Toyota chce ocalić silnik spalinowy. Wodór, nowe hybrydy i mocne turbo mają zmienić rynek
Toyota nie zamierza rezygnować z klasycznych napędów spalinowych. Japoński koncern rozwija silnik 1.6 o zapłonie iskrowym, który zamiast benzyny spala wodór, a równolegle pracuje nad nową rodziną jednostek 1.5 i 2.0. Wśród nich są zarówno oszczędne hybrydy, jak i mocne silniki turbo, które mają sprostać przyszłym normom emisji i dać alternatywę wobec pełnej elektryfikacji.
To kierunek, który może mieć duże znaczenie dla całej motoryzacji. Toyota chce nie tylko rozwijać nowe technologie, ale też wydłużyć życie konstrukcji spalinowych, dostosowując je do niskoemisyjnych paliw i wodoru.
Toyota stawia na wodór w silniku spalinowym
Toyota Mirai drugiej generacji jest autem napędzanym ogniwami paliwowymi, w którym energia powstaje w reakcji wodoru z tlenem. Jednak inżynierowie marki od pewnego czasu rozwijają także inną technologię — silnik spalinowy zasilany wodorem.
– Założeniem tego projektu było stworzenie silnika wodorowego w oparciu o silnik spalinowy, by w ten sposób umożliwić konwersję obecnych aut spalinowych na wodór i przyspieszyć proces dochodzenia do neutralności węglowej – wyjaśnia Naoki Ito, inżynier Toyoty odpowiedzialny za ten innowacyjny silnik.
Prace nad takim rozwiązaniem trwają od 2021 roku. Toyota wykorzystuje w nich model GR Corolla H2 Concept, który startuje w japońskich wyścigach długodystansowych. Pod maską auta pracuje trzycylindrowa jednostka 1.6 turbo G16E-GTS znana z GR Yarisa. Początkowo samochód był zasilany wodorem w stanie gazowym, ale w 2023 roku zadebiutowała jego nowsza wersja wykorzystująca ciekły wodór.
Zmiany konstrukcyjne pozwoliły skrócić czas tankowania z minuty i 40 sekund do mniej niż minuty. Pojawił się też nowy eliptyczny zbiornik, który przy tej samej ilości zajmowanego miejsca mieści więcej paliwa niż wcześniejszy zbiornik cylindryczny. Pojemność wzrosła ze 150 do 220 litrów, a ilość magazynowanego paliwa zwiększyła się z 10 do 15 kg ciekłego wodoru. Dzięki temu zasięg auta wzrósł z 54 do 135 km.
Przełom przy temperaturze minus 253 stopnie
Podczas ostatniego wyścigu na torze Fuji Speedway Toyota sprawdzała technologię nadprzewodnictwa. To zjawisko polega na zaniku oporu elektrycznego w określonych materiałach po schłodzeniu ich do temperatury krytycznej. W przypadku ciekłego wodoru mowa o temperaturze około –253°C, co tworzy naturalne warunki do pracy materiałów nadprzewodzących.
Prace nad tym rozwiązaniem w wodorowej GR Corolli trwają od 2023 roku. Integracja silnika ze zbiornikiem ma przynieść kilka ważnych korzyści jednocześnie: oszczędność miejsca, ograniczenie parowania paliwa, niższą masę auta i większy zasięg.
– Technologia nadprzewodnictwa to klucz do przyszłości napędów wodorowych. Zwiększając bak i odchudzając konstrukcję, robimy ogromny krok w stronę efektywności – wyjaśnia Naoaki Ito, szef projektu.
Wodorowy napęd trafia także do rodzinnego SUV-a
Toyota rozwija tę technologię nie tylko na torze. Corolla Cross H2 Concept, czyli prototyp rodzinnego SUV-a, również korzysta z turbodoładowanego silnika 1.6 znanego ze sportowej GR Corolli H2. Jednostka rozwija 261 KM i 360 Nm momentu obrotowego, a zbiorniki wodoru pochodzą z Toyoty Mirai.
Co istotne, auto zachowuje pełną funkcjonalność rodzinnego samochodu. Oferuje pięć miejsc i duży bagażnik, a sam projekt od początku powstawał z myślą o możliwej produkcji seryjnej. Obecnie model jest dopracowywany w normalnych warunkach drogowych.
Toyota przygotowuje też nowe silniki benzynowe 1.5 i 2.0
Obok prac nad wodorem Toyota rozwija zupełnie nową generację klasycznych silników benzynowych. Chodzi o jednostki 1.5 oraz 2.0, które mają oferować większą moc, lepszą wydajność i zgodność z normami Euro 7. Będą to czterocylindrowe konstrukcje przystosowane zarówno do montażu wzdłużnego, jak i poprzecznego.
Nowe jednostki mają być mniejsze od obecnych, co otworzy projektantom większe możliwości przy konstruowaniu nadwozi. Według zapowiedzi pierwszym modelem, który otrzyma nowe napędy, będzie kolejna generacja Toyoty Corolli.
Nowy silnik 1.5 ma być mniejszy i niższy od obecnej trzycylindrowej konstrukcji o około 10 proc. Zastąpi jednostkę 1.5 używaną dziś w hybrydach takich modeli jak Yaris, Yaris Cross i Aygo X. Z kolei wersja 1.5 z turbodoładowaniem ma być w stanie zastąpić wolnossącą jednostkę 2.5.
