İlk üretildiği 1966 yılından bu yana yaklaşık 50 milyon adet Toyota Corolla satıldı. Toyota, bugün, 150 ülkede yılda 1 milyon adetten fazla Corolla satıyor (!) Her 30 saniyede yeni bir […]
İlk üretildiği 1966 yılından bu yana yaklaşık 50 milyon adet Toyota Corolla satıldı. Toyota, bugün, 150 ülkede yılda 1 milyon adetten fazla Corolla satıyor (!) Her 30 saniyede yeni bir Corolla daha satılıyor. Bu Corolla’ların 300 bin’i Çin’de, 300 bin’i Kuzey Amerika’da, 50 bin’i de Avrupa pazarında yola çıkıyor. Toyota’nın kuruluşundan bu yana ürettiği her 5 otomobilden 1’i Corolla oldu. Verimliliği ile zirveye çıkan Hybrid versiyon ise eski Corolla’ya daha yeni ve ilerici bir kimlik daha kazandırıyor.
İçten yanmalı motor ile elektrik motorunu aynı şaside bir arada kullanma fikri çok eski. Bu “fikir” bir Avusturyalı’ya, Ferdinand Porsche‘ye ait: Adolf Hitler kendisinin kapısını çalıp hayalindeki Almanya’nın halk otomobili Volkswagen için sipariş vermesinden çok önce, henüz genç bir bilim insanı iken F. Porsche tasarladığı benzin motorlu aracın 4 tekerleğine 4 ayrı elektrik motoru entegre etmiş ve dünyanın ilk hybrid otomobilini yaratmıştı.
İçten yanmalı motorda, sıkıştırma oranını düşürerek ateşleme için emilen hava yakıt karışımını kısma ve bu yolla tasarruf sağlama fikri ise çok daha eski. Bu fikir de bir İngiliz’e, İngiliz bilim insanı James Atkinson‘a ait. Bunu başarmak için J. Atkinson silindirlerde yanma ile piston üzerinde oluşan doğrusal itme gücünü dairesel harekete çevirip krank miline aktaran (ve böylece döndürme kuvveti yani tork halini alıp tekerleklere gönderilebilmesini sağlayan) biyel kolunu ortadan kırarak 2 parçaya ayırmış, bu sayede emme ve ateşleme strokları değişken uzunlukta olan bir motor tasarlamış ve patentini almıştı. Geleneksel benzinli Otto Çevrimi’nden farklı olarak, emme zamanında kısa stroklu, ateşleme zamanında uzun stroklu çalışabilen bu çevrim tipine Atkinson Çevrimi (Atkinson Cycle) adı verildi.
Güç üretimi için içten yanmalı motor ile elektrik motorunu aynı şaside bir arada kullanmak, ve piston yolunu emme zamanında kısaltıp ateşleme zamanında uzatarak içten yanmalı motoru aldatıp teknik bir “hile” ile tasarruf sağlamak. Bir yanda elektriğin harekete hazır çekiş gücü, diğer yanda strok uzunluğu değişken bir içten yanmalı motor. Her ikisi de harika birer fikir…
Ne var ki, Avrupa insanı tarafından keşfedilen bu teknikler, seri üretime ilk kez uzun yıllar sonra dünyanın uzak bir coğrafyasında geçti ve bunu başaran Toyota oldu. Prius ile Japon üretici 1997 yılında ilk seri üretim hybrid otomobili yaratma cesaretini gösterdi. O dönem tuhaf tasarımı, batarya yükü kaynaklı ağırlığı ve şanzıman konsepti ile sert şekilde eleştirilmiş olsa da Toyota Prius bugün öncü olarak kabul ediliyor. Toyota, aynı zamanda bu orijinal nesil Prius’da elektrik motoru ile benzinli makinesini bir araya getirirken, yine başka bir ilk olarak bu 1.5 litrelik atmosferik motorunda daha fazla tasarruf için Atkinson Çevrimi‘ni kullanıyordu. Bunu ise yüz yıl önce James Atkinson’un yaptığı gibi piston kollarının tasarımını değiştirerek değil, geliştirdiği bir değişken supap zamanlaması sistemi (VVT-i) ile başarmıştı. Toyota’nın motorunda Atkinson Çevrimi, kırık piston kolları ile değil, daha uzun süre açık kalan (geç kapanan) emme supapları sayesinde gerçekleşiyordu. Daha akıllıca, daha sağlam, daha değişken bir yöntem…
Motor ve Şanzıman: Hybrid Sistemin “Güç Kaynağı”, Toyota Hybrid System (THS) ve Hybrid Synergy Drive
Toyota’nın Hybrid sisteminde gücü aktarmak için görev yapan bir şanzıman yok, otomobil vites kutusu olmadan yürüyor; motor ile akslar arasında kavramadan sorumlu bir debriyaj sistemi veya tork konvertörü de yok, tekerlekler motora “sıkı sıkıya” bağlı, hiçbir zaman ilişki kesilmiyor; sistemde motora ilk hareketini vermek için bir marş motoru da yok; hatta, elektrikli donanımlara enerji sağlamak için bir alternatör de bulunmuyor, motorun burnunda alternatörü ve klima kompresörünü hareketlendiren bir V kayışı da yok… Peki ne var?
Hybrid Synergy Drive sistemi, Toyota’nın tarihte ilk kez hayata geçirdiği Atkinson Çevrimi ile ateşleme yapan otomotivin en verimli içten yanmalı motorunu, bir jeneratör, bir elektrik motoru, 2 inverter ve bir batarya ile bir araya getiriyor. Bu donanımların işbirliği içinde çalışması için sistemin merkezinde ise bir planet dişli seti kullanıyor. Toyota’nın seri paralel hybrid sistemi, içerisinde ilkleri ve dahice fikirleri birleştiriyor. Bu, endüstrinin modern dönemdeki ilk (ve hala en verimli) Hybrid sistemi.
Felsefe
Hybrid sistem içten yanmalı motor ile elektrik motorunu biraraya getiriyor. Hybrid (Türkçe’ye geçen hali ile Hibrit) ismi de buradan geliyor; tekerlekleri harekete geçirmek için otomobil farklı tipteki 2 ya da daha fazla güç kaynağını bir arada kullanıyor.
Hybrid sistem sürüş sırasında (yol şartları ve kullanıcının sürüş tarzı imkan verdiği ölçüde) içten yanmalı motoru durdurma yani stop etme hedefi ile çalışıyor. İçten yanmalı motorun çalışmadığı ya da çalışsa dahi çekişte olmadığı her an ortalama tüketim ve emisyon değerleri aşağıya çekiliyor. Yokuş inişlerde, bir trafik lambasına ya da kavşağa yaklaşırken gaz pedalı bırakıldığında, otomobil yuvarlanmaya bırakıldığında, ayak gaz pedalından çekili olarak yapılan sürüşlerde, ya da frenleme sırasında içten yanmalı motor hep stop ediyor. Yumuşak kalkışlarda, sakin hızlanmalarda ve şehir içi hızlarda (bataryada yeterli enerji var ise) içten yanmalı motor yine devreye girmiyor ve otomobil sadece elektrik motorunun torku ile hareket ediyor. Diğer taraftan, içten yanmalı motor dinamik hızlanmalarda, stabil sürüşte, yüksek hızla seyirde çalışıyor, ayrıca durur halde iken batarya enerji seviyesi düşük ise bataryayı şarj etmek için ateşleme yapıyor.
Gerçekten de içten yanmalı motor, ona ihtiyaç olmayan hiçbir an ateşleme yapmıyor. Bunun bazı istinaları var: Örnek olarak, uzun süreli yüksek devirli kullanım ve agresif sürüş sonrası içten yanmalı motor ideal çalışma sıcaklığının üzerine çıkmışsa kendini soğutmak için yani kendi sağlığı için bir süre daha çalışmaya devam ediyor, bazen de agresif kullanımda tükenen bataryayı şarj etmek için çalışmaya devam ediyor. Ya da, yokuş inişlerde, batarya tam dolu ise yani iniş sırasında oluşan kinetik enerji ile şarja gerek kalmamış ise içten yanmalı motor çalışıp kompresyon yaratıyor, fren sisteminin yükünü alıyor; ancak yakıt tüketmiyor. Bu özel durumlar dışında motor hiç çalışmıyor. Temel prensip budur.
Bu nasıl sağlanıyor? Elektrik motorunu ve içten yanmalı motoru bir araya getirme fikri neden verimli?
Çevrim tipi, yakıt tipi ve mimarileri nasıl olursa olsun, tüm içten yanmalı motorlar aslında “devir bağımlısı” olarak ateşleme yapıyor. Benzinli, ya da dizel, ya da CNG ile ateşleme yapsın veya LPG ile çalışsın, tüm içten yanmalı motorların kendini tam ve olmuş hissettiği bir devir aralığı var; bu motorların güçlerini ortaya koymak için belirli bir kıvama ulaşması gerekiyor. Fosil yakıtları yakarak ve çevrime dayalı olarak çalışan bu makineler ilk harekete geçtikleri anda yeterli çekiş gücünü üretemiyor, bunun için bir canlılık düzeyine ulaşmaları gerekiyor (ayak debriyajdan hızla çekildiğinde stop etmeleri de bundan kaynaklı), ayrıca bu canlılık seviyesi belirli bir devirden sonra tekrar düşüp yok oluyor. Onların bu karakteri nedeniyle, ürettikleri çekiş gücünün (torkun) tekerleklere aktarılmadan önce bir filtreden geçmesi ve ayarlanması gerekiyor. Vites kutusu (şanzıman) adı verilen dişli setleri de tam bu sebeple kullanılıyor. Elektrik motoru ise tam tersine ilk harekete geçtiği anda tüm çekiş gücünü kullanıma sunabiliyor.
Elektrik motoru, hazır olan çekiş gücü ile otomobile ilk hareketi kazandırırken içten yanmalı motordan daha yetenekli ve daha verimli. İçten yanmalı motor ise sabit hızda sürüş sırasında daha verimli, yani kazanılmış hızı sürdürme konusunda elektrik motoruna göre kendi çalışma karakteri içinde daha verimli çalışıyor. Ayrıca, elektrik motoru yeterli çekiş gücünü sağladığı sürece emisyon yayan içten yanmalı motoru devre dışı bırakıyor. Ani hızlanma ihtiyacı, dinamik kullanım gibi maksimum çekiş gücüne ihtiyaç olan durumlarda ise her 2 motor birlikte çalışıyor. O halde, sürüş sırasında çekiş gücü üretme görevini bu 2 motor arasında değiştiren ve bu sorumluluğu yol şartlarına ve sürüş tarzına göre doğru güç kaynağına atayan bir konsept enerji verimliliği sağlıyor, yakıt tüketimini ve emisyonu düşürüyor. İşte bu da Hybrid konseptin ta kendisi…
Hybrid, Micro Hybrid, Mild Hybrid, Seri Hybrid, Paralel Hybrid, Seri-Paralel Hybrid, Plug-in Hybrid
Sürüş sırasında çekiş gücü üretme görevini elektrik motoruna ya da içten yanmalı motora atamak veya her 2 makineyi aynı anda kullanmak… Yol şartlarına ve sürücünün taleplerine göre, o sırada en doğru güç kaynağını seçmesi Hybrid konsepte enerji verimliliği sağlıyor, yakıt tüketimini ve emisyonu düşürüyor. Ancak bunun tek bir yolu yok. Ferdinand Porsche’den bu yana bunun için gerçekten dahice olan fikirler denendi ve hayata geçirildi.
Micro Hybrid
Gerçekte bu sistem içinde ikinci bir güç kaynağı ya da ikinci bir motor bulunmasa dahi start stop sistemi (daha doğru ifade ile stop start sistemi) ile donatılan otomobiller, beklemelerde motoru durdurarak emisyonu ve tüketimi düşüren karakterleri ile micro hybrid olarak adlandırılıp hybrid araçların ilk ve en ilkel versiyonları olarak kabul edildi. Fren enerjisi geri kazanımı ile donatılan otomobiller ise micro Hybrid araçların ikinci kuşağını oluşturdu. Bu sistem ile donatılan otomobillerde aküyü motor değil iniş ve frenleme sırasında oluşan kinetik enerji şarj etmektedir. Bunu sağlamak için, bir kayış ile motordan güç alan alternatör motorun çekişte olduğu anlarda bağlı olduğu motordan ayrılır, bu sayede motordan güç çalmaz; alternatör sadece sürücü gaz pedalından ayağını çektiğinde ve frenleme sırasında motora bağlıdır. Bu da %3 seviyesinde yakıt tasarrufu ve emisyon düşüşü sağlamaktadır. Bu otomobillerin ilk ve en ünlü örnekleri 2008 çıkışlı BMW 320d EfficientDynamics (E90) ve 2012 çıkışlı BMW 116d EfficientDynamics (F20) olmuştur. Mazda’nın i-ELOOP sistemi bir başka ünlü örnektir (Regenative braking olarak da adlandırılan fren enerjisi geri kazanımı, elektrikli ve Hybrid otomobillerde mimarinin doğasında yani kendiliğinden gelen bir özelliktir. Buradaki BMW ve Mazda örnekleri sadece içten yanmalı motor üzerinde bu sistemi inşa eden Micro Hybrid otomobilleri içermektedir.)
Mild Hybrid
48V olarak da adlandırılan bu hybrid sistemlerde ISG (Integrated Starter Generator) ya da BSG (Belt Driven Starter Generator) adı verilen donanım marş motoru ve alternatörü tek bünyede bir araya getirir, yarattığı tork ile tüketimi ve emisyonu düşürür. Aşırı beslemeli modern downsizing motorlarda bu sistem elektrik motoru desteği ile ilk kalkışlarda ve alt devirlerde oluşan turbo boşluğunun azaltılmasını da sağlar. Sistemin mimari olarak 2 genel uygulaması var:
Birinci uygulama kompakt motorlarda yaygın. Maliyetin önemli olduğu küçük ve kompakt sınıf otomobillerin kompakt motorlarında bu sistem sadece görevi ile değil konumu ile de alternatörün yerini almıştır ve aynı alternatörde olduğu gibi motora bir kayış ile bağlıdır, yani bir yan motor ekipmanı gibi çalışır. Mild Hybrid mimaride motora ilk hareketini verme işinden de bu yeni tip alternatör sorumludur. Başka bir deyişle, bu motorlarda “alternatör” hem elektrik üreten bir jeneratör hem de ilk hareketini verirken motora güç sağlayan bir elektrik motoru fonksiyonuna sahiptir. Bu yeni tip alternatör motora geçmişte olduğu gibi yine kayış ile bağlıdır. Bu nedenle bu jeneratöre BSG (Belt Driven Generator) adı veriliyor. Ayrıca, bu araçların otomatik şanzımanları içerisinde vites kutusuna entegre edilmiş ikinci bir elektrik motoru daha bulunur. Yaklaşık 20 HP / 50 Nm çekiş gücü üreten bu elektrik motoru ilk kalkış anında sağladığı tork ile ilk hazılanmaları iyileştirirken, kent içi kullanımda yakıt tüketimini ve emisyonu düşürür. Yine bu nedenle bu sistemlerle donatılan otomobillerin hemen tamamına yakını otomatik şanzımanlıdır. Örnek olarak Volkswagen Grubunun EA211 kodlu 1.5 eTSI motoru bu yapıda tasarlanmıştır. Yine Mercedes’in 2018 yılından itibaren makyajlı W205 C Serisi’nde ve W206 C Serisi’nde C 200 model kodu ile kullandığı 4 silindirli 1.5 litre M264 motor bu mimariye sahiptir.
İkinci tür uygulama ise (şimdilik) üst sınıf premium otomobillerde kullanılıyor. Fiyat etiketinin ve üretim maliyetinin daha az önemli olduğu üst sınıf otomobillerde ve premium sınıfta ise jeneratörün yeri daha gizli ve daha özel. Bu motorlarda jeneratör, alternatör gibi silindir şekilli değil, bunun yerine ince disk yapısında ve az yer kaplayan bu hali ile motor (volan) ile şanzıman arasına yerleştiriliyor. Sistem, sahip olduğu ince disk şeklinde tasarlanmış elektrik motoru ile volana entegre edilerek şanzıman ve içten yanmalı motor arasına yerleştirilmiştir, yani doğrudan krank miline bağlanmıştır. Jeneratör krank miline kayış ile bağlı değil, doğrudan güç veriyor. Daha gelişmiş olan bu motorlardaki jeneratör / elektrik motorlarına ise dahili konumları nedeniyle ISG (Internal Starter Generator) adı veriliyor. Örnek olarak Mercedes’in 2017 yılından itibaren W222 S Serisi’de S 450, W213 E Serisi’nde ise E 450 model kodu ile kullandığı sıralı 6 silindirli 3.0 litre M256 motor bu mimaride tasarlanmıştır. Daha gelişmiş olan bu ikinci grup sistemler ayrıca marş motoru ve alternatörün yanında devirdaim pompası ve klima kompresörünün görevini de üzerine alır, merkezi bir güç sağlayıcısı olarak çalışır. Böylece daha hafif ve daha az yer kaplayan bir motor mümkün olur. Mercedes beşinci bir fonksiyon olarak bu elektrik motoruna BorgWarner üretimi bir kompresörü bağlamış ve alt devirlerde motora aşırı besleme yapma görevini bu elektrikli kompresöre atamıştır; alt devir boşluğu ortadan kalkan motorun üst devirlerinde yüksek güç üretime işini ise daha büyük bir turbo türbini yerine getirmektedir.
Seri Hybrid (Series Hybrid)
İçten yanmalı motor, akslara güç aktarma kapasitesine sahip değildir; motor ile tekerlekler arasında mekanik bir bağlantı yoktur. Otomobili hareket ettirecek çekiş gücünü sadece elektrik motoru sağlar. İçten yanmalı motor sadece jeneratöre hareket vererek bataryayı şarj eder. Bunu yaparken de sabit bir devir düzeyinde ateşleme yapar. Motorun devir dalgalanması olmadan en verimli olduğu devir noktasında sabit bir motor hızında çalışması daha az tüketim yani verimlilik ve tasarruf sağlar (Motor akslara güç verseydi yol ve yük durumuna ve sürücünün kullanım tarzına göre sürekli farklı devirlerde gezecekti). Bu mimarinin en ünlü örneği Opel Ampera ve Amerikalı kardeşi Chevrolet Volt oldu. Gerçekte bir BEV elektrikli otomobil olmasına rağmen, BMW i3’ün menzil uzatıcı ile donatılan versiyonu BMW i3 Range Extender de Seri Hybrid’e bir başka güzel örnektir. Merdiven şasiye (!) ve bu şasi üzerinde şasiden bağımsız olarak hafif CFRP karosere sahip bu özel elektrikli otomobil, menzil uzatıcı versiyonunda bir Seri Hybrid otomobile dönüştü. BMW bu otomobilde menzil uzatıcı olarak BMW Motorrad’dan tedarik ettiği 2 silindirli bir motorsiklet motoru kullanmıştı. BMW’nin LifeDrive adını verdiği 2 parçalı yapı gerçekten de geçmişin merdiven şasili otomobillerini hatırlatıyordu; karbon fiberden (CFRP’den) imal olağanüstü hafif ve pahalı birinci parçaya Life ismi verilmişti, kendisine verilen isimden anlaşıldığı gibi yaşam alanını üzerinde taşıyan bu üst karoser kabinden ve dış panellerden oluşuyordu. Drive modülü isimli ikinci alt parça ise süspansiyonu, direksiyon sistemini, motoru ve yüksek gerilim bataryasını üzerinde topluyordu. BMW’nin elektrikli otomobil çağına giriş için prestij denemesi olan ve üretimi sonlanan BMW i3, bugünün seri üretim odaklı ve bu nedenle maliyet baskısına yenilmiş elektrikli otomobilleri ile direkt karşılaştırıldığında çok daha ileri bir üretim tekniğine sahip. Bu pahalı mimariden vazgeçilse de BMW i3’te yaratılan tasarım ve iç mekan konsepti, bugün, karoser formu, Richard Kim tarafından çizilen ve Hofmeister Kink bulunmayan C sütunu, direksiyon simidi, yarım orta tüneli ve kumandaları ile BMW iX’te yaşıyor. Seri Hybrid’lerin daha güncel bir diğer örneği ise Nissan’ın e-Power sistemidir. 2022 yılında kullanıma alınan, 3. kuşak Nissan Qashqai (J12) ve 4. kuşak Nissan X-Trail (T33) modellerinde ortaya çıkan bu sistemde 1.5 litrelik benzinli motor sadece 2.1 kWh kapasiteli bataryayı şarj ederken, tekerleklere güç aktarımını ön akstaki elektrik motoru gerçekleştiriyor. Nissan, arka aksta ikinci bir elektrik motoru ile donatılan ve bu sayede 4 tekerlekten çekişli hale gelen versiyonları ise e-Power e4ORCE olarak adlandırıyor.
Paralel Hybrid (Parallel Hybrid)
Paralel Hybrid mimarisi 2 farklı tasarımla hayata geçebilir.
Birincisi, içten yanmalı motor ile şanzıman arasına bir elektrik motoru yerleştirmektir. İnce disk tasarımlı yapısı ile az yer kaplayan ve tasarımı ile volana ve debriyaj kavramasına benzeyen elektrik motoru, içten yanmalı motor çıkışına eklenir. Honda’nın IMA (Integrated Motor Assist) sistemi bu tasarıma örnektir. Benzinli motor ve şanzıman arasında konumlu 6 cm kalınlığındaki elektrik motoru burada (1) hem marş motoru, (2) hem ilk kalkışlarda sağladığı çekiş gücü ile tork asistanı, (3) hem motor için titreşim ve sarsıntıları kesen bir denge mili (daha doğrusu disk tasarımı ile bir volan), (4) hem de frenleme ve yuvarlanma sırasında kinetik enerjiyi geri kazanarak elektriğe çeviren bir jeneratör olarak görev yapmaktadır. Honda bu sistemde IMA’nın marş motoru görevi de görmesine rağmen, benzinli motorda geleneksel marş motorunu da muhafaza etmişti. Tüketimi düşürmek için daha o dönemde elektrikli direksiyon ile donatılan otomobilin Hybridler arasındaki en önemli farklı özelliği ise manuel şanzıman ile satın alınabilmesiydi. Manuel vitesli versiyon vites değiştirme önerilerine de sahipti. 1999 yılında bu teknoloji ile yollara çıkan ve Toyota Prius ile aynı döneme denk gelen ZE1 kasa Honda Insight hem ABD’nin hem de çok sonraları ulaştığı Avrupa pazarının en uygun fiyatlı Hybrid otomobili oldu.
İkinci tür Paralel Hybrid mimarisi, içten yanmalı motor bir aksa güç verirken, elektrik motorunu diğer aksa yerleştirmektir. İçten yanmalı motor ile elektrik motoru arasında direkt bir bağlantı olmadığından üretimi daha az maliyetli ve daha basit, ancak platform ve şasi üzerinde daha fazla yer kaplayan bir uygulamadır. Ön aks içten yanmalı motordan güç alırken, elektrik motoru arka aksı hareketlendirir, ya da tam tersi uygulanır. Bu da aynı zamanda, (içten yanmalı motorlu 4WD araçlarda kullanılan) bir transfer kutusu ya da çok plakalı transfer kavraması gibi ağır ve karmaşık sistemlere gerek bırakmadan bu otomobilleri 4 tekerlekten çekişli hale getirir. Yani bu araçlar doğal olarak AWD ile donatılmış olur. PSA Grubu’nun Peugeot 3008’de kullandığı Hybrid4 sistemi bu tasarıma örnektir. Bir SUV olarak 2016 yılında pazara sunulduğunda Peugeot 3008’in 4 tekerlekten çekişli bir versiyonunun olmayacağı duyurulmuştu, araç yılın otomobili seçildi. Peugeot 3008’in sadece önden çekişli bir SUV olarak bu ödülü alması eleştirildi ancak Peugeot’un “uzun vadeli” planı sonradan anlaşıldı. Hiçbir zaman 4 tekerlekten çekişli bir versiyonu üretilmemiş olan önden çekişli Peugeot 3008, arka aksına eklenen elektrik motoru ile hem hybrid hem de AWD bir araca dönüştü. BMW i8 (2014) ve Honda NSX (2018) de bu mimari ile üretilmiştir. Ortada konumlu aşırı beslemeli motorlar arka aksı iterken elektrik motorları ön aksı sürükler. Bu tasarıma TTR Hybrid (Through the Road Hybrid) adı da verilmektedir.
