Od Lohner-Porsche do Priusa: stuletnia podróż samochodu hybrydowego

Udostępnij tę stronę
Pierwszym hybrydowym automobilem świata jest Lohner-Porsche, zaprojektowany przez Ferdinanda Porsche w Wiedniu w latach 1900-1901: pojazd ten działał na zasadzie hybrydy szeregowej, wytwarzając prąd z benzyny, i jest bezpośrednim przodkiem dzisiejszych hybryd. Pierwszą masowo produkowaną hybrydą była zaś Toyota Prius z 1997 roku; odległość między Paryżem, gdzie zaprezentowano pierwszą hybrydę, a premierą pierwszej seryjnej hybrydy wynosi dokładnie 97 lat, czyli niemal całe stulecie.
Wyróżnione
- 1900: Ferdinand Porsche zaprojektował Semper Vivus, pierwszą na świecie sprawną hybrydę.
- 1901: Pierwsza seryjnie gotowa hybryda, Lohner-Porsche Mixte, trafiła do sprzedaży; jej cena wynosiła 14 400 - 34 028 koron austriackich.
- 1997: Toyota Prius, jako pierwszy na świecie seryjnie produkowany samochód hybrydowy, wyjechała na drogi Japonii.
- 1999: Honda Insight stała się pierwszą seryjnie produkowaną hybrydą sprzedawaną w USA.
- 2012: Wraz z modelem Prius Plug-in Hybrid oficjalnie rozpoczęła się era hybryd plug-in.
Od czeladnika elektryka do pierwszej hybrydy: Lohner-Porsche Ferdinanda Porsche
Historia zaczyna się w 1893 roku, gdy 18-letni młody inżynier wstąpił do wiedeńskiej firmy elektrycznej Béla Egger & Co. firmy elektrotechnicznej. Ferdinand Porsche opracował tutaj pierwszy elektryczny silnik w piastach kół, oparty na koncepcji Wellingtona Adamsa - umieszczając silnik wewnątrz koła, co całkowicie eliminowało potrzebę stosowania skrzyni biegów i układu napędowego, radykalne jak na tamte czasy rozwiązanie. Porsche testował je, biorąc udział w wyścigach, a rok później, mając 23 lata, został zatrudniony w fabryce Jacoba Lohnera.
Pierwsze produkty były w pełni elektryczne: Pojazdy z silnikami w piastach kół, zasilane bateriami. Każdy silnik wytwarzał 2,5-3,5 hp, chwilowo nawet do 7 hp. W 1898 roku "System Lohner–Porsche" wzbudził duże zainteresowanie prasy europejskiej; w tym samym roku zaprojektowany przez Porsche Egger-Lohner C.2 Phaeton wyjechał na drogi z maksymalną prędkością 25 km/h. Zaprezentowany na Expo w Paryżu w 1900 roku Lohner-Porsche Electromobile z silnikiem o mocy 2,5 PS osiągał prędkość 37 km/h.
Narodziny zasady hybrydy szeregowej Prawdziwa rewolucja nadeszła w 1900 roku.
Właściwa rewolucja nadeszła w 1900 roku. Porsche zaprojektował pierwszy na świecie sprawny samochód hybrydowy: Semper Vivus Dwa chłodzone wodą silniki benzynowe DeDion Bouton o mocy 3,5 PS napędzały dwa generatory; każdy generator wytwarzał 20 amperów i 90 woltów. Silnik benzynowy nie przekazywał więc kółom żadnej mocy - jedynie wytwarzał prąd. Silnik benzynowy więc nie przekazywał kołom żadnej mocy - jedynie wytwarzał prąd. Architekturę tę nazywamy dziś hybrydą szeregową i większość nowoczesnych lokomotyw kolejowych wciąż działa na tej samej zasadzie. Prototyp ważył 1.200 kg - ciężki nawet jak na standardy swojej epoki.
W 1901 roku ten koncept trafił do sprzedaży w postaci gotowej do produkcji seryjnej pod nazwą Lohner-Porsche Mixte. Czterocylindrowy silnik o pojemności 5,5 litra pochodzący z Austro-Daimlera napędzał generator. Z pierwszej serii sprzedano pięć samochodów; pierwsza poszła do Emila Jellineka, imienia znanego każdemu miłośnikowi samochodów. Strona inżynieryjna przedsięwzięcia działała; strona ekonomiczna nie działała: cena Mixte sięgała 14.400-34.028 koron w zależności od wyposażenia, sprzedawano ją za niemal dwukrotność ceny podobnych konwencjonalnych pojazdów. W latach 1900-1905 łącznie jedenaście hybryd znalazło nabywców; w tym samym okresie sprzedano około 65 w pełni elektrycznych Lohner-Porsche.