Nowa hybryda 1.5 Turbo i mocne 2.0 Turbo
Japoński magazyn „Best Car” informuje, że nowa Toyota Corolla będzie oferowana między innymi jako klasyczna hybryda HEV z silnikiem 1.5, a po raz pierwszy także jako hybryda plug-in 1.5 Turbo. Bardziej opływowe nadwozie ma pomóc obniżyć zużycie paliwa nawet o 12 proc. To właśnie pod względem ekonomii i zasięgu nowa Corolla plug-in hybrid 1.5 Turbo ma wyróżniać się na tle konkurentów.
Toyota przygotowała również nowy silnik benzynowy 2.0. W wersji 2.0 Turbo ma on dysponować mocą sięgającą 400 KM i momentem obrotowym 550 Nm. To parametry, które do tej pory kojarzyły się raczej z autami wyczynowymi.
Według Japończyków jednostka ta może znaleźć zastosowanie w przyszłych modelach GR, takich jak nowa Celica, MR2 czy topowy GR Yaris. Nowy silnik 2.0 ma też być częścią układów hybrydowych w kolejnych modelach marki. Zarówno jednostki 1.5, jak i 2.0 mają być od początku przygotowane do pracy na alternatywnych paliwach, w tym paliwach syntetycznych, biopaliwach oraz ciekłym wodorze.
Toyota chce dać drugie życie także starszym autom
Toyota uważa, że silniki wodorowe mogą pomóc w szybkiej redukcji emisji CO2 także w istniejących samochodach. Taka technologia miałaby szansę trafić również do aut klasycznych. Inżynierowie Toyota Gazoo Racing planują oferować napęd wodorowy kolekcjonerom i pasjonatom motoryzacji, którzy chcieliby przebudować swoje starsze auta na pojazdy bezemisyjne.
Przykładem takiej modyfikacji jest Toyota Corolla AE86 H2 w wersji Trueno. Samochód otrzymał spalinowy napęd wodorowy oparty na klasycznym silniku 1.6 4A-GEU. Przy budowie wykorzystano rozwiązania wypracowane wcześniej podczas konwersji GR Yarisa i GR Corolli.
– Oryginalny silnik 4A-G trafił na rynek, gdy uczyłem się w szkole podstawowej. Zetknąłem się z wieloma rozwiązaniami, których wcześniej nie znałem. Udało nam się jednak je połączyć z zastosowaniem technologii silnika wodorowego, którą wypracowaliśmy dla nowoczesnych jednostek GR Yarisa H2 i GR Corolli H2 – powiedział Jun Miyagawa, inżynier specjalizujący się w bezemisyjnych napędach.
Zakres zmian ograniczono do minimum. Zmodyfikowano wtryskiwacze paliwa, przewody paliwowe i świece zapłonowe. Układ wydechowy dostosowano do nowych warunków pracy, a w miejscu baku zamontowano dwa wysokociśnieniowe zbiorniki wodoru z Toyoty Mirai.
Corolla AE86 H2 ma zachować charakter klasycznego auta
Inżynierowie przekonują, że wodorowa Corolla AE86 H2 prowadzi się jak zwykły samochód benzynowy. Po wszystkich zmianach auto waży 995 kg, czyli tylko 55 kg więcej od oryginału, a osiągi mają być porównywalne z klasyczną wersją.
– Reakcja na wciśnięcie pedału gazu jest dokładnie taka sama. Dźwięk silnika i wibracje również dają takie same odczucia. Zauważyłem to już, startując wodorową GR Corollą w wyścigach Super Taikyu. Wodór to naprawdę nowy rodzaj energii, dzięki któremu nadzieje na jasną przyszłość dla motoryzacji stają się rzeczywistością – stwierdził Masahiro Sasaki, kierowca wyścigowy Toyota Gazoo Racing.
Toyota testuje też paliwa o niższej emisyjności
Japoński koncern sprawdza również inne drogi ograniczania emisji. Przykładem jest Toyota GR86 Future FR Concept, która korzysta z paliwa E20 produkowanego przez ENEOS. To benzyna zawierająca około 20 proc. bioetanolu wytwarzanego z roślin, takich jak kukurydza czy trzcina cukrowa.
Rośliny pochłaniają CO2 podczas wzrostu, dlatego bioetanol uznawany jest za paliwo o niższej emisyjności niż tradycyjne paliwa kopalne. W 24-godzinnym wyścigu na torze Fuji model GR86 Future FR Concept przejechał 523 okrążenia, a silnik przez niemal całą dobę pracował na paliwie o obniżonej emisyjności.
Zdaniem inżynierów Toyoty właśnie rozwój niskoemisyjnych paliw ciekłych może odegrać ważną rolę w osiąganiu neutralności węglowej także w przypadku samochodów, które już jeżdżą po drogach.
Nowa Toyota GR GT ma celować w segment aut najwyższych osiągów
Toyota szykuje też odważne wejście do świata mocnych sportowych aut. Model GR GT ma według konstruktorów namieszać w segmencie zdominowanym dziś przez Porsche 911. Samochód ma otrzymać silnik 4.0 V8 z podwójnym turbodoładowaniem i suchą miską olejową.
Jednostka ma generować co najmniej 650 KM mocy i 850 Nm momentu obrotowego. Auto o długości 4,8 metra ma ważyć około 1750 kg, co daje bardzo korzystny stosunek masy do mocy. Według zapowiedzi osiągi mają pozwolić rozpędzić samochód do ponad 320 km/h.
Toyota wyraźnie daje do zrozumienia, że przyszłość motoryzacji nie musi opierać się wyłącznie na jednym rozwiązaniu. Obok aut elektrycznych widzi miejsce dla wodoru, nowoczesnych hybryd, niskoemisyjnych paliw oraz nowych generacji silników spalinowych. To właśnie ta różnorodność ma być, według Japończyków, drogą do bardziej zrównoważonego transportu.
Źródła: reuters.com, apnews.com, topgear.com