Seri-Paralel Hybrid (Karma Hybrid)
İçten yanmalı motor çok fonksiyonlu yapıya sahiptir; (1) paralel hybrid mimaride olduğu gibi doğrudan akslara güç aktarabilir, (2) seri hybrid’lerde olduğu gibi gerektiğinde akslar ile bağlantısını kesip elektrik motorlarına güç sağlayan bataryayı şarj edebilir, (3) aynı anda bu 2 fonksiyonu birden gerçekleştirebilir, yani hem tekerleklere güç aktarırken hem de bataryayı şarj edebilir. Bu yüzden de sistem seri-paralel hybrid olarak adlandırılır. İçten yanmalı motora bu çok görevli yeteneği kazandırmak için gücü dağıtan karmaşık bir mekanizma kullanılır. Verimliliği en yüksek, ancak diğer taraftan en karmaşık ve sürüş keyfi en düşük hybrid mimarisidir. Toyota’nın önce Toyota Hybrid System (THS) olarak adlandırdığı, sonra da ikinci kuşaktan itibaren Hybrid Synergy Drive (HSD) adını verdiği hybrid sistemi bir seri paralel hybrid’dir ve bu grupta yer alır.
Neden en verimli? Güç aktarımını sadece elektrik motoru ile yapan seri hybridler kent içi düşük hızlarda tasarruflu çalışırken otoyol hızlarında bu özelliklerini kaybediyor; kent içi kullanımda içten yanmalı motorun devir dalgalanması olmadan optimum devirde sabit bir motor hızında çalışması tüketimi düşürüyor, uzun oranlı üst viteslerle hızlı otoyol sürüşlerinde daha ekonomik olan içten yanmalı motor gücünü yola aktaramadığı için (sadece bataryayı şarj ediyor, otomobil batarydan güç alan elektrik motoru ile yürüyor) tasarruf potansiyeli kayboluyor. Paralel hybridler ise tam ters tüketim alışkanlığına sahip; bu konsept otoyolda ekonomik olsa da kent içi düşük hızlarda kısa oranlı alt viteslerle sürüşte savurgan kalıyor. Seri paralel hybrid ise her yol şartı için en tasarruflu olan güç kaynağını seçebiliyor.
Honda’nın önce i-MMD (intelligent Multi Mode Drive) olarak adlandırdığı ve daha sonra da e:HEV adını verdiği hybrid sistemi de seri paralel hybridlere örnektir. İçten yanmalı motoru için şanzımanı bulunmayan bu sistem gerçekte bir seri hybrid olarak kurgulanmış, ancak Japon üretici, akıllı bir teknik ile bu sistemi seri paralele çevirmiş: Sistemde yanmalı motordan kuvvet alan jeneratör, hem direkt olarak akslara bağlı olan elektrik motoruna güç sağlıyor hem de bataryayı şarj ediyor (seri hybrid); 40 ve 120 km/h arası kullanımda, ani hızlanma taleplerinde, içten yanmalı motor bir “kavrama” üzerinden şanzımansız olarak tekerleklere güç aktarıyor (paralel hybrid). Honda, seri hybrid sistemin otoyol hızlarında bataryayı tüketen savurganlığını engellemek için bir “direct engine drive” (benzinli sürüş) modu yaratıp içten yanmalı motorun şanzımansız olarak tekerleklere güç aktarmasını sağlayıp buna çözüm üretmiş.
Plug-in Hybrid
Yukarıdaki sınıflandırma hybrid araçların teknik konfigürasyonuna dayalı iken plug-in hybridler bu sınıflandırmadan bağımsızdır. Bir otomobil aynı anda hem seri hybrid hem de plug-in hybrid olabilir. Örnek olarak, BMW i8 hem paralel hybrid hem de plug-in hybrid’dir.
Hybrid otomobillere göre daha yüksek kapasiteli bir batarya ile donatılan, bu bataryayı (şebeke elektriği, şarj istasyonu gibi) harici bir kaynaktan şarj etme imkanı olan versiyonlara Plug-in Hybrid adı veriliyor. Plug-in unvanı da otomobilin karoserine entegre edilen prizden geliyor. Yüksek kapasiteli batarya daha fazla elektrikli menzil sağlıyor, büyük bataryaları ile 30 km ile 100 km arasında tam elektrikli menzil sunan bu otomobiller günlük kullanımlarda ve şehir içerisinde yapılan kısa ulaşımlarda elektrikli otomobil gibi davranıyor, sıfır emisyonlu sürüş ile 100 km düzeyinde mesafe kat edebiliyor. Bu aynı zamanda bu otomobillere, yakın gelecekte Emission Free bölgeler oluşturulması planlanan ve içten yanmalı motorlu otomobillerin girmesinin yasak olacağı şehir içi alanlarda serbestçe dolaşım imkanı veriyor (Bugün de bazı kent içi alanlara giriş içten yanmalı motorlu otomobiller için ücretli. Bu alanlara Congestion Charge alanları adı veriliyor.) Bu araçlar diğer taraftan şehir dışında uzun mesafeli kullanımda içten yanmalı motorları ile geleneksel otomobillerin sürüş keyfi, uzun menzil ve hızlı yakıt dolumu imkanlarını muhafaza ediyor. Ancak sistemin batarya yükü aynı zamanda daha fazla ağırlık, iç mekandan ve bagajdan çalınan fazla alan, yüksek maliyet ve yüksek fiyat anlamına geliyor. Ayrıca, bataryanın konumu, montaj yüksekliği ve ağırlığı bu otomobillerin sürüş özellikleri üzerinde (olumlu ya da olumsuz) çok etkili.
Plug-in hybridlerin daha uzun elektrikli menzil vaat etmesi, yani kısa mesafede bu araçların elektrikli otomobile dönüşmesi, şehir içinde kullanıldıklarında sıfır emisyon anlamına geliyor. Bu yüzden plug-in hybrid’ler Avrupa ülkelerinde satın alma sırasında devlet desteğine sahip. Otomobilin bu niteliği otomobil kullanımını şehir içerisinde gerçekleştiren ve az kilometre yapan kullanıcılar için plug-in hybridleri daha çekici hale getirdi. Bu da hemen her üreticinin plug-in otomobiller geliştirmesini sağladı. Geçmişte hybrid otomobiller üreten üreticiler ise bu modellerindeki aküleri daha yüksek kapasiteli bir batarya ile değiştirip bu araçları plug-in hybrid versiyonlara dönüştürdü. Örnek olarak, Toyota orijinal versiyonunda 1.3 kWh bataryaya sahip olan Toyota Prius’u 8.8 kWh kapasiteli bir akü ile donatıp plug-in versiyonu yarattı. Standart Prius’tan farklı olarak otomobil kullanım tarzına ve yol şartlarına göre 40-60 km elektrikli menzile sahip. Bu mesafe otomobilini kent içinde kullanan birçok kullanıcı için Prius’u elektrikli bir otomobile dönüştürüyor.
Bununla beraber plug-in hybridlerin önemli bir zaafı var (özellikle paralel ve seri paralel mimarilerde): Plug-in hybridlerin bu elektrikli sürüş menzili kullanılırken doğal olarak sadece elektrik motoru ile yürümesi (yani içten yanmalı motorun kullanılmaması) nedeniyle güç çıkışları ve buna paralel performans değerleri düşer. Örnek olarak Toyota Prius Plug-in Hybrid gerçekte 120 HP olsa da elektrikli kullanımda 92 HP olarak yürüyor.
Plug-in hybrid sadece daha uzun elektrikli menzil ve tasarruflu sürüş anlamına gelmiyor. Büyük batarya “kaput altında” daha güçlü bir elektrik motoru kullanabilmek demek. Bu sayede, ters uçta olağanüstü otomobiller de üretildi. 2013 çıkışlı Porsche 918 Spyder hem teknolojisi hem de performans değerleri ile zirveye çıktı. 6.8 kWh kapasiteli şarj edilebilir bir batarya ile donatılan 918 Spyder, 4.6 litrelik atmosferik V8 motor ile beraber her iki aksında bulunan 2 elektrik motorundan toplam 887 HP üretiyordu. 1.6 ton ağırlık altında bu güç 7 ileri PDK (DSG çift kavramalı) şanzıman ile olağanüstü hızlanma değerleri getirdi: 0-100 km/h 2.6 saniye, 0-200 km/h 7.0 saniye, 0-300 km/h 20.8 saniye… Geleneklere daha sadık olan Ferrari bu tarifi seri üretime 2019 yılında Ferrari SF90 Stradale ile aldı. Ferrari’nin harici şebeke elektriğinden şarj edilebilen bataryası 7.9 kWh kapasiteli, V8 motoru Porsche’nin tersine çift turbolu, otomobilde 2 değil 3 elektrik motoru bulunuyor (ikisi ön aksta, üçüncüsü arka aksta), toplam güç 1000 HP. Otomobil yine çift kavramalı şanzıman kullanıyor ve 1.7 ton ağırlık altında Porsche 918 ile denk performans değerlerine sahip.
Toyota Hybrid System (THS) ve Hybrid Synergy Drive (HSD)
1997 yılında ilk üretildiğinde Toyota Hybrid System ismi ile yollara çıkan, 2004 yılında ikinci kuşağından itibaren Hybrid Synergy Drive adını alan bu sistem 6 ekipmandan (ya da modülden) oluşuyor: (1) Toyota’nın tarihte ilk kez hayata geçirdiği Atkinson Çevrimi ile ateşleme yapan otomotivin en verimli içten yanmalı motoru, (2) bir jeneratör, (3) bir elektrik motoru, (4) jeneratör ve elektrik motoru ile batarya arasında görev yapan inverter ve (5) bir batarya ile (6) bu donanımların işbirliği içinde çalışması için sistemin merkezinde kullanılan Power Split Device (planet dişli seti).
1.İçten Yanmalı Motor (Engine / ICE / internal Combustion Engine):
Toyota Hybrid System’in seri üretime geçtiği ilk otomobil olan orijinal ilk nesil Toyota Prius’ta (XW10) (1997-2003) Japon üretici 1.5 litrelik benzinli bir motor kullandı. 1NZ-FXE kodlu bu motorun kullanımı ikinci kuşak Prius’ta (XW20) (2003-2009) da devam etti. 1.497 cm3’lük, üstte çift egzantrikli ve silindir başına 4 supaplı DOHC motor undersquare tasarıma sahip (çap x strok: 75.0 mm x 84.7 mm)
2009 yılında 3. kuşak (XW30) Prius ile beraber Toyota bugün de kullanımı devam eden 1.8 litrelik bir motor ile donatılmış yeni bir hybrid sistem geliştirdi. 1.798 cm3 hacimli 2ZR-FXE kodlu bu motor, hacmi büyürken diğer taraftan 1NZ-FXE’nin özelliklerini muhafaza etti. Üstte çift eksantrik, silindir başına 4 supap, undersquare blok (çap x strok: 80.5 mm x 88.3 mm)
1.5 litrelik 1NZ-FXE motor ise küçük ve hafif Toyota Yaris’in kaputu altında yaşamaya devam etti. 2012 yılında üretimine başlanan 3. kuşak (XP130) hybrid Yaris’ler bu motoru kullanır. Toyota, 2020’den gelen 4. nesil XP210 Yaris’lerde ise dizel seçeneği kaldırırken 1.5 litrelik motoru da yeniledi. M15A-FXE kodlu bu yeni 3 silindirli motor 1.490 cm3 hacminde, standart Yaris’lerde 13/1 sıkıştırma oranına sahipken Yaris Hybrid’de özel olarak 14/1 sıkıştırma oranı ile çalışıyor.
Prius ile beraber Toyota Corolla Hybrid, Toyota C-HR ve Lexus CT’de kullanılan 1.8 litrelik 2ZR-FXE motor ile donatılmış olan sistem ise güncel olarak Hybrid Synergy Drive’ın en yaygın versiyonunu oluşturuyor.
Kaput altındaki bu benzinli makinede dikkat çeken en önemli şey üzerinde bir V kayışının bulunmaması. Geleneksel içten yanmalı motorlarda motordan güç alan (ve güç çalan) tüm yan motor ekipmanları Toyota’nın Hybrid’inde elektrikli olarak çalışıyor: Bu Hybrid otomobilde elektrik üreten bir alternatör (şarj dinamosu) yok, direksiyon sistemi hidrolik değil elektrik destekli olduğundan direksiyon pompası da yok, devirdaim pompası da elektrikli olarak çalışıyor, klima kompresörü de öyle. Toyota’nın bu müdahaleleri ile motor daha verimli hale gelmiş, ayrıca hem V kayışı kullanımı ve kayış değişimi gerekliliği hem de V kayışının yarattığı ilave gürültü ve titreşimler ortadan kalkmış.
Kaput altında iki adet genleşme kabı (soğutma sıvısı haznesi) bulunuyor. Motorun soğutma sıvısı kapasitesi 5.4 litre. 1.4 litrelik ikinci küçük hazne ise yine soğutmaya ihtiyaç duyan güç kontrol ünitesine ait.
Kendini farkettirmek için üzerine sarı renkli bir çekme halkası tutturulan yağ çubuğu motorun sol ön köşesinde (erişime çok kolay bir yerde) kalıyor. Yağ kapasitesi 4.2 litre. Motor numarası da yağ çubuğunun hemen arkasında motor bloğu üzerine kazınmış.
Motorda viskozitesi çok düşük, çok ince (0W-20) yağ kullanılıyor, yağ değişimleri de her 15 bin km’de bir gerçekleşiyor. Vizkozitesi çok düşük olsa da, sürüş sırasında sürekli olarak bir çalışıp bir stop eden, bu çalışma karakteri yüzden özellikle kış aylarında ve şehir içi sürüşlerinde sık sık soğuyan, düşük hava sıcaklıklarında sakin kullanımda ideal çalışma sıcaklığına nadir zamanlarda ulaşan; öte taraftan, dünyanın her yerinde her türlü iklim şartında kullanılma iddiası taşıyan bir otomobilde ideal yağ da bu.
Önceki nesil 1.5 ve güncel 1.8 litrelik motorlar uzun stroklu undersquare mimariye sahip. Hem 1NZ-FXE, hem de 2ZR-FXE motor 1,1 strok/çap oranına sahip. Motorların sıkıştırma oranı da yüksek. 13/1 hatta 14/1 seviyesindeki fiziki sıkıştırma oranları nisbeten yüksek olsa da, efektif olarak elde edilen sıkıştırma oranı ise 9.5/1 seviyesinde.
(Sıkıştırma oranı: Piston, silindir içerisinde en alt seviyede iken (alt ölü nokta, BTC, bottom death center) ölçülen silindir içi hacmin, piston en üst seviyeye çıktığında (üst ölü nokta, TDC, top death center) ölçülen silindir içi hacme oranına sıkıştırma oranı adı veriliyor. Daha basit bir ifade ile pistonun en alt ve en üst konumlarına göre silindir içerisindeki odanın hacmi değişkenlik gösteriyor, büyüyüp küçülüyor; sıkıştırma oranı silindir şekilli bu odanın en büyük hali ile en küçük hali arasındaki oran anlamına geliyor.)
İçten yanmalı motorlar %35 seviyesinde termal verim sağlar (Termal verim ya da ısıl verim: Motordan elde edilen işin, motorda yakıtın [benzinin] yanması sonucu elde edilen ısıl enerjiye oranıdır. Yanma sonucunda oluşan ısı enerjisinin büyük bir bölümü egzoz gazları ile dışarı çıkar, önemli bir bölümü de soğutma sıvısı ve motor yağı ile motordan uzaklaştırılır; geriye kalan ısı enerjisi pistonlar üzerinde mekanik enerjiye çevrilir.) Toyota’nın 1.8 litrelik 2ZR-FXE’si %41 termal verim ile çalışıyor ve bu bir benzin motorunun ulaştığı en yüksek değer.
Tüm bunlara ulaşılmasını sağlayan ise motorların farklı bir çevrim tipi ile çalışmak üzere tasarlanmış olması. Asıl önemli fark da burada ortaya çıkıyor. Toyota’nın bu atmosferik makinesi pazardaki diğer benzinli motorlardan farklı olarak Otto çevrimi ile değil Atkinson çevrimi ile çalışıyor.
1880’li yıllarda, İngiliz bilim insanı James Atkinson, Nicalous Otto’nun geliştirdiği ve bugün de hakim olan içten yanmalı motor konseptini inceleyerek, Otto motoru’nda pistonların yukarıda yapısı üzerinde kafa yormuş ve 4 zaman prensibine sadık kalarak ancak piston ile krank milinin hareketi arasındaki bağlantıyı değiştirerek farklı bir teknik geliştirmişti. J. Atkinson, pistonun doğrusal hareketlerini dairesel harekete çevirerek krank miline ileten biyel kolunun tasarımını değiştirdi. Biyel kolu sabit bir tek parçadan değil, birbirine mafsal ile bağlı 2 parçadan oluşuyordu. Yani aslında 2 adet biyel kolu vardı. Atkinson motoru’nda 2 parçalı biyel kolu tasarımı sayesinde pistonun kat ettiği yol (strok) artık değişmişti, Otto motoru’nun tersine pistonun indiği alt ölü nokta sabit değildi ve zamana göre değişiyordu: Piston emme aşamasında silindirlerin içerisine daha az hava ve yakıt emecek şekilde kısa kalarak çalışıyor, ateşlemeden sonra ise daha yüksek çekiş gücü için yolunu uzatıyordu. Emme sırasında strok kısa kalırken, ateşleme sırasında stok uzuyordu.
Atkinson çok önemli bir şeyi başarmıştı: Motor hava ve yakıtı emerken (yani yakıt tüketirken) küçük hacimli bir motor gibi çalışıyor, ancak ateşleme sırasında (yani güç üretimi sırasında) büyük hacimli bir motor gibi çalışıyordu. Daha anlaşılır bir örnek ile; Atkinson çevirimine göre tasarlanmış 1.6 litre hacmindeki bir motor, hava yakıt karışımını emerken 1.4 litrelik bir motor gibi, güç üretirken ise 1.8 litrelik bir motor gibi davranıyordu. Konsept başarılı idi, ancak James Atkinson’un geliştirdiği bu motor, çiftli karmaşık biyel kolu tasarımı ve geniş krank yatağı nedeniyle Otto motoru’na göre daha fazla parçadan oluşuyordu, daha karmaşıktı, daha ağırdı ve daha fazla yer kaplıyordu. Üretim maliyeti daha yüksekti. Ayrıca sürtünme kayıpları da daha fazlaydı. Tüm bu nedenlerle Otto motoru ile rekabet edememiş ve seri üretim imkanı bulamamıştır.
İskoçya’da keşfedilen Atkinson motoru’nun verimlilik “vaat eden” bu çalışma tekniği, yüz yıl sonra, modern dönemde, farklı bir coğrafyada Japonya’da farklı bir yöntem ile hayata geçti. Ve bunu Toyota başardı. Subap zamanlamasına dayalı olan bu yeni tekniğe yine Atkinson çevrimi adı verildi. Bugün Atkinson çevrimi farklı bir yöntem kullanılarak gerçekleşiyor. Toyota, Atkinson motoru’nun çalışma prensibini çok daha “basit” ve “akılcı” bir teknik ile 1997 yılında ilk seri üretim Hybrid otomobil olan Toyota Prius’un 1NZ-FXE kodlu 1.5 litrelik benzinli motoruna uyguladı ve Atkinson motoru ile aynı sonucu elde etti.
Toyota, Otto motoru’nun mekanik tasarımında ve çalışma prensibinde hiçbir değişiklik yapmadan ancak emme subabının açık kalma süresini uzatarak Atkinson çevrimini hayata geçirdi. Emme subapının açık kalmasını ise Toyota’nın VVT-i (Variable Valve Timing intelligent) adını verdiği yeni değişken subap zamanlaması sistemi sağlıyor.
Otto çevrimi’yle çalışan bir motorda, piston en alt noktaya ulaştığında silindire hava ve yakıt girişi tamamlanır ve emme supapı kapanır, bu andan itibaren ise emme aşaması tamamlanır ve pistonun yukarı doğru hareketi ile sıkıştırma aşaması başlar. Hybrid Synergy Drive’da görev yapan içten yanmalı motorda ise sıkıştırma aşamasına geçildikten ve piston yukarı doğru yol almaya başladıktan sonra da emme supapı “bir süre daha” açık kalmaya devam ediyor (Bunu da VVT-i sistemi sağlıyor). Hava yakıt karışımı, pistonun yukarıya doğru olan doğrusal hareketi ile sıkışmak yerine açık kalan emme supapından silindir dışarısına (emme manifolduna) geri kaçar ve yanma odasındaki hava yakıt miktarı düşer. Emme supapı ancak piston yolunun %20-30’unu kat ettikten sonra kapanır ve sıkıştırma bu andan sonra başlar. Böylece silindir içerisindeki “hacim” düşer. Geç kapanan emme supapı sayesinde, sıkıştırma piston en alt seviyede iken değil daha yukarıda başladğından sıkıştırma oranı da düşer.
Atkinson çevrimi’nde hem sıkıştırılan karışım miktarı azalmakta, hem de sıkıştırma oranı düşmektedir. Motor hacmi değişmemekle beraber etkin olarak kullanılan motor hacmi küçülür. Hybrid Synergy Drive’ın motoru daha küçük hacimli bir motor gibi çalışır, bu sayede yakıt tüketimi düşer. Emme sırasında küçülen silindir içi hacim bu kez ateşleme sırasında olağan seviyesine geri döner. Bu nedenle Atkinson motoru, Otto motoru ile elde edilen piston hareketini gerçekleştirmek için daha az yakıta ihtiyaç duymaktadır. Ya da ters ifadesi ile Atkinson çevrimi aynı miktarda yakıtı Otto çevrimi’ne göre daha fazla piston hareketine çevirebilmektedir. Yani birim yakıt tüketimi karşılaştırıldığında Atkinson çevrimi daha verimlidir.
Atkinson çevrimi ile çalışan motorlarda, motor hacmi dikkate alındığında güç kaybı vardır ancak tüketilen yakıt dikkate alındığında motor verimliliği artmaktadır. Atkinson çevrimi’nin uygulandığı bir motor denk hacimdeki standart bir Otto motoruna göre daha düşük güç üretir, ancak bu gücü üretmesi için motorun talep ettiği yakıt miktarında daha yüksek tasarruf gerçekleşmektedir. Hybrid Synergy Drive’da görev yapan 1.8 litrelik Toyota makinesinin güç çıkışının 98 HP’de kalması da bundan kaynaklıdır.
2016 yılından bu yana 1.8 litrelik motorda emme supapları için VVT-iW, egzoz supapları için ise VVT-i sistemi kullanılıyor. VVT-iW sistemi (Variable Valve Timing intelligence Wide) motorun çevrim tipine de değişkenlik getirdi ve çalışma karakterini zenginleştirdi: VVT-iW, motorun düşük devirlerde tasarruf ve düşük emisyon için Atkinson Çevrimi ile çalışırken, üst devirlerde daha yüksek güç çıkışı için Otto Çevrimi ile ateşleme yapmasına imkan veriyor.
Toyota’nın hybrid sistemleri için tasarladığı 1.5 ve 1.8 litrelik bu motorlar hakkında kayda geçmesi gereken önemli bir nokta da her iki motorun çok kez international Engine of the Year (yılın motoru) ödülüne layık görülmesi. 1NZ-FXE 2004 yılında “yılın motoru” ve “en iyi yeni motor” olurken, ayrıca 1999, 2004, 2005 ve 2006 yıllarında 1.4 – 1.8 litre sınıfında bu ödülü kazandı. 2006 yılından sonra bu sınıfta ödül BMW ve PSA’nın ortak geliştiridiği 1.6 litre N13B16 ve ardından da 1.5 litrelik B38’e giderken Toyota’nın 1.8 litrelik 2ZR-FXE’si ise 2010 yılında “en iyi yakıt ekonomisi / en iyi yeşil motor” sınıfında ödüllendirildi (Bu kategoriler artık yok. 2019 yılından itibaren ödüller motor hacmi sınıfına göre değil güç çıkışı sınıflarına göre veriliyor. Motor hacmi ile motorun güç çıkışı ve kapasitesi arasındaki paralel olduğu varsayılan bağ downsizing çağında aşırı besleme teknikleri ile ortadan kalktı)
Toyota’nın hybrid sisteminde içten yanmalı motor Power Splite Device adı verilen planet dişli sisteminin planet taşıyıcısına bağlıdır. Motorun çekiş gücü planet taşıyıcı üzerinden sisteme dahil edilir. Güç aktarımını planet taşıyıcı üzerinden gerçekleştirir.