Mimo to projekt żył: Porsche wygrał rajd Exelberg w 1902 roku Mixte, w tym samym roku otrzymał patent na geometrię osi, w 1905 zdobył nagrodę Potting Prize, a w 1906 został głównym projektantem w Austro-Daimler. Jeszcze jeden ciekawy szczegół: architektura silników w piastach kół Lohner-Porsche stała się podejściem pracowanym także dla pojazdu księżycowego Apollo. W latach 2007-2011 Muzeum Porsche, współpracując przez trzy lata z Karosseriebau Drescher, wyprodukowało działającą replikę Semper Vivus i pokazało ją na New York Auto Show 2011 - jako dowód, że pierwszy hybryda może znowu jeździć na własnym napędzie.
| Model | Rok | Napęd | Wyróżniająca się cecha |
|---|---|---|---|
| Semper Vivus | 1900 | 2 x 3,5 KM generator benzynowy + bateria | 1.200 kg; każdy generator 20 A / 90 V |
| Lohner-Porsche Mixte | 1901 | 5,5 l, silnik Daimler 25 hp + generator | cena 14.400-34.028 koron |
| Electromobile | 1900 | 2 x 2,5 KM silnik w piaście + bateria | maksymalna prędkość 37 km/h |
| La Toujours Contente | 1900 | benzynowo-elektryczny na wszystkich kołach | 1,8 litra 56 hp, ponad 4 tony |
Wczesne Prototypy i Około 80 Lat Ciszy
Po Porsche pomysł nie umarł, ale też się nie rozprzestrzenił. W 1905 roku H. Hybrydowa koncepcja Pipera trafiła pod backlight; w 1916 roku chicagowska firma Woods Motor Vehicle Company zaprezentowała model Dual Power - łączący elektryczność z czterocylindrowym silnikiem spalinowym, błyskotliwa, lecz ostatecznie skazana na klęskę komercyjną próba. Na przykładzie wysiłków Woods można odczytać ogólny obraz: Hybrydy produkowano do lat 1910, ale z powodu wysokiej ceny i niskiej mocy słabo się sprzedawały.
Potem przez około 80 lat hybryda nie wykraczała poza przypis w podręcznikach inżynierii. Jest na to kilka mierzalnych powodów: w USA wraz z poprawą stanu dróg zmniejszyła się obawa o zasięg, ropa z Teksasu historycznie obniżyła cenę benzyny, a niezawodność silnika spalinowego wzrosła. Pojazdy elektryczne na przecięciu tych trzech czynników niemal całkowicie zniknęły do 1935 roku; hybrydy, z wysokim kosztem i niską prędkością, która nie potrafiła zrekompensować krótkiego zasięgu, stały się częścią tego odwrotu. Właściwy pomysł techniczny musiał zaczekać na właściwe warunki ekonomiczne.
Toyota Prius 1997: Jak Doszło do Seryjnej Produkcji Hybrydy?
Hybrydowa podróż Toyoty właściwie zaczęła się w 1968 roku od szefa projektu, Kenyi Nakamury - ale do pragmatycznego rezultatu potrzebowało się trzydzieści lat. W 1997 roku Toyota była gotowa do premiery Priusa, pierwszego na świecie seryjnie produkowanego samochodu hybrydowego. Miesiąc debiutu różni się w zapisach spółki między październikiem a grudniem; pewne jest, że pojazd wyjechał na drogi w Japonii w 1997 roku i jeszcze w roku premiery zdobył w Japonii tytuł "Car of the Year".
Wpływ Priusa można śledzić również liczbowo. Gdy pierwsza generacja wchodziła na rynek amerykański w 2000 roku, oferowała łączącą moc 97 KM - moc zwykłego sedana rodzinnego, ale tabela zużycia paliwa to zupełnie inna historia. Prius z 1997 roku, jako pierwszy seryjnie produkowany pojazd łączący moc benzynową i elektryczną w jednym pakiecie, zmienił kierunek rozwoju branży motoryzacyjnej; logika hybrydy szeregowej, którą Porsche skonstruowała wiek wcześniej, działała teraz w milionach pojazdów. Prace łączące rodowód Priusa bezpośrednio z tamtym wiedeńskim prototypem z początku XX wieku do dziś pozostają tematem historii opartej głównie na archiwach.
Honda Insight: Pierwsza hybryda w USA
W pierwszej fali obok Toyoty był drugi pionier: Honda. Honda zaprezentowała pierwszą seryjnie produkowaną hybrydę Ameryki Północnej w 1999 roku: Insight. Pierwsza generacja (1999-2006) w formie trójdrzwiowego, dwuosobowego coupé liftback trafiła na rynek amerykański w grudniu 1999 roku, przed pojawieniem się Priusa w USA, i była pierwszą hybrydą benzynowo-elektryczną sprzedawaną w Stanach Zjednoczonych. Czas rozwoju pojazdu wynosił około trzech lat. Krótkoterminowe wyniki hybrydowej przygody Hondy są również uderzające: marka świętowała 25. rok sprzedaży hybryd elektrycznych, a modele hybrydowe stanowią dziś ponad 25 procent jej sprzedaży.
