Toyota vyvinula nové pohony vycházející z platformy TNGA

Společnost Toyota Motor Corporation vyvinula ve snaze vylepšit jízdní schopnosti a ekologické parametry svých vozů vyspělé motory a převodovky (včetně úprav hybridní soustavy pohonu) založené na nové podvozkové platformě TNGA (Toyota New Global Architecture). Nové pohonné jednotky se postupně začnou objevovat ve vozech značky Toyota od začátku roku 2017. Prostřednictvím platformy TNGA se Toyotě podařilo změnit základní konstrukci automobilu. Promítlo se to například do snížení linie kapoty a těžiště celého vozu nebo zavádění dalších inovací ke zlepšení jízdních schopností. Konstruktéři usilovali o zlepšení elementárních vlastností vozidla, kterými jsou jízda, řízení a brzdění. Soustředili se tak na platformy vozidel, přičemž nyní, od uvedení čtvrté generace modelu Prius v roce 2015, rozšiřují nasazování nových platforem v rámci celé produktové nabídky. Toyota souběžně vyvíjela i nové pohonné jednotky, které výrazně zlepšují samotnou jízdu i dosahované ekologické parametry.

Nově vyvinuté pohonné jednotky od Toyoty charakterizuje nízká hmotnost, kompaktní rozměry a nízké těžiště. Detailní zaměření na základní výkonové charakteristiky vozidla se odrazilo ve vývoji motorů s velmi rychlým spalováním, stejně tak jako vysoce účinných vícestupňových převodovek. Důležitá byla i standardizace základní konstrukce všech těchto nových jednotek, a tak byl uplatněn modulární návrh (jednotná konstrukce), jenž se stal základem pro budoucí výrobu „solidně postavených vozů“.

Od počátku byl kladen důraz na to, aby nové pohony dosahovaly velmi dobrých ekologických parametrů. Vývoj se kromě toho zaměřil na dosažení takových jízdních vlastností, které by „změnily to, jak vozy Toyota jezdí“ pod klíčovým motivem vývoje „přímé a hladké odezvy“. Toyota za výchozí bod výroby automobilů považuje pocit radosti z řízení. Japonská automobilka si proto dala za cíl vyrábět automobily s takovými jízdními schopnostmi, které odrážejí vůli řidiče, ale současně jsou i velmi hospodárné a vykazují další příznivé ekologické parametry. Nově představované pohonné jednotky samy o sobě přinášejí výkonové zlepšení cca o 10 procent a snížení spotřeby paliva přibližně o 20 procent. Spojení nových motorů s obecným vylepšováním karoserií, včetně aerodynamických parametrů, snižováním hmotnosti a dalších úprav, může otevřít cestu k ještě výraznější optimalizaci výkonu a spotřeby paliva.

Nový zážehový čtyřválec 2,5 litru s přímým vstřikováním paliva

Novou řadu spalovacích motorů Toyota pojmenovala „Dynamic Force Engines“. Konstruktéři usilovali o maximální využití potenciálu nových motorů, a proto celou jejich konstrukci koncipovali v souladu s platformou TNGA. Cílem inovace celé konstrukce a uspořádání bylo dosáhnout vysoké úrovně jízdních schopností s příkladnými ekologickými parametry. Konstrukční úpravy budou i nadále pokračovat, ve snaze dosažené parametry nových motorů ještě zdokonalit. Nové motory používají technologii vysokorychlostního spalování se systémem variabilního řízení. Dosahují i vyšší termodynamické účinnosti, což se odráží ve vysokém výkonu díky menším energetickým ztrátám např. v souvislosti s výfukovou a chladicí soustavou nebo pohybem mechanických částí. Součástí nové řady jednotek je benzinový motor 2,5 litru dosahující jedné z nejvyšších úrovní termodynamické účinnosti na světě – 40 procent v případě vozů poháněných samotnou zážehovou jednotkou, resp. 41 procent v případě hybridních vozidel. U tohoto nového, důkladně promyšleného a výrazně modernizovaného motoru byla uplatněna řada nových technologií, jakou je např. řešení pro mimořádně přesné řízení, díky kterému jednotka velmi dynamicky reaguje na pokyny od řidiče a dosahuje vysokého točivého momentu v širokém pásmu otáček.

Nová osmistupňová a desetistupňová automatická převodovka s přímým řazením (Direct Shift-8AT & Direct Shift-10AT)

Toyota vyvinula dvě nové automatické převodovky – osmistupňové ústrojí Direct Shift-8AT, resp. desetistupňovou převodovku Direct Shift-10AT. U obou jednotek byla uplatněna řada opatření k minimalizaci ztrát energie a zvýšení účinnosti přenosu sil. Ke zpracování povrchů ozubených kol byla využita nová technologie snižující koeficient tření při záběru kol. Konfigurace třecího materiálu uvnitř spojky prošla optimalizací, díky které se podařilo snížit ztráty točivého momentu otáčející se spojky přibližně o 50 % (v porovnání s běžnou šestistupňovou převodovkou). Výsledkem těchto a dalších opatření je jeden z celosvětově nejlepších parametrů účinnosti přenosu. Oproti podobným běžným jednotkám jsou nové automatické převodovky kompaktnější a lehčí, což se odráží i ve snížení spotřeby paliva. Nižší těžiště převodového ústrojí kromě toho znamená vyšší jízdní stabilitu v přímém směru i při průjezdu zatáčkami. Širší ozubená kola v kombinaci s novým kompaktním měničem momentu pak přinášejí širší využitelný rozsah převodových poměrů. Výsledkem jsou rychlé a hladké reakce na pokyny od akceleračního pedálu.