2.Jeneratör (Generator / Motor Generator 1 / MG1) (Permanent Magnet Synchronous Electric Motor)
MG1, gerçekte, hybrid sistemde geleneksel içten yanmalı otomobillerdeki marş motorunun ve alternatörün de yerini almıştır. İşletim sistemi benzinli motoru çalıştırmak için MG1’i kullanır. Bununla beraber MG1 bir elektrik motoru olarak herhangi bir geleneksel marş motoruna göre daha büyük ve güçlüdür; bu sayede motorun çalışması çok hızlı gerçekleşir, (aşağıda bahsedeceğimiz kesintisiz planet bağlantı sayesinde) marş dişlilerinin çalışırken ve volandan ayrılırken çıkardığı metalik sesler duyulmaz. MG1, Toyota Hybrid System’in ilk versiyonlarında 24 HP (18 kW) gücündeydi, bugün 31 HP (22.5 kWh) gücünde (marş motoru 2-3 HP güç üretir). MG1’in diğer görevi ise alternatör gibi sistemin aküsünü şarj etmektir. Hybrid bataryanın enerji seviyesi düşük ise, içten yanmalı motordan aldığı güç ile bataryayı şarj eder. Otomobil durur halde iken bunu yapabildiği gibi, hereket halinde iken de motor torkunun bir bölümü akslara gönderilirken bir bölümü de MG1’e yönlendirilerek batarya şarjı sağlanır.
Başka bir deyişle MG1, hybrid sistemin çalışma moduna, sürüş şartlarına ve sürücünün sağ ayağının taleplerine göre yeri geldiğinde elektrik enerjisinden mekanik enerji üreten bir elektrik motoru, yeri geldiğinde de bunun tam tersini yaparak mekanik enerjiden elektrik üreten bir jeneratör olarak çalışma yeteneğine sahip. MG1 hem elektrik motoru hem de jeneratör olarak görev yapabiliğinden bu ismi alıyor: Motor Generator. Bununla beraber, MG1 her iki fonksiyonu yerine getirse de jeneratör odaklı olarak çalışır.
MG1 bir tür “permanent magnet synchronous electric motor”dur. İsminden anlaşılacağı üzere rotoru (motorun şaft ile beraber dönen parçası) üzerinde sabitlenmiş güçlü mıknatısları bulunur; rotor üzerinde iletken tel sarılı bobinler ve elektrik bağlantıları yoktur. Tüm sargıları stator (motorun hareketsiz olan ve otomobilin şasisine sabitlenen parçası) üzerinde bulunur. İşletim sistemi (kontrol elektroniği) rotoru döndürmek için bu sargılardan alternatif bir akım geçirir. Bu akımın, rotorun dönüş hareketi ile senkronize olması gerekir. Sargılardaki akımın geçişi, zamanlama olarak, rotorun üzerinde sabitlenmiş her bir mıknatısın stator üzerindeki sargıyı geçtiği zaman ile uyumlu olmalıdır. “Synchronous electric motor” ifadesi buradan gelir. Stator sargılarından geçen akım bu sargıları birer elektromıknatısa dönüştür. Sıra ile akım verilerek aktive edilen bu elektromıknatıslar, rotor üzerindeki mıknatısları çeker; manyetik çekim gücü karşısında rotor üzerindeki mıknatıs stator üzerindeki elektromoknatısları “kovalar”; bu çekim gücü de rotoru döndürür. Elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüşür. Rotor üzerinde bulunan bir konum sensörü rotorun açısını (turun hangi aşamasında olduğunu) ve hızını kontrol elektroniğine sürekli iletir.
MG1, hybrid sisteme Power Split Device adı verilen planet dişli sisteminin merkezinde bulunan güneş dişliye bağlanmıştır. MG1 hybrid sisteme güç verirken ya da şarj yaratırken çekiş gücü güneş dişli üzerinden aktarılır.
3.Elektrik Motoru (Motor / Motor Generator 2 / MG2) (Permanent Magnet Synchronous Electric Motor)
MG1’den farklı olarak, MG2 otomobile Hybrid ünvanını kazandıran elektrik motorudur. İçten yanmalı motora ek olarak akslara güç veren ve otomobil sürükleyen ikinci güç kaynağıdır. Buna paralel olarak MG1’e göre daha yüksek güç üretecek şekilde tasarlanmıştır. Yumuşak kalkışlarda, düşük hızlı sakin sürüşlerde ve park manevralarında (bataryada enerji var ise) benzinli motorun çalışmasına gerek bırakmadan akslara güç verir. Otomobilde saf elektrikli sürüş sağlayan EV mode da MG2’nin torku ile gerçekleşir. 56 km/h aşılmadığı sürece sistemde tek başına MG2 ile sürüş mümkün. MG2 ayrıca frenleme sırasında, yokuş inişlerde ve ayak gaz pedalından çekili olarak yapılan gazsız sürüşte regeneration yolu ile yoldan kazandığı kinetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir jeneratör olarak görev yapar. MG2’nin regeneration yolu ile yoldan kazandığı elektrik enerjisinin yaklaşık %20’si bataryaya yönlendirilene kadar MG2 ya da inverter içinde ısı enerjisine dönüşerek kaybedilir.
Başka bir deyişle MG2, hybrid sistemin çalışma moduna, sürüş şartlarına ve sürücünün sağ ayağının taleplerine göre yeri geldiğinde elektrik enerjisinden mekanik enerji üreten bir elektrik motoru, yeri geldiğinde de kinetik enerjiden elektrik üreten bir jeneratör olarak çalışma yeteneğine sahip. MG2 de yine MG1 gibi hem elektrik motoru hem de jeneratör olarak görev yapabiliğinden bu ismi alıyor: Motor Generator. Bununla beraber, MG2 bu her iki fonksiyonu bünyesinde taşısa da güç üretme odaklı bir elektrik motoru olarak çalışır.
Benzinli motora eşlik eden ve Hybrid sistemi tamamlayan MG2 72 HP (53 kW) güç üretme kapasitesine ve 163 Nm tork değerine sahip. Burada da şu soru akla geliyor: Benzinli motor 96 HP (72 kW), elektrikli motor da 72 HP (53 kW) gücünde ise otomobilin “sistem gücü” neden 120 HP (88 kW)? Otomobilin toplam 171 HP gücünde olması gerekmiyor mu? Başka bir deyişle “sistem gücü” ne demek? Bu bir üretici tercihi. Bunun nedeni benzinli motor ile elektrikli motorun en yüksek güçlerini ürettikleri devir noktasının farklı olması. Her iki motor da “ortada buluşup” güç eğrilerinin kesiştiği en yüksek noktada 120 HP’yi veriyorlar.
Güç rakamlarından öte elektrik motoru asıl katma değerini “çekiş gücü” konusunda ortaya koyuyor. İlk hareket anında 163 Nm’nin hazır olması otomobile farklı bir karakter kazandırıyor. Elektrik motorun güç çıkışı düşük gelebilir; ancak maksimum torkunu daha ilk kalkış anında üretmeye başlayan elektrik motoru, içten yanmalı motorun 2.000 devir düzeyinde ürettiği tork değerini 2 katına çıkarıyor. Erken gelen yüksek çekiş gücü de ilk kalkışları dinamik hale getiriyor, ani hızlanmaların tüketim üzerindeki olumsuz etkisi azalıyor.
Toyota’nın 5. nesilde yaptığı iyileştirme ile MG2’nin gücü 72 HP (53 kW)’den 95 HP (70 kW)’ye yükseltildi, motorunun torku da 163 Nm’den 185 Nm’ye çıkarıldı. MG2’nin güç çıkışının 100 HP’ye dayanması aynı zamanda sistemde kullanılan 1.8 litrelik benzinli motor ile MG2 elektrik motorunun gücünün eşitlenmesi anlamına geliyor.
MG1’e göre daha güçlü olan MG2 de MG1 gibi “permanent magnet synchronous electric motor” tasarımına sahiptir. Motorun şaft ile beraber dönen rotoru üzerinde sabitlenmiş güçlü mıknatısları bulunur; iletken tüm sargıları, tel sarılı bobinleri ve elektrik bağlantıları motorun hareketsiz parçası stator üzerindedir.
MG2, planet dişli sisteminin etrafını saran çevre dişliye bağlanmıştır. MG2 hybrid sisteme güç verirken ya da regeneration yaratırken çevre dişli üzerinden güç aktarımı yapılır.
4.Güç Kontrol Ünitesi (inverter / Power Control Unit)
Inverter, en basit ifadesi ile, doğru akımı (DC) alternatif akıma (AC) dönüştüren bir güç çeviricisidir. Inverter, Toyota’nın hybrid sisteminde üç fazlı alternatif akım ile çalışan elektrik motorları (Motor Generator) ile doğru akım yayan hybrid akü arasında görev yapıyor. Toyota’nın Hybrid sisteminde inverter 2 fonksiyonu yerine getiriyor. Birinci görevini jeneratör (MG1) ile batarya arasında; ikincisini ise bunun tersini yaparak batarya ile elektrik motoru (MG2) arasında gerçekleştiriyor. Inverter jeneratörün (MG1) ürettiği alternatif akımı bataryada depolanmak üzere doğru akıma dönüştürüyor; ayrıca bataryadan aldığı doğru akımı da elektrik motorunun (MG2) ihtiyaç duyduğu alternatif akıma çeviriyor.
Tüm bu dönüşümler ısı yaratıyor, bu yüzden inverter’in de soğutulması gerekiyor. İlk nesil XW10 Toyota Prius’ta inverter için bir sıvı soğutma sistemi yoktu. Sıvı soğutma ikinci nesil XW20 Prius ile beraber kullanılmaya başlanmıştır. Hybrid sistemde motora ait soğutma sisteminden (kapasitesi 5.4 litre) ayrı ve bağımsız olarak bu güç kontrol ünitesinin soğutulması için 1.4 litre kapasiteli ikinci bir soğutma sistemi bulunuyor. Bu sistem de yine motordan bağımsız ikinci bir radyatöre ve kaput açıldığında dikkat çeken ikinci bir genleşme kabına (soğutma sıvısı haznesi) sahip.
Inverter içerisindeki hassas yarı iletkenlerin sağlığı için inverterin maksimum 105 C derece altında tutulması gerekiyor. İçten yanmalı motora ait soğutma sıvısı devirdaim sırasında 100 C derecenin üzerine çıkabildiğinden, maliyeti ve ağırlığı artırsa da bağımsız bir soğutma sistemine gerek duyulmuş.
5.Batarya (Hibrit Akü / HV Battery / High Voltage Battery / Tahrik Aküsü / Traction Battery):
Hybrid aküye HV battery (high voltage battery) ya da traction battery (tahrik aküsü) adı veriliyor. Geleneksel otomobillerde olduğu gibi, Toyota, hybrid versiyonlarında da geleneksel standart aküyü ayrıca muhafaza ediyor. Otomobilde bulunan 12 Volt’luk standart aküye de LV battery (low voltage battery) adı veriliyor. Aydınlatma, iç mekana ait konfor donanımları ve multimedya yine bu 12 V aküden enerji alıyor.
Toyota, hybrid bataryanın kullanılabilir kapasitesini %40 ile sınırlamış (Buna State of Charge ya da SOC adı veriliyor). Bataryanın çok sayıda döngüye dayanması hedefleniyorsa, yani daha uzun kullanım ömrü ve dayanıklılık isteniyorsa bataryanın %100’ü yerine daha küçük bir alanını kullanılabilir şekilde ayarlamak gerekiyor. Tam doluma ve bataryada depolanan enerjinin tamamının tüketilmesine izin vermemek daha fazla şarj döngüsü anlamına geliyor. Örnek olarak, en üst kapasiteyi %90, en alt kapasiteyi de %10 olarak ayarlamak, yani SOC seviyesini %80’e çekmek batarya ömrünü uzatıyor. Tam tersine yüksek ayarlanmış SOC ve yüksek hücre voltajı batarya hücresini zorlar ve ömrünü önemli ölçüde azaltır. Düşük SOC değeri ise hücrenin iç direncini artırır.
Hybrid otomobilde sürüş sırasında, yol şartlarına ve gaz pedalının konumuna göre batarya neredeyse anlık olarak sürekli şarj ve deşarj halinde, yani başka hiçbir elektrikli aletin bataryasının yaşamadığı kadar çok ve sık mikro döngülere maruz kalıyor. Toyota da bu mikro döngüler karşısında batarya paketinin daha tutarlı bir güç kapasitesiyle çalışmasına imkan vermek ve kullanım ömrünü uzatmak için SOC değerini bu seviyeye çekmiş.
Gerçekten de, sürüş sırasında bataryanın şarj seviyesi %40 ile %80 arasında değişiyor, hiçbir zaman tam dolu hale gelmiyor. Şarj seviyesi yüzdesel olarak değil 8 dilimli bir batarya göstergesi ile temsil edildiğinden doluluk seviyesini “yüzde” cinsinden görmek mümkün değil ancak dilimli göstergeden bu oranları yaklaşık olarak yakalamak mümkün. 8 dilimli gösterge 3. dilimin altına düşmüyor, 6. dilimin de üzerine çıkmıyor. Sistemin, tahrik aküsünü “tam dolu” hale getirmek gibi bir çalışma sisteminin olmadığı kullanım sırasında da anlaşılıyor.
Hybrid sistemin aküsü yaşadığı micro döngü seviyesindeki sayısız şarj ve deşarj sırasında ısı üretir / ısıya maruz kalır ve soğutulması gerekir. İçten yanmalı motora ve inverter’e uygulanan soğutma tekniğinin (water-to-air) tersine Hybrid Synergy Drive sisteminde arka koltuk sırası altına gizlenen hybrid akü için sıvı soğutma yoktur. Hibrit batarya otomobilin iç mekanı için çalışan iklimlendirme sistemi ile uygun sıcaklıkta tutuluyor. Bataryanın “havalandırılması” ve ısı tahliyesi için arka koltuk zeminine elek tipi kanallar açılmış.
Hybrid sistemin ilk 4 kuşağında batarya Nikel-Metal hidrit bir aküden oluşuyordu. Toyota Corolla Hybrid ile beraber aynı platformu paylaşan Prius ve C-HR gibi kompakt modellerde batarya 1.3 kWh (6.5 Ah) enerji kapasitesinde. Yine 4. nesil Toyota Prius’a kadar bagaj zemininde olan ve hacimden çalan bu Nikel-Metal akü 4. nesil Prius (XW50), 12. kuşak Corolla (E210) ve C-HR (AX10) dahil TNGA kullanılan araçlarda akıllı bir uygulama ile arka koltuk sırasının altına yerleştirildi.
Hybrid sistemin 5. Kuşağında yapılan güncelleme ile beraber otomobilde tahrik aküsü olarak Nikel metal hidrit bataryanın yerine Lithium-ion bataryalar kulanılmaya başlandı. 1.3 kWh’lık (6.5 Ah) batarya kapasitesi muhafaza edildi. İlginç olan ise üretim maliyetinin değişmemesi: Otomobili Nikel Metal ya da Lithium ion batarya ile donatmanın maliyeti eşit. Gerçekte Lithium ion bataryaların imalatı daha pahalı, ancak otomobilde önceden kullanılan Nikel Metal akü 168 hücreli iken, yerine geliştirilen Lithium ion batarya 56 hücre ile aynı performansı verebiliyor. Lithium ion’un birim maliyeti yüksek olsa da final maliyeti denk. Bataryaların kapladığı alan da denk: Nikel metal akü 35 litrelik hacim kaplarken, Lithium ion batarya 30.5 litre hacminde alan işgal ediyor. Batarya voltajları da denk: Eski Nikel metal akü 201.6 V ile çalışırken, Lithium ion akü 207.2 V ile çalışıyor (Bu hem kWh hem de Ah cinsinden eski ve yeni batarya kapasitelerinin denk olması demek). Lithium ion bataryanın asıl avantajı ise 16 kg daha hafif olması. Diğer taraftan Toyota’nın ilk Hybrid sistemi geliştirmesinden bu yana kullandığı Nikel Metal aküler üzerinde deneyimi çok daha fazla, yani bu aküler daha güvenilir. Bu da Toyota’nın 15 yıllık garanti süreleri sunmasını sağlıyor.
Toyota, modellerinde Lithium ion bataryalara geçerken bu yeni tip aküleri önce üst donanım seviyelerinde kullanarak baz model ile en üst donanım paketli modellerin ağırlığını eşitlemeyi amaçladı. Yüksek donanım paketli versiyonların ilave konfor donanımları ile daha ağır olması beklenirken, hafif batarya paketleri ile ağırlıkları baz modellere denk seviyede tutuldu.
6.Power Split Device (Planet Dişli Sistemi / Planetary Gear Set):
Burası sistemin “buluşma noktası”; yani Hybrid Synergy Drive’nin en önemli donanımı. İçten yanmalı motor, MG1 jeneratör ve MG2 elektrik motoru burada buluşup bir araya geliyor. Power Split Device bir planet dişli sisteminden (planetary gear set‘ten) meydana geliyor. Power Split Device’ın çalışma ilkesi otomobilin aksında görev yapan ve tekerlek hızlarını ayarlayan diferansiyele benzemektedir. Ancak burada Power Split Device tam tersini yapar, farklı hızlarda devir çeviren benzin motoru ile elektrik motorunun hızlarını uyumlu hale getirip bu ayarlanmış gücü akslara aktarır. Diferansiyel, isminden de anlaşılacağı üzere motordan gelen gücü akslar arasında bölücü nitelikte çalışırken, Power Split Device içten yanmalı motor ve elektrik motorundan aldığı gücü birleştirici (entegral) nitelikte çalışır. Nasıl ki diferansiyel viraj içindeki aksın hızını düşürüp dıştaki tekerleğin hızını artırıyorsa, Power Split Device da tam bunun tersini başarıp, farklı hızlarda devir çeviren içten yanmalı motorun ve elektrik motorunun hızlarını eşitleyerek ön aksa aktarır. Bu aynı zamanda 2 farklı güç kaynağından beslenen karmaşık hybrid sistemin pürüzsüz ve sarsıntısız çalışmasını sağlar.
Bu dişli setinin yetenekleri gibi bilinen isimleri de çok: Planet dişli sistemi, gezegen dişli sistemi, planet dişli takımı, planetary gear set, planetary gearing, epicycling gearing, umlaufrädergetriebe…
Planetary gear set olarak da bilinen “planet dişli takımı” dişli çarklar üzerinden yaratılan en önemli, en mükemmel ve aynı zamanda en ilginç buluştur. Planetary gear set, mükemmel bir hız değiştirme mekanizmasıdır ve bu dişli düzeneği ortaya çıkışı ile tork konvertörlü geleneksel otomatik şanzmanlara da hayat vermiştir. Planet dişli seti 4 ana parçadan oluşur. Merkezdeki merkez dişli ya da güneş dişli (sun gear), güneş dişli etrafına yerleştirilen ve birden fazla sayıda bulunan (çoğunlukla 3 ya da 4) gezegen dişli (planet gear), tüm bu dişlilerin etrafını saran çember şekilli ve iç yüzünde dişler bulunan çevre dişli (ring gear), ve gezegen dişlilerini sabit şekilde birarada tutan taşıyıcı (planet carrier). Gezegen dişlilere aynı zamanda pinyon dişli adı da verilir. Bu dişliler hareket ederken hem kendi etraflarında hem de merkezdeki güneş dişli etrafında döndüklerinden onlara gezegen dişli ismi daha yakışıyor. Çevre dişlinin bir diğer ismi de iç güneş dişlidir. Planet dişli seti içerisinde yer alan 3 farklı tipteki dişlilerin tamamı (güneş dişli, gezegen dişliler ve çevre dişli) hem hareket veren hem de hareket alan konumuna geçebilirler. Başka bir deyişle, ihtiyaca göre tork girişi tarafında yer alabilirler ya da tork çıkışı tarafında bulunabilirler. Böylece planet dişli sistemi, bazen hız artırır, bazen yavaşlatır, bazen de ters yönde hareket sağlar; yani tam olarak bir şanzımandan beklenen görevleri yerine getirir.
Çalışma modeline girmeden önce, planet dişli sistemlerinin işleyişini anlamak için bilinmesi gereken iki önemli nokta bulunuyor: Bunlardan birincisi, planet dişli sistemi içinde görev yapan güneş dişli, gezegen dişli ve çevre dişli üzerinde bulunan diş sayısı arasındaki denklik; ikincisi ise bu 3 farklı tip dişlinin dönüş yönüne ait prensiplerdir.
Birincisi, mimarisi gereği, çevre dişli üzerindeki diş sayısı, merkezde bulunan güneş dişlinin diş sayısı ile herhangi bir gezegen dişlinin diş sayısının 2 katının toplamı kadardır (Çevre dişli üzerindeki toplam diş sayısı = Güneş dişlinin üzerindeki diş sayısı + [gezegen dişlinin üzerindeki diş sayısı x 2]). Örnek olarak, güneş dişli üzerinde 15 diş, herhangi bir gezegen dişli üzerinde de 10 diş var ise; çevre dişlinin toplam diş sayısı 35’tir (15 + [10 x 2]) Bu da dişlilerin büyüklüklerinden (çaplarından) kaynaklanır. Çevre dişlinin çapı, merkezdeki güneş dişlinin çapı ile bu güneş dişli ve çevre dişli arasında kalan boşluğun toplamına eşit; bu boşluğa ise 2 gezegen dişli sığıyor… Merkezdeki konumu ve daha küçük olan çapı gereği güneş dişlinin diş sayısı, çevre dişlinin iç yüzündeki diş sayısından her zaman küçüktür. Diş sayısı en fazla olan parça planet taşıyıcı olduğundan, hareket veren konumuna geçtiğinde en yüksek hızı, hareket alan konumuna geçtiğinde de en yüksek torku planet taşıyıcı üretir (Ayrıca bu 3 tip dişlide dişler arası aralık ve boşluklar eşit olmalıdır.)
İkinci nokta ise bu 3 farklı tip dişlinin dönüş ilkeleri ilgili. Gezegen dişli kendi ekseni etrafında dönerken çevre dişli ile aynı yönde döner. Örnek olarak, gezegen dişlinin kendi ekseninde saat yönünde dönmesi, çevre dişlinin de saat yönünde dönmesi anlamına gelir. Diğer taraftan, gezegen dişlinin kendi ekseni etrafındaki dönüşü güneş dişlinin dönüş yönünün tersine olurken, bu gezegen dişlinin güneş dişli etrafındaki dönüşü ise güneş dişli ile aynı yönde olur. Ayrıca, gezegen dişlinin kendi ekseni etrafındaki dönüşü ile güneş dişli etrafındaki dönüşü de ters yönde gerçekleşir.
Planet dişli sistemi nasıl çalışıyor?
Dişli çarklar arasında bir işbölümü var, dişliler görevleri bakımından da 2 gruba ayrılıyor: Hareket veren dişliler ve hareket alan dişliler. Birinci grup hareket veren dişliler güç kaynağı tarafında yani gücü karşılayan giriş tarafındadırlar, bu hareketi ikinci grup (hareket alan) dişilere aktarırlar. İkinci grup dişlilerin ismi de buradan gelir; bu dişliler güç kaynağına bağlı olan giriş tarafında değil, gücü dışarı aktaran çıkış tarafında yer alırlar.
Dişli çarkların ne yapacağını ise üzerlerindeki diş sayısı belirler. Diş sayısı dişli çarkın hızını ve yaratacağı çekiş gücünü belirler; hızda ve çekiş gücünde oluşacak pozitif ya da negatif değişim ise bu dişlinin eşleştiği diğer dişlinin diş sayısına göre değişir. Motorun çekiş gücünü üzerinde taşıyan dişli çarkın diş sayısı, gücü aktardığı çarkın diş sayısından az ise bu hızı düşürür ancak çekiş gücünü artırır. Örnek olarak hareket veren çarkın diş sayısı hareket alan çarkın diş sayısından 2 kat az ise hız 2 kat azalır, çünkü hareket veren çark 360 derece (1 tam tur) dönerken hareket alan çark 180 derece (yarım tur) dönmektedir; çekiş gücü ise 2 kat artar, tork ikiye katlanır. Hızdan vazgeçerken çekiş gücünden kazanılır. Daha fazla çekiş gücü hızdaki kayba tercih edilmiş olur. Burada, hareket alan çarkın dişli sayısı / hareket veren çarkın dişli sayısı; yani iki dişlinin oranı 2, daha doğrusu 2/1’dir.
