Tak Toyota ratuje silnik spalinowy! Właśnie nastąpił przełom

Toyota ratuje silnik spalinowy. Jakim cudem?

Toyota Mirai II generacji to niemal 5-metrowa limuzyna w stylu coupe. Dzięki zastosowaniu ogniw paliwowych jest jeżdżącą fabryką elektronów. Prąd, który zasila silnik elektryczny auta powstaje w wyniku reakcji wodoru z tlenem.

Jednak inżynierowie japońskiej marki znani z tego, że potrafią zgłosić nawet 3 tys. patentów w ciągu roku, od pewnego czasu konsekwentnie rozwijają technologię, która może uratować silniki spalinowe. Na czym polega ich rozwiązanie?

Toyota rozwija silnik spalinowy na wodór zamiast benzyny

Prace nad wodorowym silnikiem spalinowym rozpoczęto w 2017 roku. W 2021 roku znaną dziś z GR Yarisa trzycylindrową jednostkę 1.6 turbo G16E-GTS przystosowaną do spalania wodoru najpierw dostała wyścigowa Toyota GR Corolla H2 Concept, która obecnie rywalizuje w wyścigach japońskiej serii Super Taikyu. Z kolei Corolla wykorzystuje napęd 4x4 znany z GR Yarisa.

– 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 – wyjaśnił Naoki Ito, inżynier Toyoty odpowiedzialny za eksperymentalny silnik.

Przez dwa sezony pracowano nad udoskonaleniem konstrukcji oraz procesu tankowania. Przez ten czas udało się poprawić wynik w 24-godzinnej rywalizacji na torze Fuji aż o 120 okrążeń.

Toyota już tankuje ciekły wodór jak benzynę, właśnie nastąpił przełom

Wreszcie w maju 2023 roku zadebiutowała GR Corolla H2 Concept zasilana ciekłym wodorem, co jest ogromnym krokiem naprzód w pracach nad wodorowym silnikiem spalinowym. Auto nadal korzysta z tego samego silnika, ale zastosowanie ciekłego wodoru skróciło czas pitstopów i umożliwiło uzupełnianie paliwa w tym samym miejscu co auta korzystające z paliw konwencjonalnych.

Ciekły wodór nie wymaga też tak dużej liczby urządzeń dodatkowych jak wodór w formie gazowej, a przestrzeń potrzebna na instalację aparatury jest czterokrotnie mniejsza niż wcześniej. Co więcej, brak konieczności sprężania gazu oznacza, że można zatankować wiele aut jedno po drugim.

Silnik spalinowy na wodór generuje solidny moment obrotowy

Silnik wodorowy dostała także Toyota GR Yaris H2, która debiutowała w Rajdzie Belgii. Za kierownicę wsiadł czterokrotny mistrz świata Fin Juha Kankkunen.

– Silnik wodorowy generował solidny moment obrotowy, dzięki czemu daje podobne odczucia jak silnik spalinowy. Ze względu na zerową emisję CO₂ uważam, że silniki wodorowe staną się jedną z opcji osiągnięcia neutralności węglowej nie tylko w świecie sportów motorowych, ale także w cywilnych autach – powiedział Kankkunnen.

Za kierownicą wodorowego GR Yarisa H2 Concept podczas Goodwood Festival of Speed zasiadł też słynny aktor i komik Rowan Atkinson (Jaś Fasola). – Samochód jest niesamowicie szybki i daje niesamowitą frajdę. Samochody elektryczne wykorzystywane w motorsporcie nie dają tych wrażeń dźwiękowych, co auta z silnikami spalinowymi. A dźwięk to jest to, co uwielbiają fani rajdów i wyścigów – powiedział brytyjski gwiazdor oraz fan motoryzacji.

Toyota GR Yaris spala wodór zamiast benzyny, Corolla była pierwsza

W wodorowych prototypach GR Yaris oraz Corolla Sport na potrzeby wodorowego silnika 1.6 zmodyfikowano układ zasilania i wtrysku – w stosunku do tych stosowanych w jednostkach benzynowych. Nowe wtryskiwacze opracowali specjaliści z Denso (firma należy do Toyoty). Paliwo jest przechowywane w postaci sprężonej w zbiornikach, które debiutowały w drugiej generacji Mirai.