V případě převodového ústrojí Direct Shift-10AT se počet převodů zvýšil na 10 (v porovnání s osmi v případě ústrojí Direct Shift-8AT), avšak díky jemnému odstupňování převodů bylo možné optimalizovat rozsah využití každého z převodových stupňů, zejména v pásmu nízkých až středních otáček motoru. Výsledné hladké řazení převodovky evokuje příjemný pocit rytmické práce, příslušející prémiovým vozům s pohonem zadních kol.

Díky uvedeným opatřením se zlepšily klíčové výkonové charakteristiky za typických jízdních situací, od pomalejších přesunů po městě až po cestování na dálnici, a to na úroveň, kterou řidič jednoznačně dokáže rozpoznat a ocenit. Hladká odezva na pokyny od akceleračního pedálu znamená rozjezd vozidla „dle očekávání řidiče“, zatímco při předjíždění vůz nevykazuje prodlevu a rytmicky zrychluje přesně podle pokynů, a to i v případě náhlého a prudkého sešlápnutí plynového pedálu.

Zdokonalení hybridního pohonu Toyota Hybrid System II (THS-II)

Toyota uplatnila technologie snižování rozměrů, hmotnosti a ztrát, stejně jako u čtvrté generace modelu Prius, a zdokonalila svůj hybridní systém pohonu pro motory 2,5 litru. Výsledkem je nový, vysoce výkonný systém Multistage THS II pro vozidla s pohonem zadních kol. Systém THS II pro spalovací motory 2,5 litru vyniká svými parametry výkonu i spotřeby paliva, kterých dosahuje díky synergii technologií zaměřených na snižování rozměrů, hmotnosti a ztrát v kombinaci s vysokou termodynamickou účinností a výkonem nového motoru, jenž vychází z platformy TNGA. Soustava pohonu Multistage THS II propůjčuje hybridním vozům nové jízdní schopnosti, jež jsou zřejmé z agilní akcelerace z místa nebo bezprostřední zpětné vazby. Kromě zvýšení účinnosti systému při vysokých rychlostech jízdy se zde v těchto chvílích uplatňuje i přerušované zapojování spalovacího motoru, což znamená další snížení spotřeby paliva v tomto režimu.

Optimalizací prošel i systém používaný u plug-in hybridních vozidel (PHV). Nový systém pohonu se dvěma režimy umožňuje, aby elektromotor (jenž se doposud uplatňoval pouze jako generátor energie) přenášel výkon přímo na kola automobilu, což přineslo agilní jízdní schopnosti, a to i v režimu čistého elektromobilu (EV). Z provedených systémových vylepšení varianty PHV jmenujme vysokokapacitní Li-Ion baterii, která výrazně prodlužuje dojezdovou vzdálenost v režimu EV na 60 kilometrů, případně i více.

Nasazení nových pohonných jednotek

Díky uplatnění nové platformy TNGA dosáhli konstruktéři vyšší efektivity při vývoji základních technologií nových pohonných jednotek, ruku v ruce se zvyšováním kvality, což se odrazilo v koordinované nabídce cenově dostupných a vysoce kvalitních vozů. Toyota tak bude moci zákazníkům rychle nabízet stále lepší automobily, které budou ekologicky šetrné a hospodárné. Během příštích pěti let, tedy do konce roku 2021, Toyota plánuje představit celkem 17 verzí devíti různých motorů, včetně dnes oznámené jednotky 2,5 litru, dále 10 verzí čtyř různých převodových ústrojí, včetně vícerychlostních automatických převodovek a nového typu převodovky s plynule měnitelným převodem (CVT), resp. 10 verzí šesti různých hybridních pohonných ústrojí. Toyota takto prostřednictvím modulárního vývoje na bázi platformy TNGA uvede v krátkém časovém horizontu širokou škálu nových pohonných ústrojí, které postupně představí v nejrůznějších modelech vozů, počínaje uvedením zcela nového modelu v roce 2017.

Do konce roku 2021 plánuje Toyota uplatnit nové pohony nejméně v 60 procentech vozů Toyota a Lexus prodávaných v Japonsku, Spojených státech, Evropě a Číně. Toyota předpokládá, že tyto vozy prodané na uvedených trzích v roce 2021 přispějí ke snížení emisí CO₂ nejméně o 15 procent, počítáme-li pouze zlepšení parametrů spotřeby paliva nových pohonných jednotek.

