Jak vznikla dominance hybridů ve vytrvalostních závodech

V roce 1997 uvedla Toyota na trh Prius, první sériový model s hybridním pohonem, a již o osm let později zamýšlela svoji hybridní technologii použít v závodních vozech. Díky odvážné politice japonského výrobce dnes mistrovstvím světa ve vytrvalostních závodech zcela dominují hybridní vozy. Podívejme se na krátkou historii vzniku a vývoje závodního pohonu Toyota Hybrid System – Racing.

Jak vznikla dominance hybridů ve vytrvalostních závodech
Jak vznikla dominance hybridů ve vytrvalostních závodech

Toyota Hybrid System – Racing: počátky

Přesně 12. května 2005 oznámila Toyota Motor Corporation, že uvažuje o zkonstruování hybridního závodního automobilu. V té době neexistovaly ani takové vozy, natož závody pro ně. Tým inženýrů Toyoty přesto zahájil práce na kombinovaném pohonném systému tvořeném spalovacím motorem a elektromotorem, který by bylo možné požít pro různé disciplíny motoristického sportu.

Výsledkem se stal Toyota Hybrid System – Racing (THS-R), v základu podobný pohonu Hybrid Synergy Drive používanému v sériových vozech, ovšem vybavený značně vyspělejším systémem získávání energie z brždění. Tato energie plně vystačí k napájení silných elektrických motorů, díky nimž je výkon vozu v porovnání se samotným benzínovým motorem dvojnásobný.

Lexus GS 450h 2006 Denso

První generace závodního hybridního pohonu se ocitla pod kapotou Lexusu GS 450h, který v červenci 2006 postavila na start 24hodinového závodu Tokachi firma Denso, jež je součástí Toyota Group. Tokachi 24h je nejdelší z japonské série vytrvalostních závodů Super Taikyu (S-tai).

Organizátoři přímo zareagovali na skutečnost, že se závodu zúčastní vůz vybavený zcela novým druhem pohonu a vytvořili tak kategorii Production-1 (P-1) pro hybridy a jiné ekologické vozy. Lexus s náhonem na zadní kola se oficiálně zařadil do nové třídy P-1, ovšem jeho tvůrci jej vyvinuli dle pravidel platných pro třídu ST-1 (pro motory o skokovém objemu 3 501 cm3 nebo větším).

Závodní Lexus GS 450h vycházel ze sériového vozu, z něhož převzal nikl-metal-hydridovou trakční baterii, architekturu hybridní soustavy a benzínový motor V6. Soustava byla doplněna kondenzátorem, který umožňuje rychlé ukládání energie při brždění a její rychlý výdej během dynamického zrychlení vozu na dráze. Maximální výkon hybridní soustavy činil 346 koní, stejně jako u sériového vozu. To stačilo, aby Lexus bez problémů závod dokončil a umístil se v polovině výsledkové listiny.

TOYOTA GAZOO  Racing.  6 Hours of Nuerburgring. 13th to 16th July 2017 Nuerburgring, Germany.
TOYOTA GAZOO Racing.
6 Hours of Nuerburgring. 13th to 16th July 2017
Nuerburgring, Germany.

Toyota Supra HV-R 2007

Start Lexusu GS na Tokachi poskytl týmu Denso obrovské množství cenných informací. Projektanti je využili k vytvoření nového hybridního pohonu, s nímž Denso znovu změřil své síly s protivníky v témž závodě o rok později.

Tentokrát byla jako výchozí automobil zvolena Toyota Supra se zadním náhonem, verze GT500 ze série Super GT, jež je v Japonsku velmi populární. Zůstal v ní původní atmosférický motor V8 4,5 l o výkonu 480 koní. Dalších 230 koní získal přidáním elektromotoru o výkonu 204 koní, pohánějícího zadní nápravu, a dále samostatných elektromotorů/generátorů o jednotlivých výkonech 13,5 koní, umístěných u každého z předních kol. Třebaže na přední nápravě byl k dispozici poměrně malý výkon, hybridní Supra mohla díky třem samostatným motorům mnohem účinněji získávat energii z brždění.

Stejně jako u předchozího modelu i zde byl instalován kondenzátor k rekuperaci brzdné energie a jejímu rychlému dodávání do elektromotorů. Tentokrát ovšem kondenzátor neměl jen doplňovat práci trakčního akumulátoru, nýbrž jej plně nahradit. Díky tomu byla konstrukce pohonné jednotky jednodušší, a navíc Supra HV-R vážila pouhých 1080 kg.

