Se avete mai guidato o siete stati passeggeri di un’auto ibrida Toyota, sarete rimasti senza dubbio colpiti dalla sua fluidità di funzionamento e dal silenzio che accompagna le partenze. Il bello è che tutto ciò è ottenuto attraverso un incessante, quasi frenetico, flusso di dati, di input e di rilevazioni fra le varie centraline del sistema di trazione, che mette insieme nel modo più naturale possibile il motore a benzina con quello elettrico. La tecnologia full hybrid di Toyota, giunta ormai alla quarta generazione del suo sistema Hybrid Synergy Drive, rappresenta un pilastro nell'innovazione automobilistica, distinguendosi per un approccio unico alla gestione della propulsione.
L'Anello di Congiunzione: Il Power Split Device
I concetti di base di questo sistema sono due: il primo è che un propulsore aiuta l’altro nelle sue fasi di debolezza, e viceversa. Ma prima di andare a parlare dei motori, una menzione la merita l’e-CVT, ovvero l’anello di congiunzione tra i due motori e le ruote delle Toyota ibride. In pratica, qui non c’è traccia di cambio tradizionale - manuale o automatico che sia - a fare da collegamento (mediante la frizione o il convertitore di coppia) fra i motori e le ruote. No: a muovere la macchina c’è un ingranaggio simile al differenziale e che consente al motore elettrico e a quello a benzina di girare a velocità differenti; ed è per questo che a volte, sulle Toyota ibride, il motore a benzina sale di giri più di quello che ci si aspetterebbe. Va detto però che a partire dall'ultima Prius - e quindi anche sulla CH-R - "l'anomalo" innalzamento di giri è molto più raro.
Il cuore di questo sistema è il cosiddetto Power Split Device (PSD), un complesso ruotismo epicicloidale. Questo ingranaggio, simile a un sistema solare con ingranaggi planetari che ruotano attorno a un ingranaggio centrale (il "sole") e sono a loro volta circondati da una corona dentata, è la chiave della flessibilità del sistema Toyota. Al suo interno, il motore a benzina è collegato ai satelliti. Questo meccanismo distribuisce la coppia in modo intelligente: una parte significativa va alla corona, che a sua volta trasferisce il movimento alle ruote, mentre una porzione minore è diretta all'ingranaggio centrale, che in condizioni normali è collegato al motore elettrico che funge da generatore e sostituisce il motorino d'avviamento. Il secondo propulsore elettrico, quello principale, è collegato alla corona e aggiunge la sua spinta al propulsore a benzina in un percorso elettrico che rende l'energia pronta per essere stoccata nella batteria e poi rimessa in circolo direttamente in trazione.
Dunque ricapitolando: un motore a benzina, due elettrici, un pacco batterie e un ingranaggio epicicloidale che mette d’accordo un po’ tutti. Non basta, perché oltre a tirare fuori energia dal serbatoio di benzina e dalle batterie, il sistema ibrido Toyota ne recupera in frenata. Le cose sono ovviamente più complesse e raffinate di così ed è per questo che a gestire il tutto provvede una centralina elettronica, che stabilisce in quale direzione debbano andare i flussi di energia, quando usare quella di tutti i motori per il movimento dell’auto o per ricaricare le batterie al nichel metal idruro.
L'Evoluzione di un Concetto: Dalla Prius alle Generazioni Attuali
Toyota è stata la prima a credere nell’ibrido; il primo prototipo fu presentato al Tokyo Motorshow del 1995. Era una Prius, modello che oggi sappiamo essere stato rivoluzionario, ma all’epoca nessuno lo prese sul serio e credette che potesse avere successo. Il particolare tipo di sistema Toyota fa sì che al suo interno manchino il cambio, l’alternatore e il motorino d’avviamento, sostituiti da due motori elettrici, un inverter, una batteria ad alta capacità e un rotismo epicicloidale (Power Split Device). Il primo dei due motori elettrici fa da motorino d’avviamento e serve a ricaricare la batteria ad alto voltaggio da 200 o 300V agli ioni di litio, mentre il secondo, il motogeneratore, trasferisce la trazione alle ruote; una volta poi che la corrente continua viene immagazzinata, viene poi trasformata dall’inverter.