Přehodnocení a posílení systému vývoje v rámci společnosti Powertrain Company

Toyota má v plánu přehodnotit a posílit obecný systém vývoje v rámci své vnitropodnikové společnosti Powertrain Company zaměřené na pohonná ústrojí. Převážnou část vozidel na současném trhu tvoří automobily s tradičními spalovacími motory, přičemž tyto motory najdeme i v hybridních automobilech a plug-in hybridech, jejichž další rozšiřování lze očekávat. Kromě prosazování vývoje spalovacích motorů a převodovek, které budou ještě nějakou dobu hrát prim, se Toyota na cestě k plánované elektrifikaci automobilů snaží urychlit vývoj hybridních technologií (technologií elektrifikace), např. těch, které se používají v elektromotorech, bateriích a jednotkách řízení energie (PCU). 

1) Sdílení technologií k posílení pozice Toyota Group

Toyota dlouhodobě prosazuje výzkum a vývoj klíčových technologií a systémů formou získávání informací na základě vnitropodnikové tvorby. Díky hromadění znalostí, know-how a zkušeností je Toyota schopna přeměnit neúspěchy v reálná zlepšení. Jádrem výzkumu a vývoje automobilky Toyota je právě uvedený přístup, díky němuž Toyota dokázala vyvinout praktický hybridní systém pohonu, představit model Prius (celosvětově první sériově vyráběný hybridní vůz), stejně tak jako vyvinout a rychle uvést na trh model Mirai poháněný palivovými články (FCV).

Toyota si nicméně uvědomuje, že pokud by postupovala jako doposud, tedy spoléhala se výhradně na vlastní zdroje, jen těžko by dokázala zvýšit tempo vývoje a komercializace technologií elektrifikace v zájmu dalšího snižování emisí CO₂. Toyota bude i nadále pečlivě vybírat vše, co považuje za nezbytné k „získávání na základě vnitropodnikové tvorby“. Avšak od nynějška bude Toyota rovněž prosazovat sdílení technologií v rámci celé skupiny Toyota Group a také zvýší spektrum oborů pokrytých společným výzkumem. Podpoří společný vývoj s využitím koncepce „obeya“ napříč celou skupinou (projektové místnosti s prezentacemi ke sdílení a revizi cílů, zásad, harmonogramů, postupů, problémů atd.) vč. efektivního využívání zdrojů celé skupiny s cílem rychle zavádět vyspělé technologie a dosahovat zlepšení ve třech oblastech: v kolektivních schopnostech skupiny Toyota Group, v urychlení vývoje a dále v rychlosti prosazování a šíření ekologických technologií.  

2) Posílení systému vývoje hybridních technologií, které jsou základem pro elektrifikaci

Klíčové hybridní technologie, např. ty, které se používají v elektromotorech, bateriích a jednotkách řízení energie, jsou zároveň klíčovými technologiemi uplatňovanými v automobilech na elektřinu, např. plug-in hybridech, vozech na palivové články a elektromobilech. Ve snaze o elektrifikaci vozidel a výrazné urychlení vývoje hybridních technologií, plánuje automobilka počínaje rokem 2017 přeuspořádat systém vývoje a zvýšit počet osob zapojených do vývoje hybridních technologií o cca 30 % během pěti let (do konce roku 2021). I po uplynutí tohoto období plánuje personální obsazení na úsecích vývoje hybridních technologií podle potřeby dále posilovat. 

V kontextu ochrany klimatu naší planety si Toyota určila cíl snížit do roku 2050 emise CO₂ nových vozidel o 90 procent (v porovnání s úrovní roku 2010). Toyota usiluje o další snižování spotřeby paliva (coby nástroje ke snižování emisí CO₂) na základě klíčové zásady úspory energií, která je základním kamenem vývoje ekologicky šetrných technologií, a to cestou dalšího rozvoje motorů i převodovek a širokého prosazování hybridních automobilů a plug-in hybridů. Toyota rovněž prosazuje vývoj bezemisních vozidel, jakými jsou např. automobily na vodíkové palivové články nebo elektromobily, s cílem do budoucna dále snižovat spotřebu fosilních paliv vyráběných především z ropy a zároveň uplatňovat diverzifikaci zdrojů energie. V zájmu dalšího snižování emisí CO₂ bude Toyota pokračovat ve vývoji ekologicky šetrných technologií a komercializaci ekologicky šetrných automobilů v souladu s myšlenkou, že reálného přínosu pro životní prostředí nelze dosáhnout bez co nejširšího prosazení ekologických vozů.

Do budoucna bude Toyota stavět na výrobě stále lepších automobilů díky platformě TNGA, a urychlí tak komercializaci stále lepších automobilů, které přinášejí nejen větší požitek za volantem, ale zároveň jsou šetrnější k životnímu prostředí. Ve snaze o rychlejší snižování emisí CO₂ se Toyota ještě více zaměří na podporu kolektivních schopností celé skupiny Toyota Group.