Prošao sam nešto više od tisuću kilometara s posuđenom Toyotom Prius pa je vrijeme i da vas upoznam s ovim automobilom. Ne bih htio tratiti slova na opise kvalitetne plastike, hoda mjenjača (kojeg Prius nema) ili detaljima u šivanju sjedala nego bih ukazao na nekoliko doista sjajnih tehnoloških rješenja koja se u Priusu nalaze. Toyota Prius je hibridni automobil i unatoč tome što je to Priusova najvažnija karakteristika nikako nije i jedina.
Toyota Prius kao i svi ostali automobili koje možete vidjeti na našim cestama koristi motor s unutrašnjim sagorijevanjem. Te motore možemo u grubo podijeliti na dvije osnovne vrste i to one koje koriste benzin (ili nadomjestke poput ukapljenog plina ili etanola) odn
osno diesel (ili biodiesel). Prius, kao uostalom i svi ostali trenutno dostupni hibridni automobili koristi kao pogonsko gorivo benzin, no razlika je u tome što Prius ne koristi Otto motor koji je prisutan u skoro svim ostalim automobilima. Karakteristika Otto motora je rad u četiri takta (usis, kompresija, eksplozija/ekspanzija, ispuh). Da bi razumjeli zašto Prius ne koristi Otto motor potrebno je prvo razumjeti zašto Otto motor nije dobro rješenje; ako govorimo o benzinskom motoru on je najefikasniji u točki u kojoj motor postiže oko 40-45% svojeg maksimalnog broja okretaja (iznad toga unutarnje trenje komponenata motora značajno smanjuje efikasnost sustava), odnosno točka u kojem postiže 70-80% maksimalnog okretnog momenta. U automobile veličine/težine Priusa tipično se ugrađuju motori od otprilike 110 konjskih snaga, no da bi Prius držao brzinu od primjerice 100km/h potrebno mu je svega 15% te snage, a za manje brzine i bitno manje od toga. Nažalost, kada bi imali motor tako male snage, ubrzanja bi bila jako dugačka, a automobil bi usporio na svakoj uzbrdici pa su stoga motori uvijek bitno snažniji – ali najefikasnija točka benzinskog motora je i dalje bitno veća od snage na kojoj se automobil najčešće koristi. Da bi Otto motor natjerali da proizvodi samo 10-15 konjskih snaga iako je dizajniran za maksimalnih 110 potrebno je ograničiti dotok zraka u prvom taktu rada motora, no kada to učinite tada se u cilindru prilikom usisa stvara vakuum koji usporava rad motora i stvara neefikasnost.
Kako bi povečali efikasnost motora, a samim time i smanjili potrošnju goriva u Toyoti Prius se nalazi manji motor, od svega 80 konjskih snaga pa je tako optimalna točka ovoga motora bliža uobičajenom režimu vožnje nego što je to kod većih motora, no najbitnije je što se u Priusu koristi Atkinsonov/Millerov motor, koji unatoč velikoj sličnosti Otto motoru ima bitno drugačije karakteristike. Kod Atkinsonovog motora otvor zraka je cijelo vrijeme usisa u cijelosti otvoren, a ventili se ne zatvaraju kada cilindar dođe do najniže pozicije nego je otvoren još neko vrijeme tijekom kompresije (smjesa koja je izbačena koristi se za slijedeći cilindar u slijedu) pa je tako izbjegnuto stvaranje vakuuma i “gušenje motora”. Obzirom da je otvaranje i zatvaranje ventila varijabilno, moguće je precizno podesiti količinu smjese koju želite izgoriti bez da se ograniči dotok zraka što dramatično povećava učinkovitost motora i smanjuje potrošnju goriva.
Problem Atkinsonovog motora unatoč povećanoj efikasnosti i štedljivosti je smanjeni okretni moment u nižem broju okretaja, odnosno manja snaga u višem broju okretaja – i dok su sve to dobro razlozi da se taj motor ne koristi u klasičnim automobilima, zbog Priusovog kombiniranja s električnim motorom to nije nikakav problem.