Il sistema ibrido Toyota funziona in tre modalità diverse: la prima è quella in cui la richiesta di coppia è moderata e quindi i motori collaborano; questo è quello che accade quando al semaforo si riparte dolcemente o in autostrada quando si raggiunge una certa velocità, si alza il piede e poi si riaccelera dolcemente. La seconda modalità invece è quella in cui l’accelerazione richiesta è maggiore e allora il motore termico va a ricaricare quello elettrico. Toyota è stata anche la prima a occuparsi della frenata rigenerativa, oggi immancabile sia sui modelli della Casa che su tutti gli altri di questo genere; nel suo Full Hybrid System la batteria si può ricaricare in due modi: grazie al primo motore elettrico, sia quando è ferma che in movimento, ma soprattutto con la frenata rigenerativa che trasforma l’energia dissipata in corrente elettrica grazie al secondo motore elettrico che la invia all’inverter per essere trasformata.
Frenata Rigenerativa | PRO e CONTRO, FUNZIONAMENTO, CONSIGLI per l'USO
Toyota vs. il Mondo: Diverse Strategie Ibride
Se i sistemi ibridi sono ormai largamente diffusi, è grazie alla Toyota, che fin dai primi anni 90 ha creduto in questa soluzione. In particolare, lo si deve a un suo dipendente, Takeshi Uchiyamada, laureato in fisica applicata, che prima di tutti gli altri aveva capito che, se si volevano ridurre sia i consumi sia le emissioni in modo consistente, bisognava slegarsi dai soliti schemi e intraprendere nuove strade. Il sistema full utilizzato su tutti i modelli Toyota e Lexus, unico nel suo genere, è complesso, ma molto efficiente. Tutto fa capo al Power split device, un ruotismo epicicloidale a cui sono collegati sia il motore termico sia quello elettrico, che agiscono entrambi sulle ruote.
Gli altri costruttori, pur seguendo il principio generale di funzionamento del sistema Toyota, hanno intrapreso strade differenti. Attualmente lo schema più diffuso è quello denominato "in parallelo", che prevede il motore elettrico collocato a valle di quello termico, a cui è collegato tramite una frizione controllata elettronicamente. Questa soluzione permette ai due propulsori di agire assieme, oppure in modo indipendente sulle ruote. I sistemi full hybrid, diversamente da quelli mild, sono dunque in grado di muovere l'auto con il solo motore elettrico (marcia in EV).
Diverse sono le alternative proposte dai vari costruttori:
- Mercedes-Benz: Utilizza uno schema a 48 volt con un motore elettrico da 20 kW integrato nella scatola del cambio a doppia frizione. Una frizione a controllo elettronico permette di scollegare i propulsori per la marcia in elettrico in ambito urbano.
- Nissan e Honda: Si sono orientate sugli schemi "in serie", dove il motore elettrico è il propulsore principale, mentre quello termico ha la funzione di generatore di energia. Il sistema e-Power di Nissan, ad esempio, equipaggia Qashqai e X-Trail, con il motore termico che genera elettricità per alimentare il propulsore principale e mantenere carica la batteria.
- Renault: Ha sviluppato un sistema originale con un propulsore a benzina abbinato a due motogeneratori. Il primo muove l'auto e rigenera energia in frenata, mentre il secondo raccorda i giri del motore termico per facilitare gli innesti del cambio a quattro rapporti senza sincronizzatori.
- Subaru: Abbina il classico motore boxer a un motore elettrico da 118 volt integrato a valle del cambio a variazione continua (Lineartronic), consentendo la mobilità in EV per brevi tratti.
- Audi: Classifica il suo sistema come MHEV+ (mild hybrid), ma il posizionamento del motore elettrico (18 kW e 230 Nm) a valle del cambio lo rende di fatto uno schema full hybrid.
- Gruppo Stellantis: Propone sistemi full hybrid a 48 volt con il motore elettrico all'interno della scatola del cambio a doppia frizione, alimentato da una piccola batteria agli ioni di litio.
- Hyundai e Kia: Utilizzano lo schema classico con il motore elettrico posizionato tra quello termico e il cambio. Su modelli con cambio automatico tradizionale, l'elettrico sostituisce il convertitore di coppia; su quelli con doppia frizione, è sistemato a valle dell'unità termica.
