Toyota Prius II – jak vlastně pracuje

Po téměř šesti letech výroby a 130 tis. prodaných vozech Prius představila Toyota v New Yorku druhou generaci automobilu Prius s výrazně inovovaným hybridním pohonem. Pojďme se společně podívat na technické detaily tohoto pohonu.

Toyota pracuje na vývoji hybridního pohonu již dlouhou řadu let a zavedla pro něj označení THS (Toyota Hybrid System). Pod tímto označením se objevil v Priusu první generace v roce 1997. Druhá generace dostala výrazně vylepšený systém s označením THS II, který využívá poznatků získaných také vývojem vozu Toyota FCHV, což je automobil využívající k pohonu palivových článků.

Nejvýraznější změnou je použití vysokonapěťového okruhu a eliminace použití spalovacího motoru v situacích, kdy je jeho účinnost nízká. Původní Prius pracoval s napětím 274 V, zatímco systém THS II pracuje s 500 V, což snižuje ztráty přenosem energie mezi generátorem a elektromotorem. Synchronní střídavý elektromotor je zcela nově navržen ve vývoji Toyoty. Optimální rozmístění permanentních magnetů na rotoru, efektivní tvar rotoru samotného a již zmíněný vysokonapěťový okruh umožnily zvýšit výkon na 1,5-násobek původního motoru. Nyní tak produkuje 50 kW místo dřívějších 33 kW. Zvýšil se i točivý moment motoru ze 350 na 400 Nm a to vše při zachování původních rozměrů. Tato skutečnost společně s použitím vylepšených Nikl-Metal hydridových baterií se sníženým vnitřním odporem a vyšší kapacitou, umožnila vyřazení spalovacího motoru z činnosti při nižších rychlostech. Při jízdě ve městě se tady nový Prius chová jako čistý elektromobil, zatímco spalovací motor přichází s pomocnou rukou mimo město.

Mimo samotný elektrický pohon je součástí systému také zážehový čtyřválec objemu 1,5 litru pracující s vysokou tepelnou účinností. Stejný byl i v předchozí generaci Priusu, ale po dalším vývoji byl poněkud zvýšen jeho výkon z 53 na 57 kW, točivý moment zůstal na 115 Nm. Na motor navazuje rozdělovač točivého momentu (Power split device), který podle potřeby rozděluje točivý moment motoru mezi generátor elektrické energie a kola poháněné přední nápravy. Dalšími důležitými prvky systému je měnič na střídavé napětí (inverter) a samotný měnič na vysoké napětí (High Voltage Power Circuit)

Celý systém THS II je samozřejmě řízen vyspělou elektronikou, která má ve své paměti uloženo pět základních režimů práce pohonu a ty se mohou podle situace různě kombinovat. První je určen pro rozjezd a jízdu v nízkých rychlostech, především ve městě. Obnáší pouze elektrický pohon a spalovací motor je zcela odstaven. Tento režim nabízí minimální ekologickou zátěž prostředí. Druhý je určen pro běžnou klidnou jízdu mimo město. Zde již je spalovací motor zapojen do činnosti a rozdělovač točivého momentu podle pokynů řídící jednotky dělí výkon mezi generátor, který přímo pohání elektromotor a mezi kola hnané nápravy. Podle aktuální situace se poměr mezi jednotlivými výstupy upravuje, aby bylo dosaženo maximální účinnosti. Třetí režim je určen pro nouzové situace, kdy je zapotřebí prudká akcelerace. V této situaci je veškerá síla spalovacího motoru soustředěna na poháněná kola a navíc se přidává veškerý výkon elektromotoru hnaného z baterií. V takovém okamžiku je k dispozici výkon 82 kW a Prius dokáže zrychlovat z 0-100 km/h za 11 sekund, čímž se téměř vyrovná klasickým vozům se zážehovým dvoulitrem. Navíc celá akcelerace probíhá hladce bez jakýchkoli rázů. Graf názorně ukazuje srovnání průběhu zrychlení mezi Priusem (plná čára) a Toyotou Camry 2,4l se čtyřstupňovým automatem (přerušovaně). Čtvrtý režim využívá brždění k dobíjení baterií. Pokud automobil jede z kopce, nebo brzdí, přepne elektronika elektromotor do režimu generátoru a automaticky převádí kinetickou energii na elektřinu, která dobíjí baterie. Poslední program zajišťuje, aby nedošlo k vybití baterií. Elektronika hlídá danou minimální úroveň nabití a pokud jí baterie dosáhnou spustí se spalovací motor a jeho plný výkon se směřuje do generátoru, který tak dobíjí baterie. Pokud automobil zastaví, motor se automaticky zase vypne.

Systém THS II posouvá hybridní pohon dále a co do dynamických vlastností na srovnatelnou úroveň klasických vozů se spalovacími motory. To vše však za nesrovnatelně nižších emisí škodlivin.