Prius koristi dva električna motora/generatora, oba su sinhrona i koriste izmjeničnu struju, a rotor koristi permanentni magnet. Razlog zbog kojeg se koristi izmjenični motor je činjenica da rotor nema na sebi zavojnicu niti kontakte s ostatkom motora što dramatično povećava pouzdanost električnog motora. Ako puštamo struju kroz zavojnice na statoru tj. kučištu motora kreiramo okretno magnetsko polje koje okreće rotor koji je “sinhroniziran” s elektromagnetskim poljem na kučištu. U trenutku kada na Priusu stisnete kočnicu ili auto sam shvati kako se nalazi na nizbrdici, isključiti će benzinski motor i umjesto da kočite motorom ili kočnicama sva energija će biti preusmjerena u elektromotore koji se tada koriste kao generatori za punjenje baterija. Elektromotori služe i kako bi pokrenuli automobil i povećali okretni moment prilikom ubrzavanja ili uzbrdica (sjetite se problema s atkinsonovim motorom).
I na kraju, kako bi međusobno sinhronizirali ova tri motora i njihove međusobne odnose potrebno je imati i posebni mjenjač, a u Toyoti su odlučili iskoristiti kontinuirano varijabilni mjenjač kojeg ponekada u zovemo i varijator (barem je meni tako poznat). Središnji zupčanik spojen je direktno na generator, prsten na kojem se nalaze planetarni zupčanici spojen je na benzinski motor, a vanjski zupčanik spojen je na kotače i elektromotor. Računalnom kontrolom rotacije motora, elektromotora i generatora moguće je kombinirati bilo koji broj okretaja pa stoga mjenjač nije niti potreban (na animacijama se vide dva međusobno različita režima rada, u gornjem bi automobil stajao i punio bateriju, dok bi se u donjem slučaju auto kretao i punio bateriju). Baš kao i kod elektromotora i generatora, radi se o zatvorenom sustavu kojem održavanje nije potrebno.
Priusov mjenjač je napravljen tako da je vrlo sličan diferencijalu koji se koristi u svakom automobilu kako bi raspodijelio snagu između pogonskih kotača; a zbog specifične konstrukcije Prius unatrag može voziti samo na električni pogon.
Da bi automobil postigao svoju efikasnost odnosno smanjenu potrošnju goriva postoji još nekoliko dodatnih trikova. Prius uvijek kreće električnim motorom i tek kada postigne odgovarajući broj okretaja (otprilike 1000) tada pali benzinski motor, čim stisnete kočnicu, otpustite papučicu gasa ili se nalazite na laganoj nizbrdici Prius će ugasiti benzinski i početi koristiti električni motor i/ili početi puniti baterije (u unutrašnjosti automobila postoji prilično veliki TFT ekran na kojem je jasno ilustrirano što se u kojem trenutku događa). Kako bi dodatno povećao uštede, Prius tekućinu za hlađenje motora drži u termos boci te održava temperaturu motora do tri dana nakon posljednjeg gašenja (topli motor je nužan ne samo za učinkovitost nego i za smanjenje emisija štetnih plinova), a rezervoar za gorivo je napravljen od fleksibilnog materijala kako bi se izbjeglo ispravanje benzinskih plinova (zbog ovoga, ovisno o temperaturi razlike u tankanjupunog rezervoara mogu biti i do 8 litara, tako da treba vjerovati isključivo putnom računalu). I posljednje, Prius zbog svojeg specifičnog izgleda (jedan od konstruktora je opisao Prius kao oblik spljoštenog kuhanog jajeta) ima najbolji koeficjent otpora zraka od svega 0.26 (od serijskih automobila, jedini koji je bolji je također električni Honda Insight s 0.25 ali se prodaje isključivo na američkom tržištu).
Toyota Prius je doista bitno drugačiji automobil od svega što ste dosada imali prilike vidjeti i pojedina tehnička rješenja (atkinsonov motor, elektromotori ili kontinuirano varijabilni mjenjač) su doista iznimna i pitate se što se dosada čekalo. Proučavajući ovu tematiku shvatio sam kako su automobili u posljednjih petnaestak godina prošli pravu malu revoluciju, a neka od rješenja koja se pomalo sramežljivo pojavljuju u automobilima (poput Priusa) uskoro će ući u daleko širu upotrebu te postati dio naše svakodnevnice.
U slijedećim tekstovima opisao bih malo subjektivni osjećaj vožnje u ovom autu, te se osvrnuo na ekonomiju i ekologiju cijele priče.
Misao dana:
I feel like I am diagonally parked in a parallel universe.