Gerçekte, birbirine temas halinde olan 2 dişli hareket ederken (çaplarından ve diş sayılarından bağımsız olarak) dişli yüzeyleri arasındaki hız aynı olur. Planet dişli sisteminde de merkezdeki güneş dişli ile onunla beraber hareket eden gezegen dişlinin çapları ve diş sayıları farklı olsa da hareket halinde iken yüzey hızları eşittir. Başka bir deyişle, dişli çapları farklı olabilir, diş sayıları farklı olabilir; ve bu da hız ve tork değişikliği sağlar ancak dişliler hareket ederken aynı yüzey hızına sahiptirler. Dişlilerin o anda birbirine temas eden birleşme noktalarındaki hızları eşittir. Tersten düşünüldüğünde de, eğer dişli hızları aynı olmasaydı dişler çakışıp birbiri üzerine binerdi.
Bununla beraber, dişlilerin büyüklükleri (çapları) ve buna bağlı olarak üzerlerindeki diş sayısı arasındaki fark bu dişliler arasında farklı çekiş güçleri ve farklı hızlar elde edilmesini sağlar. Başka bir deyişle, hareket veren dişli ile hareket alan dişli arasındaki çap ve diş sayısı farkı, gücü bu iki çark arasında aktarırken hız ve çekiş gücünü değiştirme imkanı verir.
Bu çalışma prensibi, planet dişli sisteminde bulunan merkez dişli (güneş dişli), gezegen dişliler ve çevre dişli arasında gücü aktarırken de geçerlidir. Merkezde bulunan ve ismini buradan alan merkez dişli (güneş dişli), bu dişliye temas halinde hareket eden gezegen dişliler, ve tüm bu dişlileri çevreleyen çevre dişlilerin çaplarına ve diş sayılarına göre hızı ve çekiş gücünü değiştirmek mümkün olur.
Bu ilkeler planet dişli sisteminde de geçerli olmakla beraber, burada 3 farklı tip dişli arasında çok sayıda aktarma senaryosunun gerçekleşebilmesi (aşağıda bahsedeceğim), bu sistemlerin çok küçük bir alanda çok yüksek hız ve tork oranları yaratmasını sağlar. Kapladığı küçük hacme karşın aktarma oranlarında değişim yeteneği çok yüksektir. Bu avantajları da planet dişli sistemlerinin otomatik şanzımanlar için neden vazgeçilmez olduğunu açıklamaktadır.
Planet dişli sisteminde farklı vites oranları yaratmak için bu 3 dişli tipinden birinin kilitlenmesi (yani sabit tutulması) gerekir. Bu, başka bir deyişle, diğer 2 dişli grubunun hareketine izin vermek demektir. Bu prensip planet dişli sisteminin çok zengin hız ve tork oranları yaratmasını sağlar: Hareketine izin verilen 2 dişli tipinin büyüklük farkı (diş sayısı arasındaki fark ya da dişli çapları arasındaki fark) motor hızının ve torkunun tekerleklere aktarılırken artırılmasına ya da azaltılmasına imkan verir.
Bu prensip ile tek bir planet dişli grubunda güç aktarımını yönetmek için 5 ana senaryo yaratmak mümkündür:
Örnek olarak, planet dişli sisteminin en dışındaki çevre dişli sabit kilitli olarak kalsın; sistemin merkezindeki güneş dişli de “hareket veren” statüde olsun, yani motordan güç alsın; bu durumda gezegen dişliler “hareket alan” durumuna geçerler, yani gücü tekerleğe ileten konumundadırlar. Güneş dişli döndüğünde gezegen dişliler de aynı hız ile dönmek zorundadır. Gezegen dişli merkez dişlinin hareketini alıp onunla aynı hızda dönerken diğer yandan dışarıdaki çevre dişli sabit kalacaktır. Hatırlayalım: Gezegen dişli merkezdeki güneş dişli ile dıştaki çevre dişli arasına oturur ve her ikisi ile de temas halindedir. Gezegen dişlinin güneş dişliye temas eden yüzeyindeki hızı güneş dişlinin hızına eşit iken, bu aynı gezegen dişlinin çevre dişliye temas eden yüzeyindeki hızı ise sıfırdır (çevre dişli sabit olduğundan). Bu hareket farklılığı ile karşılaşan gezegen dişli dönmek zorunda kalır; hem kendi ekseni etrafında hem de güneş dişli ile beraber döner. Gezegen dişlinin kendi etrafında dönüşü güneş dişliye göre ters hareketlidir (Güneş dişli saat yönünde dönüyorsa, gezegen dişli saat yönünün tersine döner). Gezegen dişlinin güneş dişli etrafında dönüşü ise güneş dişli ile aynı yönde olur. Gezegen dişli bu hareketi sırasında üzerine oturduğu planet taşıyıcıyı da döndürür. Gezegen dişlinin kendi ekseni etrafında dönmesi hız üretimi sağlar. Gezegen dişlilerin bağlı olduğu, onları kavrayan, onları üzerinde taşıyan ve ismini de buradan alan taşıyıcı (planet carrier) da gezegen dişliler ile beraber döner. Yani, hız üretimi taşıyıcı (planet carrier) üzerinden tekerleklere aktarılır. Planet taşıyıcının çapı (ya da planet taşıyıcıya bağlı olan gezegen dişlilerin hareket çapı ve toplam diş sayısı), güneş dişlinin çapından ve diş sayısından büyük olduğundan bu ayarda hız azalır, tork üretimi artar. Bu ayar en yüksek tork artışını sağlar. Bu da kısa vites oranlarını (yani düşük vitesleri) simule etmektedir. Düşük vitesler için de en genel uygulama budur.
Bunun yerine, ikinci bir senaryo olarak, sistemin merkezindeki güneş dişli kilitlenip (sabit tutulup), planet taşıyıcı ve ona bağlı olan gezegen dişliler döndürüldüğünde ise uzun oranlı sonuçlar elde edilir. Merkezdeki güneş dişli kilitli olduğundan, planet taşıyıcıyı döndürmek sistemin etrafını saran ve iç yüzü dişlerle donatılmış olan çevre dişliyi döndürür. Burada, artık, planet taşıyıcı “hareket veren” durumundadır, çevre dişli ise “hareket alan” konumuna geçer. Ancak bu kez gezegen dişlilerin çevre dişliye temas eden yüzeyindeki hızı sıfırdır, buna karşın çevre dişlinin kiltlenmiş ve sabit olan güneş dişliye temas eden yüzeyi hız alır. Bu farklılık da gezegen dişliyi güneş dişli etrafında dönmeye zorlar. Gezegen dişli kendi ekseni etrafında dönerken hem de çevresini saran çevre dişliyi de aynı yönde döndürür. Çevre dişlinin iç yüzünde dönatolmış olan diş sayısı gezegen dişlilerin diş sayısından küçüktür. Bu farklılık nedeniyle, çevre dişli gezegen dişlilerden ve planet taşıyıcıdan daha yüksek bir hızda döner. Bu ayarda hız artar ancak tork üretimi düşer. Bu da uzun bir vites oranı sağlar ve en yüksek vitesi simüle eder. Yüksek vitesler için de en genel uygulama budur.
Üçüncü bir senaryo, sistemdeki bu 3 tip dişliden en az 2’sini aynı anda kilitleyip sabit tutmaktır. Örnek olarak, sistemin merkezindeki güneş dişli, hem de çevre dişli aynı anda sabit tutulduğunda bütün planet dişli mekanizması tek bir bütün gibi hareket eder. Bu da sistemin “yokmuş gibi” davranmasını sağlar. Motordan güç alan yani “hareket veren” dişlinin dönüş hızı ve torku ile tekerleklere güç aktaran yani “hareket alan” dişlinin hızı ve torku aynıdır. Başka bir deyişle, vites oranı 1’dir. Bu da şanzımanda çoğunlukla en yüksek vitesi ya da bunun bir altındaki vitesi simüle eder.
Dördüncü senaryo, taşıyıcı’yı (planet carrier) sabit tutmak, sadece güneş dişlinin ve çevre dişlinin dönüşüne izin vermektir. Taşıyıcı’yı sabit tutmak demek, taşıyıcının üzerinde bulunan gezegen dişlilerin planet dişli sistemi içinde (merkez dişli etrafında) dönmelerini engellemek, ancak sadece kendi etraflarında dönmelerinde izin vermek demektir. Bu durumda merkezdeki güneş dişli saat yönünde dönerken, çevre dişli de saatin ters yönünde döner (Güneş dişlinin hareketini çevre dişliye, sadece kendi etrafında dönmesine izin verilen gezegen dişliler taşır; kendi etrafında dönen gezegen dişliler çevre dişliyi de aynı yönde döndürür.) Bu da geri vites fonksiyonunu yerine getirir.
(Not: Güneş dişli motora bağlı yani “hareket veren”, çevre dişli ise aks tarafında yani “hareket alan” konumunda olursa düşük hızlı ve torku yüksek olan geri vites hareketi gerçekleşir. Tersi durumda, çevre dişli “hareket veren” konumunda olursa ise çıkış hareketi yüksek hızlı olacağından, bu yöntem geri vites olarak uygulanmaz.)
Beşinci senaryo, planet dişli setinin tüm dişlilerini serbest bırakmaktır. Sistemdeki 3 tip dişli de serbest olarak hareket ettiğinden güç aktarımı gerçekleşmez (Planet dişli sisteminde farklı vites oranları yaratmak için bu 3 dişli tipinden birinin kilitlenmesi yani sabit tutulması gerekir). Bu da şanzımandaki N (neutral) konumunu yani boş vitesi simüle eder.
Vites seçimini belirleyen ise dişlilerin görev dağılımıdır: Hız çıktısı, planet dişli seti üzerinde bulunan bu 3 farklı dişli profilinden hangisinin hareket veren dişli (motordan güç alan dişli) rolüna sahip olduğuna göre değişecektir. Otomobile farklı hızlar sağlayan şey, motorun tork çıkışının dişli setinin hangi üyesine (merkez güneş, gezegen, ya da çevre dişli) verildiği belirler. Bu yönlendirmeyi ise şanzımanın hidrolik kontrol merkezi / mekatronik adı verilen donanımı sağlar.
Otomatik şanzımanlarda kullanılan planet dişli sistemlerinde iki giriş bir de çıkış vardır. Güneş dişli ve çevre dişli giriş (motordan güç alan yani hareket veren dişli) fonsiyonlarını yerine getirirken, gezegen dişliler ve onların bağlı olduğu taşıyıcı (planet carrier) çıkış (motorun gücünü akslara taşıyan yani hareket alan dişli) fonksiyonunu yerine getirir.
Peki, güncel 8 ya da 9 ileri otomatik şanzımanlarda farklı oranlar bu planet dişli setleri ile nasıl elde ediliyor? Bunun için de, en az 3 farklı planet dişli seti ortak eksene sahip bir şaft ile seri olarak (arka arkaya) birbirlerine bağlanmaktadır. Bu da aktarma oranı sayısını çoklu hale getirir. Başka bir deyişle otomatik şanzımanlar içerisinde 3 ayrı planet dişli seti yan yana çalışmakta ve motordan aldığı gücü filtreleyerek akslara yönlendirmektedir.
Bir soru daha var: Planet dişli sistemi içerisindeki bu farklı tipteki dişlileri ihtiyaca göre kilitleyip (sabit tutup) tekrar serbest bırakan ne? Sürüş sırasında bu dişliler üzerinde anlık olarak defalarca gerçekleşen frenleme / kilitleme / sabitleme ve tekrar serbest bırakma / çözme işlemleri nasıl başarılıyor? Motor yükü ve ağırlık altında bu işi yapmak için çok yüksek güçlere ihtiyaç yok mu? Isı ve yüksek basınç altında çalışan bu donanımlar aynı zamanda nasıl bu kadar dayanıklı olabiliyor?
Bu görevi hidrolik kontrol merkezi / mekatronik yerine getiriyor. Sistem yağ pompası, yağ basıncını transfer eden yağ kanalları, işletim sisteminden (ECU) gönderilen bilgi sinyalleri ile bu yağ kanallarını açıp kapatarak basınçlı yağın akışına izin veren solenoid valfler, birkaç bin Nm seviyesinde kuvvet üreten hidrolik pistonlar ve hepsinin sonunda bu hidrolik basınç ile harekete geçen çok plakalı kavramalardan ya da frenleme bantlarından oluşuyor.
Dişlileri frenleyip kilitlemek için otomatik şanzımanların birçoğunda çok plakalı kavrama (ya da çok diskli kavrama) adı verilen donanımlar, bazılarında da frenleme bantları görev yapar; bazı otomatik şanzımanlarda her 2 sistem bir arada bulunur, belirli vitesleri seçmek için çok plakalı kavramalar çalışırken, belirli vitesler için frenleme bantları vardır.
Toyota’nın Hybrid Synergy Drive sisteminde (ve ayrıca tüm tork konvertörlü otomatik şanzımanlarda) dişlileri kilitleyen bu çok plakalı kavramalar (multi plate clutch) gerçekte AWD ve 4WD sistemlerinde ve sınırlı kaymalı diferansiyel sistemleri içerisinde transfer kutusunu ve diferansiyeli kilitleyen çok plakalı transfer kavramaları ile aynı mimariye ve çalışma sistemine sahiptir. Yağ basıncı ile çalışan bu çok plakalı ya da çok diskli kavramalar içlerinde bulunan ısıya ve harekete (çalkalanmaya) duyarlı özel bir sıvı ile çalışan viskoz kavrama sistemleri ile de aynı mimariye sahiptir.
Planet dişli sisteminin kendisi dahice. Toyota’nın bu dişli tekniğini hybrid sistemin merkezinde kullanması ve sistemi bunun üzerine inşa etmesi daha da dahice!
Power Split Device gücü birleştiren ve dağıtan bir buluşma noktası olmakla beraber, akslardan önceki son istasyon değil. Hybrid Synergy Drive sistemi de önden çekişli geleneksel otomobiller gibi içerisinde son dişli ve diferansiyel barındıran bir transaxleye sahip. 1.8 litrelik hybrid system’in son dişli oranı 2.834. Başka bir deyişle Toyota hybrid’in diferansiyelinin görevi sadece çekiş gücünü tekerleklere dağıtmak değil, bunu yapmadan önce torku 2.8 kat artırıyor. 5. Nesil Hybrid sistemde MG2’nin güç çıkışı artırılıp toplam sistem gücü 120 HP’den 140 HP’ye çıkarılırken son dişli oranı değiştirilmedi.
Toyota içten yanmalı motorun krank milini Power Splite Device’ın planet taşıyıcısına bağlayarak bu benzinli motorun (1) hem hybrid bataryayı şarj ederken (2) hem de tekerleklere güç aktarırken daha yüksek hız ve düşük tork ile aktarma yapmasına imkan vermiş. Planet taşıyıcının “hareket veren” konumunda olması, hem güneş dişliye (jeneratör MG1) hem de çevre dişliye (diferansiyel, akslar ve tekerlekler) kısılmış torkla ancak yüksek hızla aktarma yapabilmesi anlamına geliyor. Benzinli motordan istenen de bu. Küçük motorlu ve hareket ettirilmesi kolay olan jeneratörü yüksek hızla çalıştırmak, ve diğer taraftan elektrik motoru MG2 desteği ile hızlanıp sürüş hızına çıktıktan sonra ideal sürüş hızını korumak. Yine, çevre dişliye bağlı olan elektrik motoru MG2 ilk kalkışları kolaylaştırıp düşük hızlarda otomobili sürüklerken, hız yükseldikçe içten yanmalı motor sorumluluğu üzerine alıyor, benzinli motor yüksek hızlarda ve stabil sürüşte de yalnız kalıyor. İki güç kaynağı arasındaki bu doğru görev paylaşımı sistemde verimliliğin kapısını açıyor. Seri paralel hybrid sistem böylece amacına ulaşmış oluyor.
Toyota’nın planet dişli sisteminde seçtiği dişli çapları ile içten yanmalı motorun tork dağılımı sabit; benzinli motorun torkunun %72’si çevre dişliye (akslar üzerinden tekereklere ve yola), %28’i ise güneş dişliye (jeneratör MG1’e) yönlendiriliyor. Tork dağıtımı sabit olsa da güç dağılımı motor devrine ve Power Split Device’nin merkezindeki güneş dişlinin dönüş hızına göre değişken. Buradaki senaryo sayısı ise sınırsız: Sistem kalkışta ve düşük hızlarda tüketimi düşüren elektrikli sürüşe daha fazla odaklı olduğundan jeneratör MG1’in enerji üretmesi için motor, gücünün bir bölümünü bağlı olduğu planet taşıyıcı üzerinden güneş dişliye aktarıyor, güneş dişli MG1’i döndürüp elektrik üretiyor, bu elektrik batarya boşsa ve ihtiyaç varsa (ayak gaz pedalında, sakin hızlanma, yokuş çıkma, park manevrası) direkt olarak MG2’ye yönlendiriliyor, ihtiyaç yoksa (ayak gaz pedalından çekilmiş, gazsız sürüş, yuvarlanma) bataryada depolanıp saklanıyor. İdeal sürüş hızına ulaşıldığında sabit hızla sürüşte ise MG1’in elektrik üretmesine ihtiyaç yoksa güneş dişli kilitlenirken, motorun gücü planet taşıyıcı üzerinden sadece diferansiyele bağlı olan çevre dişliye aktarılıyor. Sürücü bu sırada hızlanma talep ederse (sollama manevrası), bataryadaki enerji elektrik motoru MG2’yi hareketlendiriyor, çevre dişliye bağlı olan MG2 akslara ilave güç aktarımı sağlıyor. Sürücü gazdan ayağını çektiğinde (viraj öncesi, yokuş aşağı eğim) içten yanmalı motor stop ettiğinden planet taşıyıcı sabitleniyor, çevre dişliye bağlı olan elektrik motoru MG2 bu kez yoldan aldığı kinetik enerji ile bataryayı şarj ediyor. Sürücü frene bastığında (kırmızı ışık), fren etkisi yaratan MG2 daha yoğun şarj sağlıyor (regeneration, üretken frenleme). İniş ve yavaşlamalar sırasında batarya dolu ise MG2 regeneration yapmayı ve şarjı keserken içten yanmalı motor frenleri yormamak için stop etmeden kompresyon yaratıyor. Sürücü B modunu seçerse, içten yanmalı motor sürekli çalıştığından, yavaşlama ve frenlemelerde yoldan kazanılan enerji dönen planet taşıyıcıya aktarılıp içten yanmalı motorda emiliyor, bu da şarj etkisini azaltıyor. Stop etmiş olan otomobil sursuktan sonra enerji ihtiyacı oluşursa (klima açık), akslara bağlı olan çevre dişli kilitli iken, benzinli motor çalışıp güneş dişliyi döndürerek jeneratör MG1 üzerinden bataryayı şarj ediyor…
Tüm bu senaryolar ve daha fazlası sürücünün gaz pedalı hareketlerine, yol ve yük şartlarına ve otomobilin enerji talebine göre sürüş sırasında defalarca tekrarlanıyor; hybrid akü ise bu işleyişe eşlik ederken ömrü boyunca sayısız mikro döngü yaşıyor, sayısız şarj ve deşarj görüyor. Hepsi tasarruf ve düşük emisyon için.
MG1 ve MG2’nin varlığı ve planet dişli sisteminin yetenekleri sayesinde Hybrid Synergy Drive sisteminde içten yanmalı motor biri mekanik diğer elektrikli olmak üzere 2 yol ile güç aktarımı yapar: İçten yanmalı motor planet taşıyıcı ile hükmettiği planet dişli sistemi üzerinden gücünü doğrudan tekerleklere aktarır; bu mekanik yolu oluşturur. Benzinli motor, ayrıca, planet dişli sistemine merkezdeki güneş dişli üzerinden bağlı olan MG1’i döndürerek elektrik enerjisi üretimi sağlar, bu enerji ya direkt olarak MG2’ye yönlendirilerek tekerleklere aktarılır ya da önde bataryada depolanıp ihtiyaç olduğunda MG2’ye iletilerek tekerleklere aktarılır; bunlar da elektrikli yolu oluşturur.
Gerçekte, (sadece sürtünme ve ısı kayıpları düşünüldüğünde dahi) benzinli motorun gücünü direkt olarak ön aksa iletmek yerine MG1 jeneratörüne yönlendirip elektrik üreterek bu enerji ile MG2 elektrik motorundan güç sağlamak daha az verimlidir. Daha az verimli görünmekle beraber, bu uygulamanın da 2 nedeni vardır: Birincisi, sürüş sırasında MG1’e yönlendirilen motor torkunun bataryada depolanıp gerketiğinde ilave tork için MG2’ye yönlendirilmesi verimlilik sağlamaktadır. İkincisi, bu uygulama şanzımanı ve geri vitesi olmayan otomobilin geri hareketi için gereklidir.
Toyota Hybrid System’de bir şanzıman yok, şanzımanın kendisi gibi geri vites de yok. Peki otomobil nasıl geri gidiyor? Sürücü fren pedalına basıp, vites kolunda R konumunu seçtiğinde, Power Split Device içinde, sisteme çevre dişli üzerinden bağlı olan MG2 elektrik motorunu ters yönde çalıştırarak geri sürüş sağlar. Yine bu nedenle R konumu seçildiğinde içten yanmalı motor önce stop eder, planet taşıyıcıyı kilitlenir. Eğer hybrid yüksek voltaj bataryasında MG2 motorunu çalıştıracak kadar enerji yok ise, içten yanmalı motor çalışarak planet taşıyıcı, güneş dişli ve MG1 üzerinden elektrik enerjisi üretir, bu enerjiyi MG2’ye yönlendirir. Bu bakımdan Hybrid Synergy Drive sistemi seri paralel hybrid olarak kurgulanmış olsa da geri vitesinde seri hybrid olarak çalışıyor; çünkü içten yanmalı motorun torku ile geri sürüş mümkün değil.
Hybrid otomobilde vites kolunu hiçbir zaman N (Neutral) konumuna almamak gerekiyor. Çünkü bu otomobilin akülerini şarjsız bırakıyor. N konumunda içten yanmalı motor çalışıyor ancak elektrik üretilemiyor. Yani, N konumunda bırakmak olmadık bir zamanda akünün tükenmesine ve otomobilin çalışmamasına neden olabilir. Örnek olarak, kuru tip çift kavramalı şanzımana sahip kullanıcılar vites kutusunu yormamak için beklemelerde N konumunu seçmeye alıştı. Hybrid mimaride ise sürüş kültürü farklı işliyor.
Neden? Vites kolunu N konumuna getirmek, yani boşa almak, Hybrid sistemin merkezinde planet dişli setinin tüm dişlilerinin dönüşünü serbest bırakıyor. Sistemdeki 3 tip dişli de serbest olarak hareket ettiğinden güç aktarımı gerçekleşmiyor (Planet dişli sisteminde farklı güç aktarım oranları yaratmak için bu sistem içindeki 3 dişli tipinden birinin kilitlenmesi yani sabit tutulması gerekiyor). Planet dişli sisteminde aktarım gerçekleşmeyince içten yanmalı motorun MG1 jeneratörüne güç vermesi mümkün olmuyor. Bu da aküleri şarjsız bırakıyor.
Son bir not olarak, bütün bu karmaşık kural seti ve güç aktarım prensibi, bu seri paralel sistemin neden sadece “otomatik” aktarma ile çalıştığını ve bir manuel şanzımanlı versiyon sunulmadığını da açıklıyor.
Motor Neden Dizel Değil Benzinli?
Toyota ilk yarattığı 1997 yılından bu yana Hybrid konseptinde benzinli motorlar kullanıyor. Dizel motorlar daha ekonomik değil mi? Dizel bir Hybrid daha başarılı olamaz mı?