Zdaniem Japończyków wodorowa trzycylindrowa jednostka 1.6 z turbodoładowaniem dzięki technologiom rodem z rajdów odznacza się wytrzymałością cieplną i ma same zalety. Wodór spala się szybciej niż benzyna, a to oznacza dużą dynamikę przy doskonałych wynikach pod względem ochrony środowiska. Silnik nie truje dwutlenkiem węgla – poza CO₂ w śladowych ilościach przy spalaniu oleju silnikowego (co ma miejsce również w przypadku silników benzynowych). Pracuje ciszej, bez wibracji i do tego rewelacyjnie reaguje na pedał gazu.

Toyota Corolla Cross spala wodór zamiast benzyny, silnik 1.6 turbo

Najnowszą fazą rozwoju silnika benzynowego na wodór jest Toyota Corolla Cross H2 Concept. Pod karoserią rodzinnego SUV-a turbodoładowane 1.6 ze sportowej GR Corolli H2 produkuje 261 KM i 360 Nm momentu obrotowego. Zbiorniki wodoru także pochodzą z Toyoty Mirai. Prototypowy model zachowuje pełną funkcjonalność - oferuje 5-osobowe wnętrze i duży bagażnik. Co ważne, auto opracowano z myślą o seryjnej produkcji. Obecnie samochód jest szlifowany w rzeczywistych warunkach drogowych. Według Toyoty, firma ukończyła do tej pory większą część prac w drodze do komercjalizacji samochodów z wodorowym silnikiem spalinowym takich jak Corolla Cross H2 Concept.

W ocenie Toyoty silniki wodorowe mogą doprowadzić do szybkiej redukcji emisji CO₂ w motoryzacji przy wykorzystaniu dopracowanych, masowo produkowanych jednostek spalinowych. Idąc dalej – mogą także dać nowe życie nawet 40-letnim samochodom. Inżynierowie Toyota Gazoo Racing, czyli komórki odpowiedzialnej za sporty motorowe i projekty niemożliwe, planują oferować silnik spalinowy na wodór kolekcjonerom i pasjonatom motoryzacji, którzy będą chcieli przebudować swoje klasyczne samochody na auta bezemisyjne. Za przykład możliwych modyfikacji posłużyła sportowa, tylnonapędowa Corolla AE86 w wersji Trueno (z otwieranymi przednimi światłami), która otrzymała właśnie spalinowy napęd wodorowy.

Toyota Corolla AE86 H2 łączy 40-letni silnik benzynowy z wodorem

Toyota przy budowie Corolli AE86 H2 wykorzystała rozwiązania sprawdzone przy konwersji modeli GR Yaris i GR Corolla na auta wodorowe. Najważniejsze było dostosowanie do spalania wodoru klasycznego silnika 1.6 4A-GEU, seryjnie montowanego w AE86. W przeciwieństwie do samochodów elektrycznych na baterie czy ogniwa paliwowe, auta z silnikiem wodorowym mogą korzystać z komponentów napędów benzynowych.

Toyota Corolla AE86 H2 spala wodór zamiast benzyny

Inżynierowie musieli jednak obejść się bez wsparcia cyfrowego - nie mieli do dyspozycji modelu 3D. Silnik 4A-G powstał cztery dekady temu. Oznacza to, że dla młodego i średniego pokolenia konstruktorów Toyoty jednostka była zupełnie nieznana.

Toyota Mirai i wodorowy GR Yaris podzielił się technologią

Inżynierowie ograniczyli przeróbki klasycznej tylnonapędowej Corolli do minimum. Zmiany w silniku 4A-GEU objęły wtryskiwacze paliwa, przewody paliwowe i świece zapłonowe. Oryginalny układ wydechowy i tłumik zostały odpowiednio zmodyfikowane, a zamiast baku zamontowano dwa wysokociśnieniowe zbiorniki wodoru z Toyoty Mirai.

Jak jeździ Toyota Corolla na wodór zamiast benzyny? Nadzieja stała się rzeczywistością

Konstruktorzy zapewniają, że wodorowa Corolla AE86 H2 prowadzi się jak standardowe auto benzynowe, a po modyfikacjach waży tylko 995 kg, o 55 kg więcej od oryginału. Przyspieszenie jest porównywalne z klasyczną benzynową wersją AE86.

– 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.