I přes obtížné podmínky a občasný déšť dojela Supra HV-R s pohonem 4×4 na prvním místě. Automobil za 24 hodin ujel 616 kol (3 128 km), tj. o 19 kol víc než vůz, který skončil jako druhý. Supra s pohonem benzin/elektro se tak stala prvním hybridním vozem, který vyhrál závod.

Analýzy po dokončení závodu ukázaly, že ačkoli Supra HV-R měla větší výkon než GS 450h ze sezóny 2006, spotřebovala o 10 % méně paliva. Navíc použití generátorů na předních kolech přineslo své plody, neboť se brzdy opotřebovaly o polovinu méně, než se čekalo.

THS-R: hybrid hodný Le Mans

Po výhře ve 24hodinovém závodě Tokachi Toyotě vzrostla chuť. Teď přišla chvíle pro větší podnik, kde by bylo možné výhody hybridního závodního pohonu předvést i mezinárodní veřejnosti.

Tentokrát se Toyota zaměřila na světoznámý, legendární 24hodinový závod ve francouzském Le Mans, pro který bylo nezbytné postavit speciální automobil. Aby mohla hybridní Toyota soupeřit s benzínovými vozy renomovaných značek, musela být radikálně zredukována hmotnost pohonné jednotky z 600 kg na pouhých 100 kg.

V té době neexistovaly technologie, které by umožnily 6x zmenšit hmotnost hybridní soustavy. Proto se inženýři Toyoty vrátili na začátek a vymýšleli hybridní pohon od nuly. Práce trvala od roku 2008 do roku 2011 a výsledkem byla závodní jednotka THS-R.

Toyota TS030 Hybrid 2012

Příprava hybridního vozu, který by zvládl start v nejvyšší třídě mezinárodních závodů, trvala Toyotě celkem 6 let. Pracovaly na ní společně dva týmy v Higashi-Fuji Technical Centre v Japonsku a tým v Kolíně nad Rýnem, který se specializuje na výrobu karosérií z uhlíkového vlákna, jenž měl dříve na starosti účast Toyoty ve Formuli 1. Tak vznikl TS030 Hybrid – první benzín-elektrický hybridní vůz, který stanul na startu v sérii FIA World Endurance Championship (Mistrovství světa ve vytrvalostních závodech). Nejdůležitějším podnikem této série je 24hodinový závod v Le Mans.

Automobil poháněl nový atmosférický motor V8 o skokovém objemu 3,4 litru. Jednotka spolupracovala se soustavou složenou ze dvou elektromotorů a superkondenzátoru vytvořeného ve spolupráci s Nisshinbo.

Původně byly elektromotory v TS030 Hybrid umístěny vpředu a vzadu. Pravidla FIA pro třídu LMP1 v sezóně 2012 ovšem omezovala množství rekuperované brzdné energie na 500 kJ a umožňovala pohánět pouze jednu nápravu. Toyota proto musela omezit možnosti rekuperační soustavy a ponechala ve voze pouze jeden elektromotor, motor Denso integrovaný s převodovkou.

I přes tato omezení byla sezóna pro nový závodní vůz dokonalá. Automobil vybojoval 3 vítězství v celkem 6 závodech, 3 první startovní pozice a 4 nejrychlejší kola. Impozantní výsledky TS030 Hybrid potvrdily obrovské možnosti hybridní technologie v závodní verzi.

Toyota TS030 Hybrid 2013

Toyota TS030 Hybrid připravená na sezónu 2013 měla architekturu a specifikaci takřka stejnou jako předchozí model, ovšem vývojové práce se zaměřily zejména na zlepšení spolehlivosti a lepší řízení jeho prvků. Soustavu THS-R se superkondenzátorem tvořil elektromotor o výkonu 304 koní a 3,4litrový V8 o výkonu 537 koní. Na výsledky ve vytrvalostních závodech měl vliv nejen větší výkon, ale i nižší spotřeba paliva modernizované pohonné jednotky. Modifikace se dotkly i předního zavěšení a dotažení aerodynamiky.

Jak vznikla dominance hybridů ve vytrvalostních závodech
Jak vznikla dominance hybridů ve vytrvalostních závodech

Toyota TS040 Hybrid 2014 – automobil mistrů

Nové úpravy FIA pro sezónu 2014 WEC kladly větší důraz na úspory paliva – vozy musely spalovat o 25 % méně benzínu než předchozí rok. Současně bylo možné umístit po jednom elektromotoru na každou nápravu a zvýšit množství rekuperací získané energie na 8 MJ.