Toyota’nın ilk Hybrid modeli Toyota Prius’u geliştirdiği ‘90’larda dizeller yüksek çekiş güçleri ve düşük tüketimleri ile ticari endüstriyel taşımacılığın vazgeçilmez parçasıydı ve ticari taksiler dışında otomobillerde hala talep görmüyordu. Dizeller asıl çıkışlarını binyıl değişince yaptı ve dizel teknolojileri asıl olarak Avrupa kıtasında gelişti. Fiat‘ın ve Bosch‘un geliştirdiği Common Rail enjeksiyon sistemi ve değişken geometrili turbo gibi akıllı aşırı besleme teknikleri ile dizellerin motor hacmi küçülüp bu ağır motorlar hafiflerken aynı zamanda performans anlamında devrim yaşadılar. Bu dönem Avrupa’da dizeller yoğun teknolojik yatırım ve saygı gördü. Örnek olarak, dizel motorlar daha 1991’de Fiat Croma TDid kaputu altında değişken geometrili turbo ile donatılırken, benzinli motorların bu turbo türbini ile tanışması 2007 yılında 997 kasa Porsche 911 Turbo ile oldu. Değişken geometrili turbonun halkın erişimine açık benzinli otomobillere “inmesi” ise dizellerden 25 yıl sonra 2016 yılında Volkswagen’in 1.5 TSI evo motoru (EA211) ile gerçekleşti.
Avrupa’da bunlar olurken Amerikalı ve Uzakdoğulu üreticiler dizellerdeki gelişmeleri geriden takip etti. Birçoğu uzun süre küçük hacimli dizel motorlarını Avrupalı üreticilerden tedarik etti. Ford‘un ve Mazda‘nın dizel motorlarını PSA‘dan, General Motors’un Fiat’tan, Toyota‘nın ise BMW‘den alması gibi. Toyota da diğer Japon üreticiler gibi benzinli motorlara odaklanmaya devam etti ve dizellere daha az yatırım yaptı, bu özelliği Hybrid modellerini de etkiledi ve hep benzinli hybridler geliştirdi. Benzinli motorların tüketimini düşürmek için de VVT-i adını verdiği değişken subap zamanlamasını kullanarak Atkinson Çevrimi‘ni hayatta geçirdi. Avrupa’da ise aynı dönemde dizel Hybrid otomobiller de üretilmiştir.
Hybrid’i “icat eden” Toyota’nın benzinli motorlara odaklanan uygulamasının arkasında 3 önemli neden var. Birincisi, motorların birbirini tamamlayan karakterinden yani motorlar arasındaki uyumdan kaynaklanıyor, ikincisi maliyet politikalarından doğuyor, üçüncüsü ve en önemlisi de çevre zorunlulukları ve emisyon gerçekleri ile ilgili.
Birincisi, atmosferik benzinli motorun maksimum torkunu vermesi için yüksek devirlere ulaşması gerekiyor; elektrik motoru ise ilk kalkış anında ürettiği tam tork ile bu alt devir zayıflığını ortadan kaldırıyor. Motorlar arasındaki zıtlıktan doğan uyum buradan geliyor: Elektrik motoru ve benzin motoru, konu çekiş gücü olduğunda “birbirini tamamlayan” başka bir deyişle “birbirinin eksiğini kapatan” karakterlere sahip. Benzinli motorun (dizele göre) daha sessiz ve titreşimsiz çalışması da elektrik motoruna daha yakın. Dizel Hybrid otomobillerde, elektrik motoru ile fısıltı eşliğinde yapılan sürüşlerden sonra dizel ateşleme yapmaya başladığında oluşan rahatsız edici gürültü ve sarsıntı bu sessizliğe tezat oluşturuyor. Yüksek fiyat etiketli premium bir sedanda dizel Hybrid seçimi yalıtımın gücü ile pahalı ama mantıklı olabilirken, halka hitap eden bir versiyon için aynı durum geçerli değil.
İkinci olarak, ayrıca, aşırı beslemeli bir dizel motoru üretmek, atmosferik benzinli bir motor üretmekten çok daha pahalı. Dizeller, yüksek basınçlı enjeksiyon sistemleri, karmaşık turbo türbinleri, supap zamanlaması ile donatılan silindir kapakları, aşırı kompleks egzoz paketleri ve gürültü önleyici yalıtım panelleri ile verimli, hızlı, sessiz ve çevreci olsalar da tüm bu teknolojiler ile artık çok pahalılar. Hybrid sistemin ilave maliyeti ile beraber dizel motorun kullanımı otomobili daha da pahalı hale getirecekti.
Üçüncü ve son olarak, dizeller bir oksidasyon katalizörü ve DPF (dizel partikül filtresi) yanında SCR (Selective Catalytic Reduction) de barındıran egzoz sistemleri ile donatılmış olsalar dahi sorgulanmaya devam ediyorlar. Volkswagen’in emisyon kontrol sistemlerini gizli olarak devre dışı bırakan bir yazılım kullandığının ortaya çıkmasından bu yana zehirli NOx gazı yayan bu tasarruflu makineler baskı altında. Endüstri dizellerden vazgeçme eğiliminde ve birçok üretici çevreci bir dizel makine üretmenin yüksek maliyetini de dikkate alarak dizellere yeni yatırım yapmama kararı aldı ve dizel geliştirme programlarını durdurdu.
Diğer taraftan bir dizel Hybrid olağanüstü tork rakamlarına ulaşacağından, pahalı olsa da hem daha ekonomik hem de yüksek performanslı bir çözüm. Çevreci de; tabii dizellerin zehirli NOx salınımını indirgeyen SCR sisteminin kullanımı ile beraber. Tüm bunlar ise benzinli bir hybride göre daha yüksek fiyat etiketi anlamına geliyor.
Tüketim rakamları üzerinden fikir vermesi için: 100-150 HP sistem gücüne sahip bir dizel hybrid otomobil 1.5 tonluk karoser altında 2.0 litre/100 km seviyesinde tüketim rakamlarına sahip olacaktır. Bu otomobilin kendini “yere bastırmak” yerine “havayı yarıp geçmek” odaklı tasarlanmış olan aerodinamik karoseri CFRP ve alüminyum kullanımı ile 1 ton altına çekildiğinde otomobil 1.0 litre/100 km tüketim rakamını yakalayabilir. Volkswagen XL1 bunu başarmıştı. Ancak, yüksek basınçlı enjeksiyona sahip aşırı beslemeli dizel, emisyon kontrol sistemleri, elektrikli drivetrain, batarya ve karbon fiber karoser ile tüm bu üretim teknikleri pahalı bir otomobil anlamına geliyor. Toyota’nın başarısı da buradan geliyor: Japon üretici hybrid sistemi sadece verimli değil aynı zamanda uygun maliyetli hale getirdiği için başarılı.
Hybrid’in 5 Kuşağı: Hangi Toyota Hangi Nesil Hybrid Sistemini Kullanıyor?
Toyota Hybrid System ya da ikinci kuşaktan itibaren aldığı ismi ile Hybrid Synergy Drive bugüne kadar 5 büyük güncelleme gördü. THS isimli ilk nesil 1997 yılında Toyota Prius ile beraber tanıtılırken 2004 yılında gelen ikinci nesil ile sistemin ismi Hybrid Synergy Drive olarak değişti. Toyots Yaris ilk kez hybrid sistem ile tanıştığında ikinci kuşak ile donatılırken, biraz daha geç gelen Toyota Auris’in ilk hybrid versiyonunda da 3. kuşak kullanıldı. 2016 çıkışlı Toyota C-HR ve 2019’da yollara çıkan güncel 12. kuşak Toyota Corolla kaputu altında ise 4. kuşak sistem bulunuyordu. 2023 yılında makyajlanan Toyota Corolla ile beraber 5. nesil Hybrid Synergy Drive kullanıma alındı. Toyota Prius’un beşinci kuşağı da 5. nesil hybrid sistem ile donatılmıştır:
1.nesil (1997): Prius (2000-2004)
2.nesil (2004): Prius (2004-2009), Yaris Hybrid (2012-2019)
3.nesil (2009): Prius (2009-2016), Auris Hybrid (2010-2012), Auris Hybrid (2012-2019), Prius+ (2012-2020), RAV4 Hybrid (2016-2019)
4.nesil: Prius (2016-2022), C-HR (2016-), Corolla (2019-2023), Camry (2019-2022), Yaris (2020-), Yaris Cross (2021-), RAV4 (2019-), Highlander (2021-)
5.nesil: Corolla (2023-), Prius (2023-)
Hybrid Sisteme Gelen Adalet: 5. Nesil Hybrid Synergy Drive
Dünyanın en verimli hybrid sisteminin dahi geliştirmeye ihtiyacı olabilir. Gelişmeye her zaman ihtiyaç vardır. Rekabet içinde öyle de oldu. Mükemmel seviyede verimli olsa da 1.8 litre motorlu Hybrid Synergy Drive performans değerleri ile rekabetteki hybrid sistemlerin ve kompakt sınıfın modern motorlarının gerisinde kalmıştı. Biraz geç kalan Toyota doğru bir hareket ile Hybrid sistemin performans ayarlarını kompakt sınıfın geleneksel motorlarına kafa tutacak seviyeye getirdi. Gerçekte bu iyileştirmenin ardında 2 neden var:
Mercedes’de ve Renault’da kullanılan 1.3 TCe, Volkswagen’in 1.5 TSI evo’su, Peugeot ve Opel’in kaputu altındaki 1.2 PureTech… Tüm bu motorlar 100 km/h’ye 10 saniyenin altında çıkabiliyor, otoyolda 200 km/h ile sürüşe imkan veriyor ve sakin kullanımda 5.0 litre/100 km’nin altına düşebiliyor. Downsizing’in zirveye çıktığı bu motorların tamamı (1) çok hassas ayarlarda yakıt püskürtmesi yapan direkt enjeksiyon sistemleri, (2) çift kanallı ya da değişken geometrili turbo türbinleri ve (3) emme ve egzoz supaplarına değişkenlik kazandıran supap zamanlama sistemleri ile hem etkileyici sürüş özellikleri hem de yakıt ekonomisi sunabiliyorlar. Ayrıca bu motorların bazıları devir bandının belirli noktalarında lean burn yanmaya dönebiliyor, bazıları Miller Çevrimi ile ateşleme yapıyor, bazıları da motor silindirlerinin yarısını kapatıyor; tüm bunlar ile tüketim ve emisyon daha da aşağı çekiliyor.
Ayrıca bu kompakt motorların güncel versiyonları artık birer BSG (Belt Starter Generator) ya da ISG (Integrated Starter Generator) ile donatılmış durumda (ya da donatılmak üzere). Bu donanım marş motoru ve altenatörün görevlerini bünyesinde bir araya getiriyor. Motorlar ile beraber gelen otomatik şanzımanların içinde ise yaklaşık 20 HP ve 55 Nm güç üreten bir elektrik motoru daha bulunuyor. Tüm bunlar bu motorları mHEV (Mild Hybrid) statüsüne çıkarıyor. Elektrik motoru desteği ile gaz tepkileri daha hassas, sürüşleri daha atak ve kent içi kullanımda tüketimleri daha da düşük.
Toyota’yı Hybrid Synergy Drive sisteminde güncellemeye iten ikinci neden ise kitlelere hitap eden üreticilerinm geliştiridiği hybrid sistemlerin performansı: Hyundai ve Kia’nın hybrid yatırımları ve Renault Nissan Alliance’nin yarattığı E-TECH HYBRiD sistemi Toyota’nın buradaki verimliliğini yakalamış durumda. Her iki üretici grup da 140 HP’lik verimli sistemleri pazara sundu.
Güney Koreli üretici 2016 yılından bu yana Hyundai Ioniq’te ve Hyundai Kona’da 140 HP’lik bir paralel hybrid sistemi kullanıyor. Sistemde kullanılan 1.56 kWh batarya lithium polymer teknolojiye sahip ve Hybrid Synergy Drive’nin aküsünden biraz daha büyük. Sistem paralel hybrid mimariye sahip ve çift kavramalı şanzıman ile yürüyor. Bu nedenle, sürüş karakteri geleneksel otomobillere çok yakın. Paralel hybrid mimari kullanım keyfi sağlarken, direkt enjeksiyonlu benzinli motor ve çift kavramalı şanzıman da verimlilik sağlıyor.
Renault Nissan Alliance’nin yarattığı E-TECH HYBRiD sisteminin 1.6 litrelik içten yanmalı motoru ve elektrik motoru Japonya’da, şanzımanı ve jeneratör görevi gören ikinci elektrik motoru ise Fransa’da imal ediliyor. 1.6 litrelik atmosferik benzinli motor 94 HP, birinci elektrik motoru 49 HP, marş motoru ve altenatör olarak görev yapan ikinci elektrik motoru ise 20 HP gücünde. Sistem toplam 143 HP veriyor. Atmosferik içten yanmalı motor 148 Nm, elektrik motorları ise 205 Nm çekiş gücü sağlıyor. Sistemin bataryası ise 1.2 kWh kapasitesinde. 143 HP’lik E-TECH HYBRiD sistemi Renault Clio’ya 9.9 saniyelik, Nissan Juke’ye 10.1 saniyelik, biraz daha ağır olan Renault Arkana’ya ise 11.4 saniyelik 0-100 km/h hızlanma değerleri sağlarken, tüm bu araçlarda 5.0 litre/100 km altında ortalama tüketim sağlıyor. Sistem Renault modellerinde E-TECH HYBRiD, Nissan Juke’de ise e-Power ismi ile kullanılıyor (Not: Nissan Qashqai’de Nissan X-Trail’de kullanılan e-Power sistemi ise tamamen farklı bir mimariye sahip)
Öncü kimliğine sahip olan ve rol model durumunda olan Toyota rekabette kendini önde tutmak için bu güncellemeyi yaptı. Tasarruftan taviz vermeden performans seviyesini yukarı çekti. Toyota’nın 5. nesilde yaptığı iyileştirme öncesinde 98 HP (72 kW) olan benzinli motorun gücü muhafaza edilmiş, ancak elektrikli motor MG2 artık 72 HP (53 kW) yerine 95 HP (70 kW) gücünde, otomobilin “sistem gücü” de 120 HP’den (88 kW) 140 HP’ye (103 kW) yükseltilmiş. MG2 elektirk motorunun torku da 163 Nm’den 185 Nm’ye çıkmış.
Başka bir deyişle, benzinli motor özelliklerini korurken, otomobilin güç çıkışındaki iyileşme elektirk motorunda yapılan geliştirmeden geliyor. Bu geliştirmedeki en dikkat çeken nokta ise, artık, sistemde çalışan benzinli motorun ve elektrikli motorun eşit güce sahip olması. Yani bu geliştirme Hybrid Synergy Drive’a adalet getirmiş. MG2’nin artan gücü ve torku ise otomobilin ataklığını artırırken hızlanma değerlerini iyileştirirmiş.
Yapılan bu iyileştirmeler ile 1.8 litre motorlu hybrid sistemin performans seviyesi benzinli kompakt sınıf otomobillerin standardını yakaladı. Renault Nissan Alliance’nin Hyundai’nin hybrid sistemlerini de geride bıraktı. Örnek olarak, Corolla Hybrid’in durur halden 100 km/h’ye hızlanması 10.9 saniyeden 9.2 saniyeye çekildi.
Güç çıkışındaki ve performanstaki iyileşmeye karşın otomobilin tüketim ve emisyon değerleri muhafaza edilmiş. Yani sistem daha verimli. Diğer taraftan, Hybrid Synergy Drive’ın, ani hızlanma taleplerinde gaz pedalı kapatıldığında yaşattığı ve CVT şanzımanları hatırlatan rubber band effect bu yeni kuşakta azaltılmış (rubber band effect: lastik bant etkisi, önce motor devirleniyor, otomobilin hızlanması motor devrine eşlik etmiyor, otomobil devirlenmenin ardından bir süre bekledikten sonra hızlanıyor). Tüm bunları sağlayan ise sistemin çıkışına eklenen ikinci oran.
Bu güncelleme ile beraber otomobilde tahrik aküsü olrak kullanılan Nikel metal hidrit bataryanın yerine Lithium-ion bataryalar kulanılmaya başlandı. 1.3 kWh’lık (6.5 Ah) batarya kapasitesi muhafaza edildi. İlginç olan ise üretim maliyetinin değişmemesi: Otomobili Nikel Metal yada Lithium ion batarya ile donatmanın maliyeti eşit. Gerçekte Lithium ion bataryaların imalatı daha pahalı, ancak otomobilde önceden kullanılan Nikel Metal akü 168 hücreli iken, yerine geliştirilen Lithium ion batarya 56 hücre ile aynı performansı verebiliyor. Lithium ion’un birim maliyeti yüksek olsa da final maliyeti denk. Bataryaların kapladığı alan da denk: Nikel metal akü 35 litrelik hacim kaplarken, Lithium ion batarya 30.5 litre hacminde alan işgal ediyor. Batarya voltajları da denk: Eski Nikel metal akü 201.6 V ile çalışırken, Lithium ion akü 207.2 V ile çalışıyor (Bu hem kWh hem de Ah cinsinden eski ve yeni batarya kapasitelerinin eşitlenmesi demek). Lithium ion bataryanın asıl avantajı ise 16 kg daha hafif olması. Diğer taraftan Toyota’nın ilk Hybrid sistemin geliştirmesinden bu yana kullandığı Nikel Metal aküler üzerinde deneyimi çok daha fazla, yani bu aküler daha güvenilir. Bu da Toyota’nın 15 yıllık garanti süreleri sunmasını sağlıyor.
Toyota, modellerinde Lithium ion bataryalara geçerken bu yeni tip aküleri önce üst donanım seviyelerinde kullanarak baz model ile en üst donanım paketli modellerin ağırlığını eşitlemeyi amaçladı. Yüksek donanım paketli versiyonların bu ilave donanımlar ile daha ağır olması beklenirken, hafif batarya paketleri ile ağırlıkları baz modellere denk hale geliyordu.
Toyota’nın Dördüncü ve En Potansiyelli Hybrid’i: 2.0 Hybrid
Hybrid Synergy Drive 1997 yılında Toyota Hybrid Sistem adı ile tanıtıldığında 1.5 litrelik atmosferik 1NZ-FXE motoru kullanıyordu. 2009 yılında kadar ilk 2 nesil Toyota Prius modelleri bu 1.5 litrelik motordan güç alıyordu (İlk nesilde 58 HP, ikinci nesilde 76 HP). Bu motor 2012 yılından bu yana küçük sınıftaki Toyota Yaris Hybrid’in kaputu altında çalışmaya devam ediyor (3. nesil XP130 ile beraber)
Toyota, Hybrid sistemi bu sistem için yarattığı Prius’un tekelinden çıkarıp Lexus modelleri dahil tüm model gamına yaymak için 2 farklı motor daha geliştirdi: 1.8 litrelik 2ZR-FXE ve 2.5 litrelik 2AR-FXE. Farklı güç seviyelerine sahip bu atmosferik motorlar Toyota’nın küçük ve kompakt modelleri kadar üst segment modellerinde de Hybrid versiyonlar sunmasını sağlayacaktı. 1.8 litrelik 2ZR-FXE 3. ve 4. kuşak Prius ile beraber Toyota Corolla’da ve Toyota C-HR’da kullanılıyor. 2.5 litrelik 2AR-FXE ise 2012 yılından itibaren 6. kuşak Toyota Camry’de (XV50) ve 2015 yılından itibaren 4. kuşak Toyota RAV4’de (XA40) kullanıldı. Güncel 7. nesil Camry (XV70) ve 5. nesil RAV4 (XA50) ise A25A-FXS isimli yeni bir 2.5 litrelik motor kullanıyor.
Önden çekişli versiyonlarda bu 218 HP’lik 2.5 litre Hybrid sistemi Toyota ayrıca RAV4’ün AWD modeli için 222 HP olarak sunuyor.
1.5 litrelik Hybrid sistem sadece süpermini modeller için mantıklı olabiliyor. 2.5 litrelik Hybrid sistem hızlı olsa da ağır ve ayırca hacim bazlı vergi sistemi bulunan ülkelerde vergi sisteminden dolayı pazar bulamıyor. En makul seçenek olan 1.8 litrelik Hybrid sistem ise olağanüstü verimli ve çevreci ancak dinamizm yeteneği yok. Sistem gücünün 120 HP’den 140 HP’ye çıkarılması ile yapılan güncelleme sisteme ataklık kazandırsa da keyif katasayısı hala sınırlı.
Toyota sonunda ideal noktayı bulmuş durumda: Japon üretici, downsizing uygulanmış aşırı beslemeli modern turbo motorlu kompakt otomobillerin performans seviyesini yakalamak ve eşdeğer sürüş dinamizmi sunmak için yeni bir 2.0 litrelik Hybrid sistem daha geliştirdi. Yeni motor yine atmosferik ilkelerle ve yine Atkinson Çevrimi ile çalışıyor. M20A-FXS isimli bu motor 1.8 litrelik motor bloğu tamel alınarak geliştirilmiş, 1.8 litrelik motorun stroklarının uzatılması ile elde edilmiş; 2.0 litrelik motor 14.0/1’lik daha yüksek sıkıştırma oranı ile çalışıyor (1.8 litrelik sistemde 13.0/1), 180 HP üretiyor (1.8 litre motor 122 HP, 5. kuşaktan itibaren 140 HP), sistemdeki MG2 elektrik motoru da 106 HP gücünde (1.8 litre motorlu Hybrid sistemde 72 HP, 5. kuşaktan itibaren 95 HP). Bu değerler 2.0 litre Hybrid’in 0-100 km hızlanması 7.9 saniyede tamamlanıyor. Toyota, 2.0 litre Hybrid ile 1.5 litrelik aşırı beslemeli downsizing motorların performansına denk bir makine yaratmış. Tüketim ve emisyon değerleri ise 1.8 litrelik Hybrid sistemden %10 daha iyi.
Yolda
Toyota’nın bu seri-paralel hybrid sistemi tasarlarken ortaya koyduğu yaratıcılık ve bu konsepti 25 yıl önce üretime alma cesareti etkileyici. Buraya kadar olan teknik detaylardan öte, geniş kitlelerin daha fazla ilgisini çekecek olan soru ise daha başka: Toyota’nın Hybrid sistemi günlük kullanımda nasıl?
Toyota Corolla Hybrid’ı çalıştıran düğme üzerinde “Start Stop Engine” yazısı yerine bir StandBy sembolü var ve hemen üzerinde Power yazıyor. Bu araç, kaput altındaki manzarada olduğu gibi içeriden de bir otomobilden çok bir elektronik cihaza benziyor. Butona bir kez basmak araç bilgi ekranındaki “ACCESORY” yazısından anlaşılacağı üzere otomobildeki tüm elektrikli donanımları kullanılabilir hale getiriyor. 2. basışta kontak açılmış oluyor, direksiyon hala kilitli, iklimlendirme iç mekana üfleçlerden temiz hava gönderiyor. Ayak fren pedalında iken Power yazılı butona 3. kez basıldığında bir “bip” sesi duyuluyor ve motor yine çalışmıyor! Ancak Toyota sürüşe hazır. Otomobil harekete hazır olduğunu motorun ateşleme sesleri ile değil gösterge panelinin sol alt köşesindeki yeşil renkli READY yazısı ile haber veriyor.
Bu teknolojik otomobilde joystick tipi elektronik bir şanzıman kumandası kullanılmamış. Vites konumunu geleneksel şekilde mekanik kademeli olarak değiştiren kol kısa, deri kaplı vites topuzu çok şık tasarlanmış. D konumuna geçmek için topuzun önünde işaret parmağı hizasına denk gelen kilidi (bastırmak değil) “yukarı kaldırmak” gerekiyor. Manuel vites değiştirme imkanı yok (çünkü gerçekte Toyota’nın Hybrid sisteminde yukarıda bahsettiğimiz gibi bir vites kutusu da yok); ancak vites kumandasında manuel kullanım seçeneği bulunmasa da Hybrid konsepti yönetmek için sürücünün sağ elinin bazen vites topuzunda olması gerekiyor. Çünkü bu şanzıman kumandasında P (Park), R (Reverse), N (Neutral) ve D (Drive) konumlarına ek olarak geleneksel otomatik şanzıman kumandalarında göremeyeceğiniz bir B (brake) konumu var.
