Toyota Hybrid System – Racing: poczÄ…tki

Toyota Motor Corporation ogÅ‚osiÅ‚a, że rozważa możliwość opracowania wyÅ›cigowego samochodu hybrydowego dokÅ‚adnie 12 maja 2005 roku. W tamtym czasie takie pojazdy nie istniaÅ‚y, dlatego oczywiÅ›cie nie organizowano dla nich żadnych zawodów. Mimo to zespóÅ‚ inżynierów Toyoty rozpoczÄ…Å‚ prace nad systemem spalinowo-elektrycznym, który mógÅ‚by zostać zaadaptowany do różnych dyscyplin sportów motorowych.

Efektem tych prac jest Toyota Hybrid System – Racing (THS-R), w zaÅ‚ożeniach podobny do napÄ™du Hybrid Synergy Drive stosowanego w samochodach seryjnych, jednak wyposażony w znacznie bardziej zaawansowany system odzyskiwania energii z hamowania. Energia ta w zupeÅ‚noÅ›ci wystarczy do zasilania potężnych silników elektrycznych, dziÄ™ki którym moc samochodu jest dwukrotnie wiÄ™ksza, niż samego silnika benzynowego.

Lexus GS 450h 2006 Denso 

Pierwsza generacja wyÅ›cigowego napÄ™du hybrydowego trafiÅ‚a pod maskÄ™ Lexusa GS 450h, wystawionego w lipcu 2006 roku do startu w 24-godzinnym wyÅ›cigu Tokachi przez należącÄ… do Toyota Group firmÄ™ Denso. Tokachi 24h to najdÅ‚uższa runda japoÅ„skiej serii wyÅ›cigów dÅ‚ugodystansowych Super Taikyu (S-tai).

Organizatorzy od razu zwrócili uwagÄ™ na doÅ‚Ä…czenie do stawki samochodu wyposażonego w zupeÅ‚nie nowy rodzaj napÄ™du i ustanowili kategoriÄ™ Production-1 (P-1) dla hybryd i innych ekologicznych samochodów. Lexus z napÄ™dem na tylnÄ… oÅ› oficjalnie doÅ‚Ä…czyÅ‚ do nowej klasy P-1, jednak jego twórcy opracowywali go wedÅ‚ug regulacji dla klasy ST-1 (dla silników o objÄ™toÅ›ci skokowej 3 501 cm3 lub wiÄ™kszych).

WyÅ›cigowy Lexus GS 450h byÅ‚ oparty na aucie produkcyjnym, z którego przejÄ…Å‚ niklowo-wodorkowy akumulator trakcyjny, architekturÄ™ ukÅ‚adu hybrydowego i benzynowy silnik V6. UkÅ‚ad wzbogacono o kondensator, umożliwiajÄ…cy bÅ‚yskawiczne gromadzenie energii przy hamowaniu i jej szybkie oddawanie podczas dynamicznego przyspieszania auta na torze. Maksymalna moc ukÅ‚adu hybrydowego wynosiÅ‚a 346 KM, tak samo jak w seryjnym aucie. To wystarczyÅ‚o, żeby Lexus bez problemów ukoÅ„czyÅ‚ wyÅ›cig i zajÄ…Å‚ miejsce w poÅ‚owie stawki.

Toyota Supra HV-R 2007

Start Lexusa GS na Tokachi daÅ‚ zespoÅ‚owi Denso ogromnÄ… ilość cennych danych. Projektanci wykorzystali je do stworzenia nowego wyÅ›cigowego napÄ™du hybrydowego, z którym Denso ponownie spróbowaÅ‚ swoich siÅ‚ w tym wyÅ›cigu rok później. 

Tym razem samochodem bazowym byÅ‚a tylnonapÄ™dowa Toyota Supra w wersji GT500 z popularnej w Japonii serii Super GT. Zachowano w niej oryginalny, wolnossÄ…cy silnik V8 4,5 l o mocy 480 KM. Dodatkowe 230 KM uzyskano poprzez doÅ‚Ä…czenie silnika elektrycznego/generatora o mocy 204 KM napÄ™dzajÄ…cego tylnÄ… oÅ› oraz osobnych silników elektrycznych o mocy po 13,5 KM przy każdym z przednich kóÅ‚. Choć przednia oÅ› miaÅ‚a stosunkowo maÅ‚o mocy do dyspozycji, hybrydowa Supra mogÅ‚a bardziej wydajnie odzyskiwać energiÄ™ z hamowania dziÄ™ki trzem osobnym silnikom/generatorom.