I Vantaggi dell'Approccio Toyota: Affidabilità e Efficienza
La scelta di Toyota di utilizzare prevalentemente motori a benzina nei suoi sistemi full hybrid deriva dalla convinzione che questo tipo di propulsore offra una maggiore affidabilità e una migliore gestione del continuo spegnimento e accensione del motore termico, rispetto ai motori diesel che presentano componenti più complesse come l'impianto di iniezione "Common Rail" e il filtro antiparticolato. I sistemi "Full Hybrid" Toyota, infatti, utilizzano un motore benzina con caratteristiche particolari, detto a "ciclo Atkinson". La minore potenza specifica che ne consegue contribuisce alla notevole affidabilità, ed è compensata dalla presenza del motore elettrico.
Il motore termico a ciclo Atkinson, rispetto al classico ciclo Otto, presenta una fase di espansione virtualmente più lunga, ottenuta grazie alla chiusura ritardata della valvola di aspirazione. Questo permette di ottenere un elevato grado di efficienza (fino al 42% in alcuni casi), che si traduce in consumi ridotti, specialmente in ambito urbano. Ad esempio, una Nissan Qashqai con questo sistema può percorrere oltre 28 km con un litro di carburante nel ciclo urbano.
Un altro aspetto cruciale dell'affidabilità dei sistemi Toyota risiede nell'assenza di componenti soggette a usura come frizioni tradizionali, motorini d'avviamento o alternatori. "Quello che non c'è, non si rompe" è un adagio che trova piena applicazione in queste vetture. Il motore elettrico, infatti, all’occorrenza può fungere anche da generatore di elettricità e rallentare la marcia del veicolo, affiancando i freni in questa funzione. Quando un’auto ibrida o elettrica frena, in questo modo ricarica le sue batterie. Nei test, circa un terzo dell’energia fornita dalle batterie al motore elettrico per far muovere una Toyota Prius su un normale percorso può essere definita “riciclata”, provenendo cioè dalla rigenerazione di energia dalle ruote durante le frenate.
Oltre la Frizione: La Guida Fluida e Silenziosa
L'assenza di un cambio tradizionale, con la sua frizione e i suoi innesti, contribuisce in modo determinante alla fluidità di marcia delle Toyota full hybrid. Il Power Split Device gestisce in modo continuo e senza soluzione di continuità il trasferimento di potenza tra il motore a benzina e quello elettrico, permettendo accelerazioni lineari e senza strappi. Questo si traduce in un'esperienza di guida rilassata e confortevole, sia nel traffico cittadino che nei lunghi viaggi autostradali.
Le auto ibride Toyota hanno due motori, uno termico e uno elettrico, e il passaggio da uno all'altro, o la loro combinazione, è completamente automatico. L'auto può viaggiare usando il primo motore, il secondo, o entrambi insieme. La batteria che alimenta il motore elettrico si ricarica automaticamente durante la marcia e la frenata, eliminando la necessità di prese di ricarica esterne, a differenza dei sistemi plug-in hybrid che richiedono un collegamento alla rete elettrica per ottenere un'autonomia elettrica prolungata.
Toyota ha venduto oltre 13 milioni di auto ibride in tutto il mondo, con una quota significativa in Italia, dimostrando la fiducia dei consumatori in questa tecnologia. Molti acquirenti di un'auto ibrida Toyota scelgono di sostituirla con un altro modello ibrido della stessa marca, testimonianza della soddisfazione per l'affidabilità, i consumi ridotti e le prestazioni offerte. Con due motori, uno termico e uno elettrico, si dispone di maggiore potenza e coppia, specialmente in fase di accelerazione. Ad esempio, una RAV4 Hybrid può accelerare da 0 a 100 km/h in soli 8,1 secondi.
La gamma Toyota Hybrid è ampia e copre diversi segmenti di mercato, dalle city car ai SUV, dalle station wagon alle compatte, offrendo soluzioni per ogni esigenza. L'innovazione Toyota nel campo dell'ibrido continua, con investimenti costanti in ricerca e sviluppo per migliorare ulteriormente l'efficienza, le prestazioni e l'esperienza di guida. La rivoluzione silenziosa delle auto ibride Toyota ha trasformato il modo in cui concepiamo la mobilità, offrendo un futuro più sostenibile senza compromettere il piacere di guida.