56 km/h aşılmadığı ve kalkış ve hızlanmalar sakin gerçekleştiği sürece 1.8 litrelik atmosferik motor hiç devreye girmiyor. Bataryanın güç seviyesi düştüğünde ise benzinli motor otomobil hareket etmese dahi rölanti üzerinde sabit bir devirde (bir jeneratör gibi) çalışıp bataryayı şarj etmeye başlıyor. Burada Toyota’nın bir güvenlik önlemini de eklemek gerekiyor: 43 litrelik yakıt deposu tükenirse bataryalarda enerji olsa dahi otomobil kendini kapatıyor ve harekete izin vermiyor. Yani Hybrid konsept güç yönetimi için hem içten yanmalı hem de elektrikli motorlar kullansa da özünde içten yanmalı motor odaklı çalışıyor; merkezde hala benzin motoru var.
Düşük hızlı sakin sürüşlerde, otomobil yuvarlanmaya bırakıldığında ve eğimli inişlerde Corolla Hybrid benzin motorunu kapatıp sadece elektrik motoru ile yürüyor. Eğimli inişlerde gaz pedalına basıldığında da işi sadece elektrik motoru yapıyor. Gaz pedalına sert basıldığında ve ani hızlanma ihtiyaçlarında, hızdan bağımsız olarak görevi benzin motoru üzerine alıyor, elektrik motoru da ona destek oluyor. İdeal sürüş hızına ulaşıldığında, gazdan yavaş yavaş ayak çekildiğinde ve stabil hızda sürüşe dönüş yapıldığında elektrik motoru güç sağlamayı kesiyor, benzin motoru yalnız kalıyor. Bu sırada batarya seviyesi düşükse benzin motoru tekerleklere güç gönderirken bataryayı da şarj etmeye başlıyor. Tam gaz hızlanmalarda da her 2 motor birlikte çalışıyor. Ve akü hiçbir zaman tam dolu hale gelmeden işletim sisteminin sözünü dinleyerek “doğru anlarda” devreye giren elektrik motoruna enerji vererek yakıt tasarrufu ve düşük emisyon sağlıyor.
Hybrid sistemin tasarruf ve düşük emisyon stratejisi içten yanmalı motoru sürüş şartları imkan verdikçe stop etmeye dayalı. Gerçekten de içten yanmalı motor, ona ihtiyaç olmayan hiçbir an ateşleme yapmıyor. Bunun 4 istinası var: Birincisi, 120 km/h üzerinde içten yanmalı motor hiçbir şekilde stop etmiyor, lastikleri tahrik etmese dahi rölantide ateşleme yapmaya devam ediyor. İniş sırasında otomobil 120 km/h’yi geçtiği anda motor tekrar çalışırken, düz zeminde gaz pedalı bırakıldığında yavaşlayan otomobil 115 km/h’nin altına indiğinde de motoru stop ediyor. İkincisi, uzun süreli yüksek devirli kullanım ve agresif sürüş sonrası içten yanmalı motor yine bir süre stop etmiyor; ideal çalışma sıcaklığının üzerine çıkan motor bir taraftan kendini soğutmak için yani kendi sağlığı için diğer taraftan da tam gaz sürüşte kendisine destek veren ve enerjisi tükenen bataryayı şarj etmek için bir süre daha çalışmaya devam ediyor. Üçüncüsü, yokuş inişlerde, batarya tam dolu ise yani iniş sırasında oluşan kinetik enerji ile şarja gerek kalmamış ise içten yanmalı motor çalışıp kompresyon yaratıyor, fren sisteminin yükünü alıyor; ancak yakıt tüketmiyor. Dördüncüsü, sürücü vites kolunu B konumuna getirdiğinde de motor ateşleme yapmaya devam ediyor (Aşağıda bahsedeceğim). Bu özel durumlar dışında motor hiç çalışmıyor.
Toyota’nın Hybrid sistemi arka planda otomobilin işletim sistemine ezberletilmiş karmaşık bir kural seti (algoritma) ile çalışıyor. Bu yüzden Hybrid bir Toyota’da işletim sisteminin görevi motorun ateşleme haritasını saklayan geleneksel içten yanmalı motorlu otomobil örneklerine göre çok daha karmaşık. Yol şartlarını, eğim durumunu, hızı, gaz pedalı konumunu ve Hybrid akünün şarj seviyesini okuyan sistem anlık ve çok hızlı şekilde benzin motorunu devreye sokup tekrar stop ediyor, elektrik motorunu güç aktarımına alıyor, yavaşlama ve frenleme sırasında kinetik enerjiyi jeneratöre yönlendiriyor. Ancak o sırada ne olduğunu sürücüye asla hissettirmiyor: Benzinli motorun çalışıp stop ettiği geçiş anlarında sarsıntı, titreşim ve güç kaybı yok, silkelenme yok. Ancak diğer taraftan otomobil olup bitenler hakkında sürücüyü bilgilendirme konusunda olağanüstü cömert. Bunu da 2 yolla, gösterge paneli merkezindeki araç bilgi ekranından ve kokpit ortasındaki kapasitif dokunmatik multimedya ekranından Enerji Monitorü adı verilen grafikler ile yapıyor.
12. kuşak Corolla’da 2 tip gösterge paneli tasarımı var: Baz modelde kullanılan 4.2 inch ekran ve Dream donanım seviyesinden itibaren gelen daha yetenekli 7 inch ekran. Toyota’nın 7 inch’lik bir ekranı merkezine alan bu dijital gösterge paneli mükemmel çalışıyor: Siyahlar gerçekten siyah, ayrıca panel etrafını değil sadece kendini aydınlatıyor, bu C segmenti’ndeki en iyi uygulama. Özellikle, bu paneli Renault‘un ve Peugeot‘un ekranları ile karşılaştıranlar renk kalitesi anlamında ekranın olgunluk seviyesini anlayacaktır. Tüm semboller, bilgi mesajları ve animasyonlar ince düşünülmüş: Örnek olarak, kapıyı kapatınca, panel ortasındaki kapı açık uyarısı animasyonunda da önce kapı kapanıyor sonra da uyarı mesajı ortadan kayboluyor (Toyota gösterge panelini dışarıdan tedarik etmek yerine kendi üretiyor).
Ekran birer analog ve dijital hız göstergesi opsiyonu sunuyor. Ekranın dışında, solda, dikey konumlu yarım ay şekilli devir saati, sağında ise yakıt seviyesi ve soğutma sıvısı sıcaklığı göstergeleri bulunuyor. Dijital ekranın analog görünümlü hız göstergesinin merkezindeki boşluğu ise araç bilgisayarı verileri dolduruyor.
Corolla Hybrid’in bu araç bilgisayarı ekranı 5 ana fonksiyona sahip: (1) tüketim ve sürüş bilgileri, (2) LTA şerit takip yardımcısı grafiği ve hız sabitleyici bilgileri, (3) çalan medya oynatıcısı, (4) enerji monitörü, (5) ayarlar ve (6) arıza/uyarı mesajları. En başta gelen sürüş bilgileri gerçekten çok kolay anlaşılır ve şık grafiklere sahip. Burada alışıldığı haliyle anlık tüketim ve ortalama tüketim, ve menzil bilgileri görsel olarak çok şık ve anlaşılır grafiklerle aktarılmış. Burası bir bilgi deposu; eleştirilecek tek şey burada anlık tüketim bilgisini rakam cinsinden görmek mümkün değil, sadece grafik ile ifade edilmiş. Toyota, Hybrid sistemin bir parçası olarak sık sık stop eden ya da tekerlekleri tahrik etmek yerine sabit bir devirde çalışarak bataryayı şarj eden motorun anlık tüketimini vermeye gerek görmemiş.
Toyota, ayrıca C-HR’ın 4.2 inch’lik ekranında sunduğu ortalama hız ve anlık hız bilgilerini, dinlenme zamanı için önerilerde bulunan sürüş yardımcısını (dikkat asistanı), ve virajlarda ve manevralarda oluşan G kuvvetini gösteren G monitörünü Corolla’da kullanmamış.
Enerji Monitorü
Araç bilgisayarındaki grafiklerin en önemlisi de Enerji Monitörü: Buradaki grafikte 4 adet tekerlek sembolü (asfalta güç aktarımını temsil ediyor), onların ön ucunda bir içten yanmalı motor (benzinli içten yanmalı motoru temsil ediyor) ve alt ortada da bir batarya göstergesi bulunuyor (Hybrid aküyü sembolize ediyor). Sürücü, sürüş sırasında bu 3 istasyon arasında oklarla gösterilen enerji akışını izleyebiliyor ve Hybrid sistemin o an hangi güç kaynağını kullandığını, bataryanın şarj edilip edilmediğini ve şarj durumunu anlık olarak takip edebiliyor. Batarya sembolü bunun için 8 dilime ayrılmış. Yeşil renkli dilimler aynı zamanda doluluk seviyesi hakkında bilgi veriyor.
Burada sürüş şartına göre 5 farklı senaryo var: Tekerlekler (1) elektrik motoru ile tahrik ediliyor, (2) elektrik motoru ve benzin motorunun her ikisiyle beraber hareket ettiriliyor, (3) sadece benzin motoru ile tahrik ediliyor, (4) tekerlekler Hybrid aküyü şarj ediyor, (5) benzin motoru Hybrid aküyü şarj ediyor.
Yarım daire şekilli hız göstergesinin içinde ve etrafında kalan diğer tüm boşluklar ise Hybrid sisteme özgü olan ve sürüşe ait tercihlerin durumu hakkında bilgi veren sembollere ayrılmış. Otomobil sadece elektrik motoru gücüyle hareket ediyorsa ve emisyon sıfır ise (benzin motoru kapalı ise) sol üstte EV (Electric Vehicle) sembolü yeşil rengiyle parlıyor (benzin motoru çalıştığında sembol kayboluyor). Sürücü orta konsoldaki EV MODE tuşuna bastığında ve aracı pür elektrikli hale getirdiğinde hız göstergesi içinde EV MODE yazısı aydınlanıyor. Onların altında ise sürüş modu görüntüleniyor.
Pür elektrikli modu açan EV MODE tuşu ve Sürüş modunu değiştiren DRIVE MODE şalteri ota tünelde vites kolunun hemen önünde bulunuyor. İleri geri itilerek kullanılan DRIVE MODE düğmesi, tasarımı ve işaret parmağıyla yönetilen konumu ile W205 ve W213 kuşak Mercedes modellerindeki AGILITY SELECT şalteri gibi çalışıyor. Sürüş modu değişiminin şık tasarımlı fiziki bir şalter ile yapılması çok iyi; çünkü bu mod değişimi daha önce Toyota’larda (örnek olarak Toyota C-HR’da) bir buton ile değil bilgi ekranı üzerinden, ayarlar menüsünden yapılabiliyordu. Fiziki bir tuş/şalter olmaması sistemi keşfetmeyi zorlaştırıyor ve otomobilin çekicilik faktörünü azaltıyor.
Corolla Hybrid’in 3 farklı sürüş modu da var: ECO, Normal ve Sport. ECO modu, mimarisi zaten tasarruf için tasarlanmış olan Hybrid konseptte daha fazla tasarruf için iki “önlemi” daha devreye alıyor: (1) Otomobilin gaz pedalı hassasiyetini azaltıyor. Bu sayede, örnek olarak, kent içi kullanımda sürücü agresif kullanım tarzına sahip olsa dahi gaz pedalı tepkileri zayıflayan ve daha yavaş hızlanan otomobil bir sonraki kırmızı ışığa ulaştığında daha az hız kazanmış ancak yine daha az yakıt tüketmiş oluyor. (2) İklimlendirme sisteminin çalışma kapasitesini düşürüyor. Başka bir deyişle, ECO performanstan ve sürüş konforundan biraz vazgeçmek demek. Ancak ECO modunun bir başka önemli yeteneği var: Kış şartlarında ve kaygan zeminlerde Eco modu bu kez kar modu özelliği kazanıyor. Bu modda azaltılan gaz pedalı hassasiyeti otomobili kaygan zeminlerde kullanıma uygun hale getiriyor. Eco modu gaz pedalı hareketlerini yumuşattığından kar ve buz gibi kaygan zeminlerde güç aktarımını kolaylaştırıyor, lastiklerin tutunma kapasitesi ve sürüş güvenliği artıyor. Yani bu mod kaygan zeminlerde güvenli sürüş demek. Sport modu ise güç çıkışında ve gaz pedalı hassasiyetinde iyileştirme sağlamasa da içten yanmalı motoru stop ettirmeden sürekli aktif tutup, motorun daha çok yüksek devirleri çevirmesini sağlayarak sürüşü dinamik ve esnek hale getiriyor.
Elektromekanik park freni ve frenleri kilitli bekleten HOLD tuşu vites kolunun ardında kalıyor. Toyota’nın VSC adını verdiği ESP‘yi devre dışı bırakan tuş ise direksiyon simidinin sol yanında kalan boşluğa alınmış.
Dairesel hız göstergesinin sol üstündeki boşlukta ise şerit takip asistanı (LDA, Line Departure Assist) sisteminin durum sembolü var; aktif olduğunda bir uyarı sesi ile beraber sembol beyazdan turuncuya dönüyor ancak diğer birçok otomobilin tersine bu uyarı sesi multimedya müzik sisteminin ses seviyesini düşürmeden veriliyor (LDA ayrıca 50 km/h altındaki hızlarda devre dışı kalıyor). LDA’yı aktive etme ve tamamen devre dışı bırakma işlemi için direksiyon simidi üzerinde bir tuş bulunuyor. Bu işlem ayrıca araç bilgisayarının ayarlar menüsünden de yapılabiliyor.
Gösterge panelinin sol yanı dikey yerleşimli devir saatine ayrılmış. Ancak bu otomobilde devir saatini unutun! Corolla Hybrid’den keyif almak için ilk şart “başına buyruk” hareketlerde bulunan devir saatini görmezden gelmek. Toyota’nın Hybrid sisteminde bir vites kutusu yok, bu seri paralel hybrid mimaride, içerisinde planet dişli sistemi barındıran bir aktarma mekanizması üzerinden içten yanmalı motor ve elektrik motoru gücünü yola aktarıyor, jeneratör de yine bu mekanizma üzerinden bataryayı şarj ediyor. Aktarma sağlayan bu kutuya Power Split Device adı veriliyor (Yukarıda Toyota’nın Hybrid Synergy Drive adını verdiği Hybrid sistemden detaylı olarak bahsetmiştik.) Bununla beraber Toyota bu aktarma sistemini e-CVT ismi ile pazarlıyor ve bu Hybrid modellerinin sonuna e-CVT kısaltmasını ekliyor (e-CVT: Electric Continuously Variable Transmission)
Ortada bir CVT şanzıman, hatta bir şanzıman bulunmamasına rağmen sistemin e-CVT olarak adlandırılmasının nedeni ne? Bunun 2 nedeni var: Birincisi, Power Split Device, otomobilin hızlanmalarını motor hızından bağımsız olarak gerçekleştiriyor, önce motor devirleniyor, ardından otomobil kurulmuş yayın serbest bırakılması gibi “geriden gelerek” hızlanıyor, bu sırada devir saati sabit kalıyor, sürücü motor hızı ile otomobilin hızı arasında bir “bağ” kuramıyor. Tüm bunlar CVT şanzımanların rubber band effect (lastik bant etkisi) adı verilen hastalıklarını hatırlatıyor. İkincisi, Power Split Device, aynı CVT şanzımanlar gibi güç ve tork aktarımında sınırsız değişkenlik ile çalışma özelliğine sahip, aktarma oranı geleneksel şanzımanlardaki gibi kademeli şekilde değil sınırsız olarak değişebildiğinden hızlanma ve yavaşlamalar motor devrinde keskin hareketler yaratmıyor; hatta CVT aktarma tipine benzer şekilde, motor devri sabit kalırken otomobilin hızlanması ilginç bir his oluşturuyor. Zincir ya da kayış ile birbirine bağlanmış, biri güç kaynağına (motora) diğeri güç çıkışına (akslara) bağlı ve çaplarını değiştirme yeteneği olan makara tipi 2 konik kasnak üzerinden değişken aktarma sağlayan CVT şanzımanlar da bu karaktere sahip.
Power Split Device çalışma karakteri ile CVT şanzımanlar gibi tepkiler verdiğinden Toyota bu Hybrid modellerinin sonuna e-CVT kısaltmasını ekliyor.
Bir şanzımanın bulunmadığı, sürüş şartları elverdikçe motorun sık sık stop ettiği, motor ateşleme yaparken devirin sürekli gezdiği ve bu nedenle de motor hızı (motor devri) ile tekerlek hızının konuşmadığı bir otomobilde devir saati kullanımı gerekli değil ve ayrıca ibrenin “başına buyruk” hareketlerini izlemek kullanım keyfini baltalayabiliyor. Kullanıcı olarak otomobilin teknolojisine odaklanın ve devir saatini unutun.
’90’lı yılların ortalarına kadar devir saati otomobillerde bir opsiyondu; ya ilave ücret karşılığı alınabilirdi ya da üst donanım seviyelerinde sunulurdu. O zamanlar aranan ve istenen devir saati Corolla Hybrid’de kullanıcıya tersini yaptırıyor…
Toyota, gösterge paneli içine sürücüyü defansif sürüşe teşvik etmek ve ekonomik sürüşlerde rehberlik etmek için Hybrid Sistem Göstergesi adını verdiği bir grafik daha yerleştirmiş. Bu, aslında bir güç kontrol göstergesi; gaz pedalına ne kadar gereksiz bastığınızı gösteriyor. Bu yatay bar grafikte rakamlar yok, göstergenin ilk 2/3’lük alanında kalırsanız (ECO) bu tasarruflu sürüşü temsil ediyor, bar doluluk oranı göstergenin son 1/3’lük alanına girerse (POWER) tasarrufu bir kenara bırakıp dinamik kullanıma geçmiş oluyorsunuz; ECO sürüş içinde bu bar göstergenin ilk 1/3’lük alanı (EV) dışına çıkmamak ise içten yanmalı motorun çalışmadığını yani bataryadan gelen enerji ile saf elektrikli sürüş yaptığınızı ifade ediyor. Ayak gaz pedalından çekili olarak yapılan sürüşlerde ve frenleme sırasında ise gösterge en geriye çekilip dördüncü bir alan olan şarj bölgesine giriyor (CHG yani Charge), fren enerjisi geri kazanımı çalışıyor (regeneration), frenleme sırasında geleneksel otomobillerde fren disklerinde ısıya dönüşen ve kaybedilen kinetik enerji burada elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Yani frenlemeler dahi menzili uzatmak için kullanılıyor ve Toyota bu yüzden buna üretken frenleme adını veriyor.
Bataryayı Tam Dolu Hale Getirmek
Gerçekte hybrid otomobilin üzerinde taşıdığı tahrik aküsünü “tam dolu” hale getirmek gibi bir çalışma sistemi yok. Bataryanın şarj seviyesi sürüş sırasında %40 ile %80 arasında değişiyor, hiçbir zaman tam dolu hale gelmiyor (şarj seviyesi yüzdesel olarak değil 8 dilimli bir batarya göstergesi ile temsil ediliyor, doluluk seviyesi 3. dilimin altına düşmüyor, 6. dilimin de üzerine çıkmıyor).
Hybrid otomobilde sürüş sırasında, yol şartlarına ve gaz pedalının konumuna göre batarya neredeyse anlık olarak sürekli şarj ve deşarj halinde, yani başka hiçbir elektrikli aletin bataryasının yaşamadığı kadar çok ve sık mikro döngülere maruz kalıyor. Toyota, hybrid bataryanın çok sayıda şarj döngüsüne dayanması için kullanılabilir kapasitesini %40 ile sınırlamış. Toyota da bu mikro döngüler karşısında batarya paketinin daha tutarlı bir güç kapasitesiyle çalışmasına imkan vermek ve kullanım ömrünü uzatmak için State of Charge değerini bu seviyeye çekmiş. Tam dolumu önlemek ve diğer taraftan bataryada depolanan enerjinin tamamının tüketilmesine de izin vermemek daha fazla şarj döngüsü anlamına geliyor.
Şarj seviyesi %40’ın altına düştüğünde, araç durur halde iken, benzin motoru ateşleme yapmaya başlayıp sabit devirde çalışarak şarj sağlıyor (Bu sırada devir saati 1.300 ile 1.500 arasında bir yerde kendini sabitliyor); hareket halinde ise torkun bir bölümünü tekerleklerden kesip MG1’e göndererek şarj yaratıyor. Sürüş sırasında şarj seviyesi %75’i yakaladığında da şarjı kesiyor.
Hibrit akü (HVB, high voltage battery) nasıl şarj oluyor? Çekiş aküsünü “tam dolu” hale getirmenin bir yöntemi var mı?
Bunun için en kolay olan ilk seçenek yol üzerinde uzun bir inişin olması; bir dağdan iniş sırasında batarya “kendiliğinden” tam dolu hale geliyor. Fikir vermesi için: (Fren pedalına dokunmadan) eğimde 8.8 km‘lik iniş bataryayı dolduruyor. Başka bir deyişle, serbest sürüşte oluşan kinetik enerji 8 dilimli batarya göstergesinin her bir dilimini 1.1 km’lik mesafede dolu hale geliyor.
İnişte doğru şarj için ideal hız: Daha yüksek hızla inmek daha hızlı şarj anlamına gelmiyor; bu durumda otomobil, sürücü gaz pedalına basmasa dahi sürücünün hız eğilimini dikkate alıp, yaratacağı yavaşlama etkisi nedeniyle şarja öncelik vermiyor. Başka bir deyişle, sürücünün sürüş tarzı ile inişlerde otomobili kompresyona ihtiyaç duyduğu konusunda “ikna etmesi” gerekiyor. Bunun için de ideal hız 80-90 km/h. Bu hız seviyesinde otomobil bir taraftan hızını muhafaza edip “yuvarlanırken”, diğer taraftan batarya sembolünün dilimleri hızla doluyor.
Frenlemeler ise şarjı çabuklaştırıyor; frenleme sırasında oluşan enerji geleneksel otomobillerde olduğu gibi fren diskleri üzerinde ısı enerjisine dönüştürülmek yerine MG2 tarafından elektrik enerjisine çevriliyor. Bu sırada HSD’den ve arka koltukların altındaki bataryadan duyulan dijital sesler ise önce tuhaf, alıştıktan sonra etkileyici geliyor. İçten yanmalı motorlarda alışılan cut-off’a girmiş kompresyon yaratan motorun ve egzozun seslerinin Hybrid sistemde yerini alan bu elektronik seslere bir süre sonra alışmaya başlıyorsunuz.
İkinci seçenek, böyle eğimli bir iniş yoksa, sürücünün tekniğine kalıyor; örnek olarak bir ovanın ortasında ya da otoyolda bataryayı tam dolu hale getirmek için sürücünün Hybrid sistemi “aldatması” gerekiyor. Çünkü, sistemin doğası bataryanın şarj seviyesini %40 ve %75 arasında bir seviyede tutmak üzerine kurulu. Bunun için hız düzeyi ne olursa olsun gaz pedalını sabit bir konumda “kilitlemek” gerekiyor. Gaza artan oranda basmak, Atkinson çevrimi ile çalışan motora elektrik motoru (MG2) ile destek vermek isteyen sistemin bataryadan enerji çekmesine neden oluyor, bu da şarjı kesiyor; gazdan ayağı çekmek ise yuvarlanan otomobilin “anlık olarak” MG üzerinden şarja geçmesini sağlıyor, ancak hızını kaybeden otomobilin hızlanması için ardından tekrar gaza bastığınızda batarya yine enerji tüketiyor. Sürekli şarj sağlamak için ise yapılması gereken otomobili stabil bir hızda sürmek, bunun için de gaz pedalını sabit tutmak. 90 km/h ile 4 km sürüş bataryanın %25’ini dolduruyor (Bu sırada benzinli motor çekiş gücünün %72‘sini tekerleklere gönderirken, %28‘ini de jeneratöre gönderiyor).
Şarj için gereken süre tamamen değişken ve sürüş tarzına doğrudan bağımlı. Bu sırada araç bilgi ekranındaki Enerji Monitorü animasyonu sürücüye yardımcı oluyor. Enerji Monitörü üzerinde hızlanma ve stabil sürüş sırasında motordan bataryaya, yavaşlamalar sırasında ise tekerleklerden bataryaya kesintisiz enerji akışı görmek (ok sembolleri ile temsil ediliyor) şarjın sürekliliği anlamına geliyor. Tam tersi durumda (bataryadan tekerleklere ok ile enerji akışı) ise şarjın kesildiğini ve enerji tüketildiğini haber veriyor. Gaz pedalını sabit tutmak ise şarjı kolaylaştırıyor.