Tak jak w poprzednim modelu, zainstalowano kondensator do magazynowania energii z hamowania i jej szybkiego dostarczania do silników elektrycznych. Jednak tym razem kondensator zamiast uzupeÅ‚niać pracÄ™ akumulatora trakcyjnego, caÅ‚kowicie go zastÄ…piÅ‚. DziÄ™ki temu konstrukcja napÄ™du byÅ‚a prostsza, a ponadto Supra HV-R ważyÅ‚a tylko 1080 kg.  

W czasie wyÅ›cigu, pomimo trudnych warunków, w tym przejÅ›ciowych opadów, Supra HV-R z napÄ™dem 4x4 zajęła na Tokachi pierwsze miejsce. Samochód pokonaÅ‚ w 24 godziny 616 okrążeÅ„ (3 128 km), o 19 okrążeÅ„ wiÄ™cej niż samochód, który ukoÅ„czyÅ‚ wyÅ›cig jako drugi. Tym samym benzynowo-elektryczna Supra staÅ‚a siÄ™ pierwszym samochodem hybrydowym, który wygraÅ‚ wyÅ›cig.

Analizy po zakoÅ„czeniu wyÅ›cigu wykazaÅ‚y, że choć Supra HV-R miaÅ‚a wiÄ™kszÄ… moc niż GS 450h z sezonu 2006, zużyÅ‚a o 10 procent mniej paliwa. Co wiÄ™cej, zamontowanie generatorów na przednich koÅ‚ach zaowocowaÅ‚o tym, że przednie hamulce zużyÅ‚y siÄ™ o ponad poÅ‚owÄ™ mniej, niż oczekiwano.

THS-R: hybryda godna Le Mans

Po wygranej w 24-godzinnym wyÅ›cigu Tokachi apetyty Toyoty wzrosÅ‚y. Teraz przyszedÅ‚ czas na wiÄ™kszÄ… imprezÄ™, na której atuty wyÅ›cigowego napÄ™du hybrydowego można byÅ‚oby pokazać miÄ™dzynarodowej publicznoÅ›ci. 

Tym razem celem Toyoty staÅ‚ siÄ™ znany na caÅ‚ym Å›wiecie, legendarny 24-godzinny wyÅ›cig w Le Mans we Francji, na który trzeba byÅ‚o przygotować specjalny samochód. Aby hybrydowa Toyota mogÅ‚a walczyć z benzynowymi bolidami renomowanych sportowych marek, konieczna byÅ‚a radykalna redukcja masy napÄ™du z 600 kg do zaledwie 100 kg.

W tamtym czasie nie istniaÅ‚y technologie, które umożliwiÅ‚yby 6-krotne zmniejszenie masy ukÅ‚adu hybrydowego. Dlatego inżynierowie Toyoty wrócili do deski kreÅ›larskiej, aby wymyÅ›lić napÄ™d hybrydowy na nowo. Prace trwaÅ‚y od 2008 do 2011 roku i zakoÅ„czyÅ‚y siÄ™ opracowaniem wyczynowego ukÅ‚adu THS-R.

Toyota TS030 Hybrid 2012

Opracowanie samochodu hybrydowego gotowego do startów w najwyższej klasy miÄ™dzynarodowych wyÅ›cigach zajęło Toyocie Å‚Ä…cznie 6 lat. PracowaÅ‚y nad nim wspólnie dwa zespoÅ‚y w Higashi-Fuji Technical Centre w Japonii oraz zespóÅ‚ w Kolonii, specjalizujÄ…cy siÄ™ w produkcji nadwozi z wÅ‚ókna wÄ™glowego, który wczeÅ›niej odpowiadaÅ‚ za udziaÅ‚ Toyoty w Formule 1. W ten sposób powstaÅ‚ TS030 Hybrid – pierwszy benzynowo-elektryczny samochód hybrydowy, który wystartowaÅ‚ w serii FIA World Endurance Championship (Mistrzostwa Åšwiata WyÅ›cigów DÅ‚ugodystansowych). NajważniejszÄ… rundÄ… tej serii jest 24-godzinny wyÅ›cig w Le Mans. 