Toyota použila superkondenzátor o objemu 6 MJ a dva elektromotory o celkovém výkonu 527 koní, které spolupracovaly s jednotkou z V8 3,7 l o výkonu 486 koní, větší než u předchozího modelu. Celkový výkon vozu tedy narostl na 1000 koní. Automobil také získal vyšší přilnavost a stabilitu díky pohonu všech čtyř kol.

Třetí sezóna Toyoty ve FIA WEC přinesla historický úspěch – dvojnásobné mistrovství světa ve vytrvalostních závodech. Toyota se stala mistrem světa konstruktérů jako první japonský výrobce, Anthony Davidson a Sébastien Buemi pak získali první místo v celkové klasifikaci pilotů. Ve 24hodinovém závodě v Le Mans se vůz řízený Davidsonem, Buemim a Nicolasem Lapierrem umístil na třetím místě.

Toyota TS040 Hybrid 2015

V sezóně 2015 prodělal titulem ověnčený TS040 Hybrid evoluční změny. Hlavní parametry se nezměnily – výkon 1000 koní a 6 MJ rekuperované energie. Současně 80 % součástí prošlo modifikací, aby bylo možné dosáhnout lepších výsledků, spolehlivosti a snížení hmotnosti. Vylepšení se dočkaly i aerodynamické pakety přizpůsobené různým požadavkům na jednotlivých dráhách.

Toyota TS050 Hybrid 2016

V novém modelu TS050 Hybrid zaznamenala pohonná jednotka THS-R největší rozvoj od počátku startů Toyoty v FIA WEC. Úplnou novinkou je motor V6 twin-turbo 2,4 l s přímým vstřikováním paliva o výkonu 500 koní. Vypracovalo ho Technické centrum Higashi-Fuji Toyoty v Japonsku. Superkondenzátor byl nahrazen lithium-iontovým akumulátorem o objemu 8 MJ, spolupracujícím s elektromotory o celkovém výkonu 500 koní.

Podobně jako u TS040 Hybrid byl u každé nápravy umístěn jeden elektromotor, ovšem pozice předního motoru se změnila pro docílení lepšího průtoku vzduchu pod podlahou. Převod se přizpůsobil většímu točivému momentu turbomotoru. Vůz byl rovněž vybaven novými aerodynamickými pakety.

V sezóně 2016 se piloti TOYOTA GAZOO Racing dostali s TS050 Hybrid na stupně vítězů hned sedmkrát. Stéphane Sarrazin, Mike Conway a Kamui Kobayashi zajeli 1. místo na japonské dráze Fuji Speedway, v Le Mans pak dojeli do cíle jako druzí.

Toyota TS050 Hybrid 2017

Pravidla FIA pro rok 2017 zredukovala efektivitu aerodynamických paketů.  Cílem bylo prodloužit časy kol na dráze v Le Mans a tím i zvýšit bezpečnost. Nutné bylo i zvednout přední spojler o 15 mm. Technické centrum Toyoty v Kolíně nad Rýnem při pokusech o co nejlepší využití nových předpisů použilo digitální simulaci průtoku vzduchu a aerodynamické tunely. TS050 Hybrid získal dva nové aerodynamické pakety místo tří, které FIA povolila pro rok 2016 – s velkým a malým přítlakem. Nezbytné bylo i omezení opotřebení pneumatik na kvalifikacích a šestihodinových závodech. Toyota společně s firmou Michelin vypracovala novou konstrukci a směsi a přísnějším pravidlům přizpůsobila rovněž geometrii.

 

Optimalizace se dotkla i pohonu. Elektromotory jsou v současném modelu menší a lehčí než před rokem, lithium-iontový akumulátor se také dočkal vylepšení. Toyota slibuje, že řešení zkonstruovaná pro TS050 Hybrid 2017 se již brzy uplatní i v sériových hybridních vozech tohoto výrobce.

V sezóně 2017 zatím proběhly čtyři podniky, z nichž TOYOTA GAZOO Racing dva vyhrála a celkem čtyřikrát stála na stupních vítězů. Vydařený byl zvláště závod v Spa-Francorchamps, kde se posádky Buemi – Davidson – Nakajima a Conway – Kobayashi umístily na 1. a 2. pozici.



Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

*