Bataryayı dolu tutmak için üçüncü bir seçenek ise iklimlendirme sisteminin ayarlarını (soğuk ya da sıcak) maksimum seviyeye getirmek. Otomobilin iklimlendirme sistemi iç mekanı dışarıya göre farklı sıcaklıkta tutmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyduğundan bataryayı da maksimuma yakın dolulukta tutuyor.
EV Mode: Sadece Elektrikli Modda Kullanım
Bu bir Hybrid otomobil ve Plug-in Hybrid değil, yani taşıdığı bataryayı bir şarj istasyonu ya da şebeke akımı kullanarak şarj etme imkanı yok; batarya sadece sürüş sırasında (1) otomobilin benzin motoru tarafından, (2) inişlerde ya da otomobil yuvarlanmaya bırakıldığında oluşan kinetik enerji ile, ve (3) frenleme sırasında oluşan enerjinin geri kazanımı ile şarj edilebiliyor. Ayrıca, batarya kapasitesi de amacına uygun olarak Plug-in Hybrid versiyonlara göre çok daha sınırlı.
Ancak bir Hybrid olsa da Toyota’da bataryada depolanan elektrik enerjisini kullanarak (yani benzin motorunun ateşleme yapmasına izin vermeden) sadece elektrikli sürüş yapmak mümkün. Bunun için orta tünel üzerindeki “EV Mode” tuşuna basmak gerekiyor. Bu tuşa basıldığında Corolla Hybrid – kısa süreli olsa da – tamamen elektrikli bir otomobile dönüşüyor. Bu modda kullanım 56 km/h‘ye kadar mümkün. Otomobil 56 km/h’nin üzerindeyse elektrikli moda geçişe izin vermiyor; elektrikli modda sürüş sırasında hız 56 km/h’yi aşarsa EV Mode otomatik olarak devreden çıkıyor. 56 km/h altında kalınsa dahi gaz pedalına sert şekilde basıldığında da benzinli motorun çekiş gücüne ihtiyaç duyulduğundan mod devre dışı kalıyor.
EV Mode mükemmel; ilk sürüş sırasında kullanım otoparktan sessizce çıkmanızı sağlıyor, ya da gece çevreyi rahatsız etmeden ve farkedilmeden caddeye dalıp otomobili park etmenize imkan veriyor. EV Mode sadece sessiz değil aynı zamanda sıfır emisyon ile sürüş demek. Ayrıca kapalı otoparkta ya da gece kırsal alanda sürüş gibi çok sessiz ortamlarda kullanım sırasında EV Mode otomobilin her yerinden gelen sesleri duymanızı sağlıyor. Örnek olarak, süspansiyon ve yayların esneme hareketleri duyulabilir hale geliyor.
Öneri: Kullanılmış ikinci el Hybrid bir Toyota sahibi olma düşünceniz var ise, almayı planladığınız aracı sessiz bir ortamda EV Mode’da kullanın. Otomobilin kusurlarını daha iyi yakalayacaksınız. Sesler birer habercidir ve herşeyi anlatır. Kokpitten gelen tıkırtılar, aks boşlukları ve derinden gelen rulman sesleri gibi gürültü üreten kusurları çok rahat duymanıza imkan verdiğinden kullanılmış bir Corolla Hybrid’in kondisyonu hakkında daha güvenilir fikir sahibi olmanızı sağlayacaktır.
EV Mode’da menzil ne kadar?
Batarya sembolü üzerinde 3 dilim kaldığında ve şarj seviyesi %40’ın altına düştüğünde araç bilgi ekranında görüntülenen “EV Mode Unavailable. Hybrid Battery Low.” (EV Modu Kullanılamıyor. Hibrid Akü Zayıf) uyarısı ile beraber otomobil bu saf elektrikli sürüşü reddediyor. Gerçekte batarya seviyesi bu halde iken de otomobil, yumuşak gazla harekete devam edildiğinde sadece elektrik motorunun gücünü kullanıyor ancak benzin motorunu hazır tutarak saf EV moduna izin vermiyor.
Bataryayı tam doldurarak EV Mode tuşuna bastım ve otomobili 50 km/h sabit hızda sürüşe aldım. Corolla Hybrid 7 km‘den biraz daha uzun bir mesafe kat ettikten sonra bilgi ekranı üzerinden “EV Modu Kullanılamıyor. Hibrid Akü Zayıf” dedi ve otomobil EV modundan çıktı. Batarya sembolü üzerinde 3 dilim kaldığında ve şarj seviyesi %40‘ın altına düştüğünde otomobil bu saf elektrikli sürüşü reddediyor. Batarya seviyesi bu halde iken de otomobil, yumuşak gazla harekete devam edildiğinde sadece elektrik motorunun gücünü kullanıyor ancak benzin motorunu hazır tutarak saf EV moduna izin vermiyor. Corolla Hybrid, EV modundan çıktıktan sonra 1.4 km daha elektrik motoru ile sürüşe devam etti ve ardından benzin motoru ateşleme yapmaya başladı. Otomobilin saf elektrikli olarak menzili ancak bu kadar: 8.4 km (8 dilimli batarya grafiğindeki her bir dilim Corolla Hybrid’e pür elektrikli sürüş ile düz zeminde yaklaşık 1.400 m menzil sağlıyor. Teorik olarak bu 11.2 km menzil anlamına geliyor; ancak batarya kapasitesi %25‘e düştüğünde benzinli motor ateşleme yapmaya başladığından menzil en fazla 8.4 km’de kalıyor.)
Buradaki menzil değerleri, ılıman iklim şartlarında, yüksüz otomobil ile deniz seviyesinde düz zeminde sürüş ile elde edilen değerler ve otomobilin güncel batarya kapasitesine bağımlı. Soğuk hava şartları batarya performansını olumsuz etkiliyor. Ayrıca Toyota, Hybrid sistem ile donattığı farklı segmentlerdeki otomobillerinde, farklı tip ve kapasitede bataryalar kullanıyor; aynı modellerde dahi farklı model yıllarında da (makyaj öncesi ve sonrası) kullanılan bataryaların tipi ve kapasiteleri değişiyor; bu da menzil rakamlarını değiştirecektir.
Diğer taraftan, Hybrid Synergy Drive sisteminde bataryanın kullanım amacı pür elektrikli sürüş değil, otomobilin yuvarlandığı serbest sürüşlerde ve frenlemelerde kinetik enerjiyi elektriğe dönüştürerek depolamak, bu enerji ile benzin motoruna gerçekte zayıf olduğu şartlarda destek olmak, sakin sürüşlerde ve ihtiyaç duyulmadığında benzin motorunu kapatmak ve bu yolla tüketimi ve emisyon değerlerini düşürmek. Toyota’nın Hybrid konsepti bunu başarmak konusunda pazardaki en iyi uygulama.
Hybrid Sistemin B Planı
Toyota Corolla Hybrid’de otomobilin sürüş güvenliğini artıran bir başka önemli fonksiyon daha bulunuyor: Vites kolunun B konumu. Hybrid sistemde vites kutusu omadığından “otomatik şanzımanın B konumu” demek yerine “vites kolunun B konumu” demek daha doğru.
Bunu da benzinli motorun kompresyon etkisini kullanarak başarıyor; B konumu seçildiğinde, içten yanmalı motor çekişte olan ön aks üzerinde daha fazla kompresyon uygulayarak otomobili yavaşlatıyor, ancak yüksek hızlarda ve eğimli inişlerde kullanıldığında kinetik enerjiyi “sömürdüğünden” MG2’nin elektrik enerjisi üretme ve regenerasyon yeteneğinden, yani bataryayı şarj yeteneğinden çalıyor. B konumunun kompresyon etkisi özellikle yüksek hızlarda daha fazla. Otomobil 30 km/h‘nin altına düştüğünde ise bu modun kompresyon anlamına D konumunda sürüşten farkı kalmıyor.
Vites kolundaki B konumu ile otomobilin şarj yeteneği arasında pozitif bir bağ yok. Başka bir deyişle, çok eğimli bir iniş sırasında vites kolunu D yerine B’ye getirmek bataryayı daha hızlı şarj etmiyor; tam tersine, otomobil içten yanmalı motorun silindirleri içinde sıkışan havanın yarattığı kompresyon ile yavaşladığından (bu fren sistemi üzerindeki baskıyı alır) şarj yeteneği azalıyor. B konumu otomobile, geleneksel otomobillerde vites düşürerek yaratılan kompresyon etkisini arayan sürücüler için eklenmiş ve ayrıca bir güvenlik önlemi olarak duruyor.
Tüketiyor, Tüketmiyor, Tüketiyor, Tüketmiyor…
Corolla Hybrid’in yakıt deposu 43 litre kapasiteli. İlk dolum: Japon otomobil geleneğine uygun olarak karoserin sol tarafında kalan ve araç içinden açılabilen depo kapağı üzerinden neredeyse tam boş olan depoyu 40 litre yakıt alarak tam dolu hale getirdiğimizde ise araç bilgisayarının menzil bilgisi 835 km‘yi gösteriyordu. Deponun sonraki tam dolumlarında da menzil bilgisi 810 km ile 830 km arasında değerler vermeye devam etti. Gerçekte bu temkinli bir değer; çünkü muhafazakar kullanım tarzı ile otomobil bu değerin çok üzerine çıkabiliyor. Otomobil araç bilgisayarındaki menzil rakamından fazlasını yapıyor, Corolla Hybrid’de bir depo ile 1.500 km mümkün.
Ortalama tüketim denk performans seviyesindeki dizellerden daha düşük. 120 HP güç çıkışı seviyesindeki 1.5 ve 1.6 litrelik kompakt dizeller de benzer sürüş şartlarında ortalama 5,5-6,0 litre/100 km tüketiyor. Ortalama tüketim rakamı denk güçteki dizellerin altında olsa da Toyota’nın atmosferik benzinli Hybrid sistemi hıza karşı ters reaksiyon gösteriyor; kent içerisinde yoğun trafikte ve düşük hızlı kullanımda dizel makinelerden az tüketirken yüksek hızlı otoyol kullanımında dizellerden daha savurgan oluyor. Günün sonunda, konu ekonomi ve çevrecilik olduğunda dizelden daha başarılı. Detaylarda ise otomobilin ve Hybrid konseptin yapabildikleri benzinli otomobillere bakış açınızı kökten değiştirecek türden:
Bu otomobil diğer tüm geleneksel otomobillerin “tersine giden” bir tüketim alışkanlığı gösteriyor; çok akıllı çalışan hybrid konsepti sayesinde EV modunun ve elektrik motorunun sıkça aktif olduğu düşük hızlarda yüksek viteslerle seyredilen otoyol hızlarına göre daha az tüketiyor. Bu sayede de kent içi trafiğinde otoyola göre daha az tüketebilen bir araca dönüşüyor.
Çok yoğun dur kalklı trafikte (ortalama hız 10 km/h) ortalama tüketim 6.5 litre/100 km. Trafik biraz daha akmaya ve trafik lambaları ve kesintili dur kalklar ile olağan şehir içi trafiğe dönüştüğünde (ortalama hız 20 km/h) ortalama tüketim 4.5 litre/100 km. Rakamlar bu güç seviyesindeki ve bu ağırlıktaki atmosferik benzinli bir otomobil için 3 kat düşük olağanüstü değerler. 60 km/h ile 80 km/h arasındaki kullanım ise Toyota’nın Hybrid sistemini en tasarruflu olduğu noktaya getiriyor; burada tüketim 3.0 litre/100 km değerinin altına iniyor.
Corolla Hybrid şehir dışında da harika tüketim sonuçlarına ulaşıyor. Hız ibresi 110 km/h’yi aşmadığı sürece otomobil 4,0 litre/100 km tüketiyor. Elektrik motorunun etkisi de burada daha iyi anlaşılıyor: Gerçekte 90-110 km/h ile seyirde 1.8 litrelik motorun anlık tüketimi araç bilgisayarı ekranında 5,0 litre/100 km olarak okunuyor. Ortalama tüketim ise 4.0 litre/100 km değerini veriyor. Buradan da şehirdışı sürüşünün en az %20‘sinde benzin motorunun stop ettiği ve sürüşün sadece elektrik motoru ile gerçekleştiği anlaşılıyor. Hız ortalaması düştükçe elektrik motorunun aktif olduğu menzil daha da artıyor; 80 km/h ile kullanımda anlık tüketim grafiği bu kez 4,5 litre/100 km‘de asılı kalıyor. Ortalama tüketim ise 3,0 litre/100 km olarak gerçekleşiyor. Burada da ortalama tüketim sonucu anlık tüketim değerinden %30 düşük. Hybrid Synergy Drive sadece kent içinde değil otoyol hızlarında da amacına ulaşıyor. Bunu da; ayak gaz pedalından çekildiğinde, yokuş inişlerinde ve otomobilin süzüldüğü noktalarda (yelkenli sürüşü) içten yanmalı motoru kapatarak başarıyor.
Başka bir nokta daha var: Toyota’nın Hybrid siteminde benzin motorunun sürüşün en az %20’sinde ateşleme yapmaması, geleneksel bir otomobile göre motor ömrünün bir o kadar daha uzun olacağı anlamına da geliyor.
Çok yüksek hızlarda ise içten yanmalı motor hiçbir zaman stop etmese de tasarruf için bu kez otomobilin aktarma sistemi görevi üzerine alıyor. Bu otomobilde aktarma oranı sınırsız şekilde değişebildiğinden motor devri otomobilin hızından bağımsız olarak optimize ediliyor. Örnek olarak, otoyolda 190 km/h ile seyir sırasında yol aşağı doğru eğimli hal alırsa hızı korumak için daha az çekiş gücü yeterli olduğundan motor hızı 2.000 devirin altına iniyor. Rölantinin biraz üzerinde 190 km/h ile sürüş! Power Split Device’ın sağladığı bu değişkenliğin bir eşi benzeri yok.
Çevrim tipinin yanında benzin motorunu ekonomik yapan ikinci unsur da tam olarak bu: Power Split Device’ın mimarisi. Toyota’nın Seri Paralel Hybrid sisteminin merkezinde görev yapan Power Split Device geniş bir oran aralığında çalışıyor ve çok uzun aktarma oranlarına izin veriyor. Toyota’nın motoru, başka hiçbir benzinli motorun göremeyeceği ayarlar ile aktarma yapıyor. Motor yükünün çok az olduğu sakin ve stabil sürüşlerde, 80 km/h ve 140 km/h arasında hızdan bağımsız olarak motor sürekli 1.500 ve 2.000 devir arasında kalıyor. İşletim sisteminin motoru düşük devirlerde tutan bu kararı, Atkinson Çevrimi ile çalışan içten yanmalı motorun yeteneklerini göstermesi için tam ihtiyacı olan şey. Bu da olağanüstü ekonomi sağlıyor. 190 km/h ile sürüşte dahi eğimli inişlerde (hızı korumak için daha az çekiş gücü yeterli olduğunda) motor hızı 2.000 devirin altına iniyor. Toyota’nın Seri Paralel Hybrid sisteminde Power Split Device tarafından yaratılan bu değişkenlik, manuel ya da otomatik, tork konvertörlü ya da çift kavramalı, hiçbir geleneksel sabit oranlı şanzımanda mümkün değil.
4.0 litre/100 km tüketim değeri standart sürüş ile ve çaba göstermeden gerçekleşiyor. Bu ortalamaya kent içi dur kalklar ve sık yapılan dinamik hızlanmalar da dahil. Gaza çok dikkatli basarak ve gaz pedalını yol şartlarına göre doğru zamanda bırakarak aracı kullandığınızda ise tüketim 3,5 litre/100 km‘ye geriliyor. Tam defansif sürüş ile bu benzin motorlu otomobil 3,0 litre/100 km’nin altında ortalama tüketim rakamlarını görüyor.
Ya elektrik motoru olmasaydı? Benzin motoru tek başına ne kadar ekonomik? İçten yanmalı motorun hiç stop etmediği 120 km/h ile kullanımda 5,7 litre/100 km tüketim gerçekleşiyor. Burada benzin motoru sürekli ateşleme yapıyor, motor sürekli çekişte ve ayrıca sık sık da çekiş gücünün bir bölümünü bataryayı doldurmak için jeneratöre gönderiyor. Elektrik motoru ortada yok. Buna rağmen ortalama tüketim 6.0 litre/100 km‘nin altında kalıyor.
Başka bir deyişle, Hybrid konsept, tasarruflu olmasını elektrik motoru desteği kadar içten yanmalı motorunun çevrim tipine de borçlu. Atkinson Çevrimi, 1.8 litrelik motoru gerçekten de etkileyici seviyede tasarruflu hale getiriyor: Bu otomobilin zorlandığında ulaştığı maksimum ortalama tüketimi 12.0 litre/100 km. Toyota Corolla Hybrid, tam gaz otoyol sürüşünde 12,0 litre/100 km tüketiyor. Yine %7 eğimli bir tırmanmada ortalama tüketim 12,0 litre/100 km. Otomobilin maksimum tüketimi? Tam gaz kalkış ile 0-100 km hızlanma sonunda gerçekleşen ortalama tüketim 23,0 litre/100 km (Birçok otomobilin araç bilgisayarı ekranı sıfırlanınca otomobil 400 – 500 m kat ettikten sonra veri gösterir. Toyota’nın hesabı daha hızlı çalışıyor.) 1.5 ton ağırlık altında 1.8 litrelik benzinli bir motor için tüketim değerleri çok başarılı. Atkinson Çevrimi ile çalışan 120 HP’lik motorun tüketim değerleri kendisi ile denk güç seviyesindeki dizel motorlardan da düşük kalıyor.
Günün sonunda ise Toyota’nın benzinli seri paralel hybrid sistemi, yasal sürüş hızlarında kullanıldığında, hem kent içinde hem de otoyolda, kendisi ile denk güç ve performans seviyesindeki tüm benzinli ve dizellerden daha ekonomik, daha çevreci.
Kick down için not: Yukarıdan sarkan gaz pedalının altında kick down için bir buton yok. Toyota, kick down emrini algılayan düğmeyi gaz pedalı mekanizmasının içine yerleştirmiş; yani daha yukarıya gizlemiş. Gaza tam basıldığında pedal bir “direnç noktası”na dayanıyor, biraz daha kuvvet ile bu nokta aşıldığında (yani butona basıldığında) motor tüm gücünü açığa çıkarıyor ve sabit şekilde 5.200 devir çevirirken Power Split Device yavaş yavaş aktarım oranını uzatıyor (devir saatinde kırmızı çizgi 5.500 devirde başlıyor)
Hybrid’e Alışmak, Hybrid ile Anlaşmak
Otomobile Hybrid unvanını kazandıran elektrik motoru asıl katma değerini çekiş gücü ile ortaya koyuyor. Üzerine uygulanan gerilim ile döner manyetik alan oluşturarak harekete geçen elektrik motorunun daha ilk hareket anında ürettiği maksimum tork (163 Nm), 1.8 litrelik içten yanmalı motorun 2.000 devir düzeyinde ürettiği tork değerini 2 katına çıkarıyor. Erken gelen yüksek çekiş gücü de ilk kalkışları dinamik hale getiriyor, ani hızlanmalar bu sayede yakıt tüketimini daha az etkiliyor.
Elektrik motorunun etkisini ilk anda görmek isteyenler için: Asfalt örtüsünün bankete göre yüksek kaldığı bir noktada Corolla Hybrid’i yol kenarına çekin, fren pedalını bırakın ve ön tekerleklerin düşük banketten tekrar asfalt üzerine çıkışını izleyin. İçten yanmalı motorlu bir otomobilde düşük devirler yeterli torku yaratamadığından bunu yapmak için gaza yüklenmek gerekir, sürücü fren pedalını bıraktığında elektrik motorunun hazır olan 163 Nm’lik torku otomobili “kendiliğinden” asfalta çıkarıyor.
Ancak diğer taraftan, elektrik motoru destekli ilk kalkışların gizlediği başka bir zayıf nokta var: İlk hareket sırasında otomobil istekli ve atak görünse de, gerçekte tersi geçerli. Yani bu nitelik sürdürülür değil. İçten yanmalı motor gaz pedalına hissedilir gecikmelerle cevap veriyor. Sürücü bu duyarsız ve uyuşuk gaz pedalına bir süre sonra alışsa da, Corolla’nın Hybrid’inden inip geleneksel bir otomobilin direksiyonuna geçince bu kez ikinci bir alışma evresi gerekiyor.
Dahası, elektrik motoru tek başına yeterli çekiş gücünü üretiyorsa (ve bataryanın rezervi dolu ise) içten yanmalı motor kapatılıyor. Batarya, sınır seviyenin altına düştüğünde motor tekrar ateşleme yapmaya başlıyor, ve hem tekerleklere güç veriyor hem de bataryayı yeniden şarj ediyor. Sürücü bütün bu olup biteni devir saatinden ve Enerji Monitörü üzerinden takip edebiliyor.
İlk kalkışlarda ve sakin sürüşlerde, gaz pedalına nazik davranıldığında ve pedal yolunun sadece ilk 1/4‘lük bölümü kullanıldığında işler böyle işliyor.
Ya pedala sert davranılırsa? Çalışma mantığı CVT şanzımanlara benzeyen E-CVT aktarma sistemi nedeniyle motor devri sürüş hızından bağımsız olarak sürekli geziyor. Toyota iyi ki yarım daire şekilli bir devir saati kullanmış, devir ibresi burada 180 derece açı ile sınırlı bir alanda dans ediyor. Toyota’nın Hybrid’inde, hızlanmalar sırasında önce, sürücünün gaz pedalına basma oranına göre motor devri tırmanarak belirli bir noktada sabitleniyor ve ardından otomobil “arkadan gelerek” hızlanmaya başlıyor. Gaz pedalına 1/3 basıldığında içten yanmalı motor 2.000 devir seviyesinde kalıp sakin hızlanmalar gerçekleştiriyor; pedal yolunun 2/3‘ü kullanıldığında motor 3.500–4.000 devir çevirerek etkili hızlanmalar sağlıyor; gaz pedalı zemine yapıştırıldığında da devir saati 5.000 devrin biraz üzerinde sabitlenip tüm motor gücünü kullanıma sunuyor. Pedalın direnç noktası aşılıp kick down butonuna dokunulduğunda ise motor, devir saatinde kırmızı çizginin başladığı 5.500 devire kadar kendini zorluyor. Zincir ya da kayış ile birbirine bağlanmış, biri güç kaynağına (motora) diğeri güç çıkışına (akslara) bağlı ve çaplarını değiştirme yeteneği olan makara tipi 2 konik kasnak üzerinden değişken aktarma sağlayan CVT şanzımanlara benzeyen bu aktarma tipinin bir özelliği olarak, motor devri sabit kalırken otomobilin hızlanması ise ilginç bir his oluşturuyor.
Atmosferik motorun hacmi 1.8 litre olsa dahi çevrim tipi nedeniyle motorun daha düşük hacimli motorlar seviyesinde güç üretimi gösterdiğini hatırlamakta fayda var.
Araç içindeki ideal sıcaklık değerleri ile dış hava sıcaklığı arasında büyük farkın oluştuğu kış şartlarında ve çok sıcak günlerde ise tüketim biraz daha yüksek. 2ZR-FXE motor iklimlendirme sistemine güç sağlamak için daha sık çalışıyor, bu da tüketimi artırıyor. Gerçekte, bu Hybrid otomobilde iklimlendirme de gücünü aküden alıyor, artan enerji tüketimi nedeniyle benzinli motor bataryaları şarj için daha erken ve sık devreye giriyor.
(Yukarıda bahsettiğimiz) Eco sürüş modu da tasarrufu destekliyor. Eco modunda sürücünün elektronik kontrollü gaz pedalına basma düzeyine karşılık gelen tork daha yumuşak ve gecikmeli şekilde üretiliyor, gaz pedalı hassasiyeti azaltılıyor. Bu aynı zamanda sürüşü de yumuşatıyor. Ayrıca iklimlendirme sisteminin motor üzerinde yarattığı yük de en aza indiriliyor.