Samochód byÅ‚ napÄ™dzany nowoopracowanym, wolnossÄ…cym silnikiem V8 o pojemnoÅ›ci skokowej 3,4 litra. Jednostka wspóÅ‚pracowaÅ‚a z ukÅ‚adem zÅ‚ożonym z dwóch silników elektrycznych oraz superkondensatora, zbudowanym we wspóÅ‚pracy z Nisshinbo.

Na poczÄ…tku w TS030 Hybrid silniki elektryczne zostaÅ‚y umieszczone z przodu i z tyÅ‚u. Jednak regulacje FIA dla klasy LMP1 w sezonie 2012 ograniczyÅ‚y ilość odzyskiwanej energii podczas hamowania do 500 kJ i dopuÅ›ciÅ‚y napÄ™d tylko na jednÄ… oÅ›. Z tego powodu Toyota musiaÅ‚a ograniczyć możliwoÅ›ci ukÅ‚adu hamowania rekuperacyjnego oraz pozostawiÅ‚a tylko jeden silnik elektryczny – zintegrowany ze skrzyniÄ… biegów silnik Denso.

Pomimo tych ograniczeÅ„ nowy bolid zaliczyÅ‚ doskonaÅ‚y sezon – samochód wywalczyÅ‚ 3 wygrane w Å‚Ä…cznie 6 wyÅ›cigach, 3 pole positions i 4 najszybsze okrążenia. ImponujÄ…ce osiÄ…gi TS030 Hybrid potwierdziÅ‚y ogromne możliwoÅ›ci technologii hybrydowej w wyczynowym wydaniu.

Toyota TS030 Hybrid 2013

Toyota TS030 Hybrid przygotowana na sezon 2013 miaÅ‚a architekturÄ™ i specyfikacjÄ™ niemal takÄ… samÄ… jak poprzedni model, jednak w czasie prac rozwojowych skupiono siÄ™ na poprawie niezawodnoÅ›ci i lepszym zarzÄ…dzaniu jego elementami. UkÅ‚ad THS-R z superkondensatorem skÅ‚adaÅ‚ siÄ™ z silnika elektrycznego o mocy 304 KM i 3,4-litrowego V8 o mocy 537 KM. Dla rezultatów w wyÅ›cigach dÅ‚ugodystansowych miaÅ‚a znaczenie nie tylko wiÄ™ksza moc, ale także niższe zużycie paliwa zmodernizowanego napÄ™du. Zmodyfikowano też przednie zawieszenie i dopracowano aerodynamikÄ™.

Toyota TS040 Hybrid 2014 – samochód mistrzów

Nowe regulacje FIA na sezon 2014 WEC poÅ‚ożyÅ‚y wiÄ™kszy nacisk na oszczÄ™dność paliwa – samochody musiaÅ‚y spalać o 25 procent mniej benzyny, niż rok wczeÅ›niej. JednoczeÅ›nie możliwe byÅ‚o umieszczenie po jednym silniku elektrycznym na każdej osi oraz zwiÄ™kszenie iloÅ›ci odzyskiwanej energii do 8 MJ.

Toyota zastosowaÅ‚a superkondensator o pojemnoÅ›ci 6 MJ i dwa silniki elektryczne o Å‚Ä…cznej mocy 527 KM, które wspóÅ‚pracowaÅ‚y z wiÄ™kszÄ… niż w poprzednim modelu jednostkÄ… V8 3,7 l o mocy 486 KM. Tym samym Å‚Ä…czna moc samochodu wzrosÅ‚a do 1000 KM. Samochód zyskaÅ‚ też wiÄ™kszÄ… przyczepność i stabilność dziÄ™ki napÄ™dowi 4x4.

Trzeci sezon Toyoty w FIA WEC przyniósÅ‚ historyczny sukces – podwójne mistrzostwo Å›wiata w wyÅ›cigach dÅ‚ugodystansowych. Toyota zostaÅ‚a mistrzem Å›wiata konstruktorów jako pierwszy japoÅ„ski producent, natomiast Anthony Davidson i Sébastien Buemi zajÄ™li pierwsze miejsca w klasyfikacji generalnej kierowców. W 24-godzinnym wyÅ›cigu w Le Mans samochód prowadzony przez Davidsona, Buemiego i Nicolasa Lapierre zajÄ…Å‚ 3. miejsce.

