocí děliče výkonu dělí mezi přímý pohon kol a pohon generátoru, který následně pohání elektromotor a současně dobíjí vysokonapěťový akumulátor. Za takových okolností se neustále sleduje a upravuje rozdělení výkonu mezi spalovací motor a elektromotor, aby se co nejvíce zvětšila jejich účinnost. Když je zapotřebí náhle zrychlit, pracují spalovací motor a elektromotor opět v tandemu a akumulátor dodává další výkon, aby podpořil odezvu elektromotoru.

Při zpomalování a brzdění se spalovací motor vypne a vysoce výkonný elektromotor funguje jako vysoce výkonný generátor. Tento regenerativní systém brzdění u hybridního systému nového GS 450h optimalizuje využívání energie tím, že se kinetická energie regeneruje a ukládá jako elektrická energie ve vysoce výkonném akumulátoru. Úroveň nabití akumulátoru je navíc za všech jízdních podmínek ovládána prostřednictvím spalovacím motorem poháněného generátoru, aby se zabránilo nutnosti dobíjet systém z vnějšího zdroje.

Nové pohonné ústrojí Lexus Hybrid Drive poskytuje luxusnímu sedanu GS 450h takovou výkonnostní charakteristiku, která jej řadí mezi luxusní modely segmentu E s motory V8 a špičkové sportovní sedany stejné třídy. Kombinovaný největší výkon 254 kW (maximální výkony spalovacího motoru a elektromotoru nelze jednoduše sčítat) přispívá k dosažení hranice specifického výkonu 100 k/l (74 kW/l). To umožňuje vozu GS 450h zrychlovat z 0 na 100 km/h ze pouhých 5,9 s a dosahovat největší rychlost 250 km/h, což jsou nejlepší jízdní výkony u hybridního vozu na světě.

Stejně impozantní je mohutný točivý moment v nízkém až středním rozsahu otáček, který je umožněn charakteristikou výkonného elektromotoru. Ten funguje jako elektrické dmychadlo, když pomáhá spalovacímu motoru při naléhavé potřebě akcelerace. Elektromotor je schopen vyvíjet okamžitě z klidu největší točivý moment 275 Nm, což je hodnota u spalovacího motoru z principu nedosažitelná. Tato charakteristika je obzvláště přínosná při akceleraci a pro výkon ve středních otáčkách během pružné akcelerace. Lexus GS 450h zrychlí z 80 na 120 km/h za pouhých 4,7 s.

Zásluhou těsné spolupráce mezi oběma zdroji pohonu je možné dosáhnout nepřerušované a plynulé akcelerace.

Kromě pozoruhodných výkonových parametrů poskytuje nový systém pohonu Lexus Hybrid Drive mimořádnou úroveň kultivovanosti a tichého chodu, která je opět těžko srovnatelná s obvyklým spalovacím motorem V8. V závislosti na stavu nabití akumulátoru a funkci škrticí klapky může model GS 450h ujet až 2 kilometry pouze s pohonem elektromotoru a akumulátoru. Dosahuje přitom rychlosti 40 km/h za současného provozu klimatizace. V takové situaci se hlučnost v interiéru sníží na polovinu úrovně dosahované u modelu GS 430. Dokonce i při rychlosti 100 km/h jsou hladiny hluku v kabině modelu GS 450h minimálně o 3 % nižší.

Srovnání s konvenčními automobily

hybrid lexus predstavujeme Model GS 450h vykazuje podstatně vyšší hospodárnost než srovnatelné sportovní sedany prémiového segmentu. V kombinovaném cyklu se může pochlubit spotřebou 7,9 l/ 100 km, což je hodnota srovnatelná s vozidly poháněnými zážehovými motory ze segmentů o dvě třídy nižších. Rovněž v městském provozu je nový model GS 450h vysoce hospodárný a při stálé rychlosti 120 km/h má o 8 % nižší spotřebu než model GS 430.

Jestliže jako výchozí bod vezmeme hodnotu kombinované spotřeby paliva, nový model GS 450h ujede více než 800 km s jednou plnou nádrží (s 95 oktanovým benzinem). To je vzdálenost, která zdaleka předčí jakýkoli konkurenční automobil se schopností zrychlovat z 0 na 100 km/h za méně než 6 s. Emise CO2 navíc dosahují hodnoty pouhých 186 g/km, což je srovnatelné s automobily prémiového segmentu E, které jsou poháněny čtyřválcovým vznětovým motorem.

Schopnost modelu GS 450h vyrovnat se produkovanými emisemi CO2 vozům s úspornými čtyřválcovými vznětovými motory přispívá k podstatně nižší klasifikaci zdanění v řadě evropských států (Belgie, Kypr, Dánsko, Francie, Řecko, Nizozemí, Portugalsko, Slovinsko, Švédsko a Velká Británie). Například majitelé nového modelu GS 450h ve Velké Británii budou platit měsíčně o méně než polovinu nižší daň ze služebních vozů než ti, kteří řídí konkurenční vozy poháněné vidlicovými osmiválci o stejném výkonu.

Hodnota kombinovaných emisí NOx a uhlovodíků (přibližně 0 g/km, resp. 0,01 g/km) je v současnosti nejnižší mezi automobily s klasickými spalovacími motory.

Výbava

hybrid lexus predstavujeme Lexus GS 450h je v současnosti (do příchodu nové řady LS) technologickou vlajkovou lodí koncernu Toyota na evropském trhu. Nepřekvapí proto skutečnost, že ve výbavě tohoto modelu jsou všechny v současnosti v automobilovém průmyslu známé prostředky, kterými lze zvýšit bezpečnost nebo komfort cestujících. Týká se to například aktivního řízení (mění převod od 12,4:1 do 17,4:1), adaptivního tempomatu (samočinné udržování vzdálenosti před vozidlem při jízdě středními a vyššími rychlostmi) a s ním souvisejícího Pre Crash systému, systému integrovaného řízení jízdní dynamiky (VDIM), plně elektrické samočinně řízené klimatizace, inteligentního parkovacího asistenta, systému bezklíčového odemykání a startování vozu nebo špičkové audio soustavy Mark Levinson.

Vše výše uvedené je korunováno příznivou cenou na českém trhu, která byla stanovena na částce 1.679.000,-Kč. Postesknout si můžeme snad jen nad tím, že česká legislativa vůbec nereflektuje na pokrokovost hybridních automobilů a tak investice do takového vozu zůstává pouze na stupni ekologického smýšlení příslušné části motoristické populace.