Dojrzewanie technologii baterii: Od NiMH do litowo-jonowych

Najkrytyczniejszym komponentem sprzętowym w stuletniej podróży hybrydy jest bateria. Pierwszy Prius używał baterii niklowo-metalowo-wodorkowych (NiMH), pierwszych baterii napędzających seryjnie produkowaną hybrydę na drogach. Profil inżynieryjny NiMH był odpowiedni do zadania: gęstość energii wyraźnie wyższa niż w kwasowo-ołowiowych, a niższa niż w litowo-jonowych. Wystarczająca dla klasycznej hybrydy, ponieważ bateria pełniła rolę małego bufora w ciągłym cyklu ładowania i rozładowania - nie ładowano jej z zewnątrz.
Gdy pojawiły się hybrydy plug-in i w pełni elektryczne pojazdy, równanie się zmieniło: dłuższy zasięg elektryczny oznaczał wyższą gęstość energii. W ostatniej dekadzie NiMH został w dużej mierze zastąpiony mocniejszymi, bardziej kompaktowymi i trwalszymi bateriami litowo-jonowymi; dziś większość hybryd plug-in i w pełni elektrycznych pojazdów korzysta z litowo-jonowych. Toyota również przeszła z NiMH na litowo-jonowe w swoich popularnych hybrydach. Podsumowująca tabela jest prosta: NiMH w klasycznej hybrydzie, litowo-jon we wszystkim, co podłączane.
Era hybryd plug-in: Ładowalne hybrydy
Nowym etapem hybrydy stało się ładowanie baterii również z gniazdka domowego. Pierwsza generacja Priusa Plug-in Hybrid była produkowana w latach 2012-2016; pierwszą generację ogólnie uznano za niewystarczającą - podczas gdy zasięg elektryczny wynosił około 24 km, Chevrolet Volt oferował w tym samym okresie 56 km. Druga generacja pojawiła się w 2016 roku, a trzecia została zdefiniowana jako model 2023 Prius Prime.
Po stronie niemieckiej również jest postęp w tym samym kierunku: Porsche przeszło na hybrydę w 2010 roku z Cayenne S Hybrid, a 380-konny Panamera S Hybrid z 2011 roku zużywał 6,8 l/100 km w cyklu NEDC. Panamera S E-Hybrid z 2015 roku został zaprezentowany jako pierwszy plug-in hybrid w segmencie; natomiast 918 Spyder z 2013 roku z baterią litowo-jonową o pojemności 6,8 kWh i zasięgiem elektrycznym 31 km wyznaczył granicę wydajności plug-in hybrid, bijąc rekord okrążenia Nordschleife czasem 6:57. Pomysł, który rozpoczął się w 1900 roku od dwóch generatorów, obecnie gości w układzie napędowym bijącym rekordy toru.
Lekcja stulecia: Dlaczego dobra inżynieria musiała czekać 80 lat?
Pouczająca strona linii sięgającej od Lohner-Porsche do Priusa nie jest techniczna, lecz ekonomiczna. Rozwiązanie Porsche z 1900 roku było spójne inżyniersko - na tyle spójne, że zasada hybrydy szeregowej jest dziś wszędzie, od lokomotyw po supersamochody sportowe. Brakowało przygotowania rynku: koszty baterii, ceny paliwa, drogi i oczekiwania emisyjne miast nie zaczęły się pokrywać aż do 1997 roku. Prius narodził się w momencie, gdy te cztery parametry jednocześnie znalazły się we właściwym położeniu; Honda Insight pojawiła się tuż za nim, z innym podejściem technicznym.
Patrząc dziś wstecz, obraz jest jasny: hybryda to nie jeden wynalazek, lecz dorobek zbierany przez około stulecie. Koncepcja Semper Vivus z 1900 roku, odwaga Woods Dual Power z 1916 roku, decyzja o produkcji seryjnej Priusa z 1997 roku oraz architektury plug-in rozpowszechnione od 2012 roku - to ogniwa tego samego łańcucha logiki. Kolejne ogniwo łańcucha już się kształtuje dzięki przejściu na litowo-jonową chemię baterii.
Źródła
- Lohner–Porsche
- Historia Porsche zaczyna się elektrycznie
- Prof. Ferdinand Porsche stworzył pierwszy funkcjonalny samochód hybrydowy
- Historia samochodu elektrycznego
- Woods Motor Vehicle
- To nie był pierwsza hybryda, ale Woods Dual Power z 1917 roku...
- Kamienie milowe: Toyota Prius, pierwszy na świecie masowo produkowany pojazd hybrydowy, 1997
- Rozwój Priusa i strategii hybrydowej
- Prowadząc innowacje: 25 lat Toyota Prius
- Ewolucja Priusa
- Toyota Prius odmieniła branżę motoryzacyjną
- Honda Insight
- Honda świętuje 25 lat sprzedaży hybryd elektrycznych
- Baterie do pojazdów elektrycznych
- Toyota Prius Plug-in Hybrid