Toyota TS040 Hybrid 2015

W sezonie 2015 utytuÅ‚owany TS040 Hybrid przeszedÅ‚ ewolucyjne zmiany. GÅ‚ówne parametry siÄ™ nie zmieniÅ‚y – 1000 KM mocy i 6 MJ odzyskiwanej energii. JednoczeÅ›nie zmodyfikowano 80% części, aby poprawić osiÄ…gi, niezawodność i obniżyć masÄ™. Poprawiono także pakiety aerodynamiczne, dostosowane do różnych wymagaÅ„ na poszczególnych torach.

Toyota TS050 Hybrid 2016

Nowy model TS050 Hybrid przyniósÅ‚ najwiÄ™kszy rozwój napÄ™du THS-R od poczÄ…tku startów Toyoty w FIA WEC. ZupeÅ‚nÄ… nowoÅ›ciÄ… jest silnik V6 twin-turbo 2,4 l z bezpoÅ›rednim wtryskiem paliwa o mocy 500 KM. OpracowaÅ‚o go Centrum Techniczne Higashi-Fuji Toyoty w Japonii. Superkondensator zastÄ…piono akumulatorem litowo-jonowym o pojemnoÅ›ci 8 MJ, wspóÅ‚pracujÄ…cym z silnikami elektrycznymi o Å‚Ä…cznej mocy 500 KM.

Podobnie jak w TS040 Hybrid, przy każdej z osi umieszczono jeden silnik elektryczny, zmieniono jednak pozycjÄ™ przedniego motoru, aby uzyskać lepszy przepÅ‚yw powietrza pod podÅ‚ogÄ…. PrzekÅ‚adnia zostaÅ‚a dostosowana do wiÄ™kszego momentu obrotowego turbodoÅ‚adowanego silnika. Samochód otrzymaÅ‚ także nowe pakiety aerodynamiczne.

W sezonie 2016 kierowcy TOYOTA GAZOO Racing prowadzÄ…cy TS050 Hybrid 7-krotnie stanÄ™li na podium. Stéphane Sarrazin, Mike Conway i Kamui Kobayashi zajÄ™li 1. miejsce na japoÅ„skim torze Fuji Speedway, zaÅ› w Le Mans dojechali do mety jako drudzy.

Toyota TS050 Hybrid 2017

Regulacje FIA na 2017 rok objęły redukcjÄ™ wydajnoÅ›ci pakietów aerodynamicznych. Chciano w ten sposób wydÅ‚użyć czasy okrążeÅ„ na torze w Le Mans i tym samym poprawić bezpieczeÅ„stwo. Konieczne byÅ‚o m.in. podniesienie przedniego spojlera o 15 mm. Centrum techniczne Toyoty w Kolonii zastosowaÅ‚o cyfrowÄ… symulacjÄ™ przepÅ‚ywu powietrza oraz tunele aerodynamiczne, aby jak najlepiej wykorzystać nowe przepisy. TS050 Hybrid otrzymaÅ‚ dwa nowe pakiety aerodynamiczne, zamiast trzech dopuszczonych przez FIA w 2016 roku – z dużym i z maÅ‚ym dociskiem. Konieczne byÅ‚o także ograniczenie zużycia opon na kwalifikacjach i 6-godzinnych wyÅ›cigach. Toyota opracowaÅ‚a wspólnie z Michelin nowe konstrukcje i mieszanki, a także dostosowaÅ‚a geometriÄ™ zawieszenia do tych obostrzeÅ„.

Optymalizacji zostaÅ‚ poddany także napÄ™d. Silniki elektryczne w aktualnym modelu sÄ… mniejsze i lżejsze niż rok temu, zaÅ› akumulator litowo-jonowy zostaÅ‚ udoskonalony. Toyota zapowiada, że rozwiÄ…zania wypracowane dla TS050 Hybrid 2017 już wkrótce znajdÄ… zastosowanie w seryjnych samochodach hybrydowych tego producenta. 

W rozegranych do tej pory 4 rundach sezonu 2017 TOYOTA GAZOO Racing wygraÅ‚a 2 wyÅ›cigi i Å‚Ä…cznie 4 razy stanęła na podium. Szczególnie udany byÅ‚ wyÅ›cig w Spa-Francorchamps, gdzie zaÅ‚ogi Buemi – Davidson – Nakajima oraz Conway – Kobayashi zajęły odpowiednio 1. i 2. miejsce.