Hybrid konseptin tasarruf konusunda vaat ettikleri neredeyse sınırsız ve bu potansiyel, otomobil ile anlaşma derecenize göre hayata geçiyor. Benzin motorunun aksları beslemesine ne kadar az izin verirseniz otomobil o kadar az tüketiyor. İnişlerde B modunu “kullanmamak”, olabildiği kadar ayak gaz pedalından çekili olarak sürüş yapmak, ve üretken frenleme ile aküyü beslemek elektrikli menzili uzatıyor; gaza yumuşak basmak ise elektrik motorunu tek başına bırakıp benzinli makineyi devreye sokmadan sessiz ve sakin hızlanmalar sağlıyor.
Hybrid otomobilde gazsız sürüş (ayak gaz pedalından çekili olarak yapılan sürüş) ile ekonomiyi artıracak bir coasting modu yok. Olmaması gerekiyor: Coasting, gaz pedalı bırakıldığında içten yanmalı motor ile tekerleklerin ilişkisini keserek sürtünmeyi azaltıyor ve “süzülen” otomobilin rölanti seviyesinde yakıt tüketimi ile çok uzun mesafeler kat etmesini sağlıyor, bu da ortalama tüketimi düşürüyor. Coasting çok akıllı bir uygulama, çünkü yolda aslında hiçbir zaman düz zeminde sürüş yapmıyoruz, asfalt coğrafyayı takip ediyor ve rampalar dışında da yol boyunca sürekli olarak farketmediğimiz eğimlerle çıkıyor ya da iniyoruz. Bu inişler sırasında coasting büyük tasarruf sağlıyor. Hybrid (ve elektrikli) konseptte ise güç kaynağı olan motorun ve tekerleklerin kesintisiz ilişkisi gerekli. Çünkü inişler sırasında oluşan kinetik enerji bu kez de jeneratör görevini yapan ikinci elektrik motorunun bataryaları doldurmasını sağlıyor. Bu da ateşleme olmadan, fosil yakıt tüketimi olmadan, emisyonsuz daha fazla menzil demek. Kurallar burada tersine işliyor.
Uyarı: Hybrid otomobilde vites kolunu hiçbir zaman N (Neutral) konumuna almamak gerekiyor. Çünkü bu otomobilin akülerini şarjsız bırakıyor. N konumunda içten yanmalı motor çalışıyor ancak elektrik üretilemiyor. Yani, N konumunda bırakmak olmadık bir zamanda akünün tükenmesine ve otomobilin çalışmamasına neden olabilir. Örnek olarak, kuru tip çift kavramalı şanzımana sahip kullanıcılar vites kutusunu yormamak için beklemelerde N konumunu seçmeye alıştı. Hybrid mimaride ise sürüş kültürü farklı işliyor.
Hatırlamak için: Vites kolunu N konumuna getirmek, yani boşa almak, Hybrid sistemin merkezinde görev yapan planet dişli setinin tüm dişlilerini serbest bırakıyor. Sistemdeki 3 tip dişli de serbest olarak hareket ettiğinden güç aktarımı gerçekleşmiyor (Planet dişli sisteminde farklı güç aktarım oranları yaratmak için bu sistem içindeki 3 dişli tipinden birinin kilitlenmesi yani sabit tutulması gerekiyor). Planet dişli sisteminde aktarım geçrekleşmeyince içten yanmalı motorun MG1 jeneratörüne güç vermesi mümkün olmuyor. Bu da aküleri şarjsız bırakıyor.
Ne Kadar Çevik?
Ya diğer taraf? Ekonomik kullanımda olağanüstü rakamlar yakalayan Corolla Hybrid dinamik kullanımda nasıl? Burada önce yeni şasinin yani TNGA’nın karakterinden bahsetmek gerekiyor.
Toyota bu platformu geliştirirken tüm iddialı rakipleri incelemiş ve “ideal nokta”yı yakalamaya çalışmış. Şasinin ayarları Volkswagen Golf ile Ford Focus’u biraraya getiriyor. Ford kadar dinamik, keskin ve çevik değil; Volkswagen’in esnekliğine ulaşamıyor. Ancak Ford’dan konforlu ve esnek, Volkswagen’den daha dinamik olan bu karakter genel kullanıcı kitlesine daha fazla hitap ediyor. Toyota platform konusunda bu kez iyi iş çıkarmış.
Corolla Hybrid kompakt sınıf standartlarının üzerinde sürüş yeteneklerine sahip. Sürüşte dinamizm, şaside yüksek kesinlik yok ancak sürpriz de yok. Hybrid sisteme enerji veren tahrik aküsünün arka koltuk sırası altına yerleştirilmesi hem ağırlığı arkaya verip ağırlık dağılımını iyileştiriyor, hem de ağırlık merkezini aşağıya çekiyor. Toyota, geleneksel otomobillere göre “fazladan ağırlık” anlamına gelen Hibrit aküyü bu anlamda avantaja çevirmeyi başarmış. Yumuşak karakterli otomobilin diğer taraftan sürücü ile etkileşimi yüksek. Corolla, arka aksında çok kollu bağımsız süspansiyon kullanılan 12. kuşağında TNGA ile filtresiz ve net bir sürüş karakteri kazandı. Batarya yükü otomobilin işini zorlaştırırken, bagajdan arka aksın önüne alan batarya konumu otomobile önceki nesil Hybrid Toyota’lara göre daha az zorluk çıkarıyor. Bu Corolla’da direksiyonun yönlendirme yeteneğinin iyileşmesi TNGA’nın kendisi kadar bataryanın bagaj zemininden arka koltuk sırası altına, iki aks arasına alınan yani merkeze yaklaşan konumunun bir eseri. JTEKT Corporation üretimi elektrikli direksiyon sistemi TNGA ile yaratılan özgür mimaride etkili çalışıyor.
Yine de kusursuz değil: Bu otomobil rijit değil, fazla esnek, fazla kırılgan; asfaltın enlemesine dalgalı olduğu yol şartlarında Corolla’nın karoseri de dalgalanıyor, bu tip zeminlerden yüksek hızlı geçişlerde bu etki süreklilik kazanıyor. Yolun uzunlamasına dalgalı olduğu (sol ve sağ aksın farklı yükseklikteki inişli çıkışlı zeminlere bastığı) alanlarda da Corolla çizgisini terk ediyor, direksiyon müdahalesine ihtiyaç duyuyor. Toyota Corolla ani yapılan şerit değiştirmelerde ön tarafını bırakıyor. İkili şerit değiştirmelerde zorlandığında ise önce ön aksını ardından da arka aksını yoldan koparıyor; gaz pedalı bırakıldığında da çabaya gerek bırakmadan çizgisini bulup yola yeniden tutunuyor. Diğer taraftan, yine TNGA ile üretilen Toyota C-HR’ın yan rüzgarlarda gösterdiği hissedilir gezme eğilimi daha alçak olan Corolla’da yok. Corolla Hybrid, C-HR Hybrid’den daha hafif (1.525 kg yerine 1.446 kg); aerodinamik özellikleri daha üstün (0.32 Cd yerine 0.31 Cd); sedan gövde tasarımı ve ağırlık merkezinin alçak olması da yetenekleri, limitleri ve sürüş güvenliği daha yüksek bir otomobil yaratıyor.
Şasi, keyif dozu içerirken aynı zamanda güvenilir bir sürüş vaat etse de, güç merkezi olan Hybrid konseptin şasinin peşinden gitme gibi bir iddiası yok. Hybrid Synergy Drive önceliği verimlilik olan tek taraflı bir çözüm; kullanıcı yakıt ekonomisi ve düşük emisyonlu çevreci bir sürüş isterse kullanıcıya eşlik edip harikalar yaratıyor, ancak sürücü ters uçta hareket ederse, Hybrid sistem bu agresif kullanım tarzında sürücü ile işbirliği yap(a)mıyor.
Sakin sürüşlerde elektrik motoru hem sessiz, hem çevik hem de tasarruflu olabilen otomobil, diğer taraftan gaza sert basıldığında uyumsuz bir yol arkadaşına dönüşüyor. Gaz pedalına yüklenmek içten yanmalı motoru sürekli yüksek devirlerde tutuyor, bu da tüketimi ve gürültü seviyesini artırıyor. Bu otomobilde de rubber band effect yaşanıyor; ancak CVT şanzımanlı otomobillerin en önemli hastalığı olan rubber band effect Toyota’nın hybrid siteminde daha nadir gerçekleşiyor: Sadece sıkıştırarak kullanımda, tam gaz hızlanmalarda ve sarp yokuşlarda.
(Rubber band effect: Sürücü hızlanma için gaz pedalına yüklendiğinde önce motor devrinin [ve gürültünün] arttığına ancak otomobilin bir süre yerinde saydığına şahit oluyor; motorun devirlenmesi ile geçen bekleme süresinin ardından bu kez motor devri sabitken otomobil hızlanmaya başlıyor. Burada, motor devrindeki hareketlenme ile otomobilin hızlanma eğilimi arasında bir bağ yok. Otomobil “geriden gelerek” hızlanıyor. Bu hızlanmalar uyumsuz olsa da, şanzımanda vites değişimi olmadığından, yani şanzımanın “kesintisiz aktarım yeteneği sayesinde” dinamik şekilde gerçekleşiyor. Ancak işletim sistemi, en etkili hızlanma için motoru maksimum torkun ve maksimum gücün üretildiği ideal devir aralığında tutuyor, atmosferik motorlarda bu nokta devir bandının son çeyreğine girdiğinden artan püskürtme ve ateşlemeler tüketimi yukarıya çekiyor, CVT şanzımanlı ekonomik otomobiller dahi vaat edilen ekonomi iddiasından uzaklaşarak nisbeten savurgan bir araca dönüşüyor.)
Karoser
Yazının odak noktası Hybrid sistem ve sürüş olduğu için Corolla’nın iç mekanındaki ergonomi ve fonksiyonellik derslerini, doğru yerlerde doğru renklerin kullanımı ile ferahlık sağlayan çift renkli kokpitini, içerideki teknolojiyi, kablosuz şarj yatağını, Panasonic Corporation tarafından geliştirilen dokunmatik ekranlı Toyota Touch 2 multimedya sistemini ve Toyota Safety Sense adı altında toplanan aktif güvenlik teknolojilerini bu yazıda “pas” geçiyoruz. Diğer taraftan otomobilin teknik kapasitesini etkilediğinden gövdesi hakkında birkaç notu eklemek gerekiyor:
Toyota Corolla’nın şasi numarasının başındaki NMT harfleri bu Toyota’nın Toyota Türkiye tarafından üretildiğini anlatıyor. Avrupa pazarı için Corolla Hatchback İngiltere’de Burnaston’da bantlardan inerken, Corolla Sedan’ın üretimi Türkiye’de Adapazarı ilinde bulunan Toyota Motor Manufacutring Turkey (TMMT) tesislerinde yapılıyor. Auris ismi artık yok, ancak Hatchback versiyon farları ve tamponu ile yine farklı bir önyüze sahip. Üretimi yine Türkiye’de 09 Kasım 2016’da başlayan Toyota C-HR Türkiye’de üretilen ilk Hybrid otomobil olma ünvanını kazanmıştı. 12. kuşak E210 kasa Toyota Corolla Hybrid ise Türkiye’de üretilen ilk Hybrid Corolla oldu (Toyota, bu zamana kadar Auris Hybrid’i İngiltere’de, Yaris Hybrid’i de Fransa’da üretiyordu.)
Yerli üretim demişken: Corolla Hybrid’in üretimi Türkiye’de TMMT tesislerinde yapılsa da kaput altındaki benzinli + elektrikli (Hybrid) motorun üretimi İngiltere’de Kuzey Galler’deki Toyota Motor Manufacturing UK (TMUK) motor fabrikasında gerçekleştiriliyor. Otomobilin aktarma sistemi ise Japonya’da imal ediliyor. Diğer taraftan 2018 yılı ile beraber Polonya’da bulunan bir diğer Toyota tesisi de (Toyota Motor Manufacturing Poland TMMP) bu CVT benzeri çalışan aktarma sistemini üretmeye başadı. Bu Polonya tesisi aynı zamanda 1.2 litrelik aşırı beslemeli motoru ve manuel şanzımanı üretiyor. Toyota, ayrıca, Corolla Hybrid’in üretiminde 135 farklı tedarikçi ile çalışıyor, bu üreticilerin 134’ü Avrupalı firmalardan oluşurken bunların 71’i de Türkiye’de bulunuyor.
Diğer Corolla’lar ile karşılaştırıldığında, Corolla Hybrid‘in sürüden ayrıldığı tek yer Toyota badge’i. Logodaki mavi renkli gölgeler otomobilin elektriklendiğine işaret ediyor. Bagaj kapağındaki ve çamurluklardaki HYBRID yazılarının dışında Hybrid versiyonu standart Corolla’lardan ayıran en güçlü detay burası.
Uluslararası pazarda Hybrid teknolojisi ile Corolla’nın ilk kez bir araya geldiği kuşak olan 12. nesil E210 Corolla yine ilk kez TNGA (Toyota New Global Architecture) platformu üzerinde üretiliyor. Başka bir deyişle, Corolla da C-HR gibi, Toyota Prius’un şasisi üzerinde üretiliyor.
Toyota Corolla Hybrid 1.446 kg ağırlığında. Atmosferik motorlu ve CVT otomatik şanzımanlı standart Corolla (1.5 Dynamic Force) ise aynı donanım seviyesi ile 1.393 kg ağırlığında. Hybrid sistem, 1.8 litrelik motoru, karmaşık aktarma sistemi ve arka koltuk altında konumlu bataryası ile beraber otomobili 50 kg ağırlaştırıyor.
Karoserin aerodinamik yetenekleri “verimlilik” odaklı bir otomobil için etkileyici seviyede değil. 0.31 Cd‘lik hava sürtünme katsayısı daha iyi olsaydı zaten ekonomik olan otomobil çok daha düşük tüketim sonuçlarına ulaşabilirdi. Karşılaştırma için: Mercedes A Serisi Sedan 0.22 Cd, BMW 5 Serisi 0.22Cd, Mercedes CLA Serisi 0.23 Cd, Audi A4 0.23 Cd, Hyundai Ioniq 0.24 Cd (Sürtünme katsayısındaki her 0.1 Cd azalma yakıt tüketiminde 1 litre/100 km iyileşme anlamına geliyor)
İlginç bir şekilde güncel (Mk12 E210) Corolla Hybrid ile aynı şasiyi paylaşan 4. nesil Toyota Prius‘un (XW50) değeri de 0.24 Cd. Toyota aynı özeni ve çabayı Corolla için göstermemiş. Tabii Corolla, Prius’tan çok daha estetik ve şık görünüyor. Dünyanın her yerinde kendini kabul ettirmiş olan böyle bir otomobilde de Toyota, güvenilirlik ve estetik ilkelerini aerodinaminin önünde tutmuş.
Toyota, TNGA platformunda otomobilin bataryalarını, Hybrid sistemi ilk kez denediği Prius’ların 2015 öncesi ilk 3 neslinde yaptığı gibi bagaj zeminine yerleştirmek yerine bu iş için arka koltuk minderinin altındaki alanı kullanmış. Bu sayede TNGA platformunda Hybrid sistem bataryası (tahrik aküsü) bagaj hacminden çalmıyor. Corolla Hybrid’in bagaj hacmi standart Corolla’dan farklı değil (471 litre). Hacim ise C segmenti sedanlara denk seviyede. Aynı felsefe TGNA’yı kullanan ve yine Türkiye’de üretilen Toyota C-HR Hybrid için de geçerli. CH-R Hybrid’in bagaj hacmi de standart C-HR ile aynı (297 litre).
Toyota’nın Dijital Saati
Güzel şeyler de oluyor: Toyota, Corolla’da kokpite entegre edilen dijital saati “sonunda” ortadan kaldırmış. 1980’li yıllardan kalan bu saati Japon üretici hemen her modelinde hatta Toyota GT86‘da dahi kullanıyordu. 2016 çıkışlı crossover Toyota C-HR’da da bu saat bulunuyordu. Evet, Toyota’nın marka imajına uyumlu şekilde bu saat de sade, sağlam ve ölümsüz; evet, marka ile yıllardır özdeşleşti ama bu seviyedeki bir otomobilde “artık” olmamalıydı. Toyota da bunu yapmış. Zaman bilgisi ise artık multimedya ekranının üst satırından takip edilebiliyor.
6 Eleştiri: Gaz Pedalının “Klik” Sesi, Direksiyon Turu, Silecek Gürültüsü, Geri Görüş Kamerası, Kapı İçleri ve Korna
Toyota Corolla Hybrid uzun yıllardır muhafaza ettiği güvenilir kimliği ve Hybrid’in teknik konsepti ile iyi ve iddialı bir otomobil. Ancak özellikle 6 nokta, otomobilin genel karakterine yakışmıyor ve tezat oluşturuyor.
Birincisi, korna. Bu ton, Volkswagen Beetle‘a çok yakışabilir, Mercedes de W124 E Serisi zamanlarında bu tonu kullanıyordu. Kendini zamana uydurup ekran içine gizlenen dijital saat gibi korna da kendini yenilemeli, ama sağlamlıktan ödün vermeden.
İkincisi, kapı içlerinin tamamına yakını plastik kaplamalardan oluşuyor. Kapı içinin sadece %10’u kumaş kaplı; tutamak gerisinde, sürücünün dirsek hizasına denk gelen bölümde koltuk döşemelerine uyumlu kumaş kaplama kullanılmış; bu da yumuşak destek sağlıyor. Ancak buradaki koyu renkli kumaş dahi birkaç ay içerisinde kolay kir tutuyor, kirini belli ediyor.
Üçüncüsü ise, geri vites seçildiğinde multimedya ekranında geri görüş kamerasından gelen görüntülere eşlik eden kılavuz çizgileri. LG üretimi sistemin ekranında geri gidişe eşlik eden bu yardımcı grafikler direksiyon açısına göre hareket kazanıp sürücüye rehberlik yapmıyor; sabit kalıyor. Sürücüye destek olmasa da bu 3 paralel çizgi engele olan mesafeyi hesaplamaya yardımcı oluyor, en yakındaki kırmızı çizgi engele 50 cm anlamına geliyor.
Dördüncüsü, silecek süpürgeleri. Yağışlı havalarda silecekler camı süpürürken olağanüstü gürültü üretiyor; sesin kaynağı silecekleri cama bastıran rüzgar direnci. Sevgili Toyota, lütfen bu silecek tasarımını değiştirin.
Beşincisi, direksiyonun lock noktasına ulaştığında verdiği tepki. Kısa turlu direksiyon lock noktasına kadar çevrilip sona dayandığında bu son noktaya sarsıntı ve gürültü eşliğinde sert bir şekilde vuruyor.
Altıncısı, ve en önemlisi, gaz pedalının “klik” sesi… Toyota’nın Hybrid sistemlerinde gaz pedalı basıldığında bir klik sesi üretiyor. Yay sesine benzetilse de bu gürültü mekanik kaynaklı değil; stop etmiş otomobilde ve durur halde iken gaz pedalına basıldığında bu ses üretilmiyor. Ses sadece Power düğmesine basıldıktan sonra, sürüş sırasında ortaya çıkıyor. Ayrıca bu klik sesi Toyota Corolla Hybrid’e özgü değil, tüm Hybrid Toyota modellerinde karşılaşılıyor. Atmosferik motor çalışmadığı zamanlarda saf elektrikli sürüş sırasında ise otomobilde derinden gelen tüm sesler dahi duyulabilir hale geliyor. Ancak atmosferik motor da sessiz çalışıyor, ve bu ses tüm sürüş sırasında duyulabiliyor.
Toyota Corolla Commercial Hybrid
Toyota, Hybrid Corolla’nın wagon kasasını Avrupa pazarında olmayan arka koltukları ve zayıflatılmış donanımı ile Toyota Corolla Commercial Hybrid adıyla satıyor. Otomobil, çelik saç jantları, olmayan arka koltukları, tavan tutamakları, koltuklara entegre emniyet kemerleri ve zayıflatılmış standart donanımı ile çok daha erişilebilir bir fiyata gelirken, Hybrid Synergy Drive’nin özellikle kent içinde dizel motorlardan düşük kalan tüketimi de kullanım maliyeti bakımından otomobili çekici hale getiriyor. Bir ticari araç olarak, Corolla Commercial’in pazardaki özgün hafif ticari araçlara göre en önemli üstünlüğü ise wagon karoseri ile otomobil formunu koruması ve başta kokpit olmak üzere iç mekan kalitesinin pazardaki ticari araçlardan yüksek olması.
Lastikler
Toyota Corolla’da orijinal ekipman olarak 205/55 R 16 91V ölçüsünde 3 farklı lastik kullanılıyor: (1) Tayland üretimi Michelin Primacy 4, (2) Türkiye üretimi Bridgestone EP 150 EcoPia ya da (3) Türkiye üretimi Dunlop Enasave EC300+. Her üç lastik de asimetrik sırt desenli tasarıma sahip, bu özellikleri de yanak üzerinde inside ve outside uyarıları ile belirtilmiş. Daha önemlisi, lastikler düşük yuvarlanma direnci gözetilerek üretilmiş. Ancak karakterleri çok farklı:
Michelin’ler sessiz, yumuşak ve konforlu, ayrıca Michelin’in geleneksel marka karakterine uygun olarak birkaç bin km daha uzun süre diri kalacak dayanıklılığa sahip; ancak Bridgestone lastik seti Corolla’nın sürüş özelliklerini değiştirecek kadar etkileyici sonuçlar veriyor. Michelin Primacy 3 ilk kalkış anında motor torkuna yenilip meydanı hemen çekiş kontrolüne ve ESP’ye bırakan bir lastikti; Michelin Primacy 4 bunu yapmıyor, tutunma rezervi Primacy 3’e göre daha yüksek, ancak rezervleri hala düşük ve ağırlık transferlerinde daha erken kaymaya eğilimli bir lastik. Bridgestone’un güvenlikten taviz vermeden de çevreci bilinci taşıyan bir lastik üretilebileceği iddiası ile yarattığı Bridgestone EP 150 EcoPia ise daha kararlı ve güvenilir etki bırakan daha yetenekli bir lastik. Hem kuru hem de ıslak zeminde çok iyi tutunuyor, güç aktarımında olduğu kadar frenlemede de hiçbir zaaf göstermiyor. Michelin Primacy 4’e göre yuvarlanma direnci daha düşük olan Bridgestone EP 150 EcoPia ayrıca Corolla Hybrid’in tasarruf odaklı karakterine de daha uyumlu bir lastik. Dunlop Enasave EC300+ ise tutunma yeteneği bakımından bu 2 lastiğin arasında kalıyor. Dunlop buradaki ideal lastik: Belirgin şekilde daha sessiz. Hatta çok sessiz. Sırt deseni daha derin oluklara ve kanallara sahip. Ayrıca bu Dunlop Enasave lastikler kir tutmuyor. Çamurlu zeminlerde dahi otomobilin davlumbazları çamur ile sıvanırken bu lastiklerin hem tabanı hem de yanakları pırıl pırıl kalabiliyor.
Önemli bir not olarak buraya bu bilgiyi eklemek gerekli: AB lastik bilgi etiketi otomobil ve hafif ticari araç lastiklerini 3 alanda değerlendirerek sınıflandırır: (1) yuvarlanma direnci, (2) ıslak zeminde tutunma ve (3) dış gürültü. Kompakt sınıfta kullanılan 205/55 R 16 91V ebatı ile Michelin Primacy 3 ve Michelin Primacy 4 lastikler ıslak zeminde tutunma bakımından A ile notlanırken, Bridgestone EP 150 EcoPia ise B notuna uygun görülmüş. Kullanımda ise lastikler ters etki bıraktı.
Corolla Hybrid’in bagaj zemini altında ise stepne yok. Bunun yerine bir tamir kiti yerleştirilmiş.
Sonunda
Toyota dünyanın en büyük otomobil üreticisi… Bu büyüklük sadece satış adetlerinden ya da dünya üzerinde 70’e yakın üretim tesisi olmasından gelmiyor. Japon üretici geleceği çok önceden öngördüğü için de büyük. Yani bu sadece finansal bir büyüklük değil, vizyon büyüklüğü.
‘90’ların sonu Avrupa’da ve Uzakdoğu’da üreticilerin tasarruf ve düşük emisyon hedefi için düğmeye basmaları anlamında bir kırılma noktası oldu. Ancak burada hedef aynı olsa da yöntem bakımından Avrupalı ve Uzakdoğulu üreticiler arasında büyük farklılıklar vardı. Fiat, PSA ve Mercedes‘in başı çektiği bir grup üretici, filolarında CO2 (karbondioksit) emisyonunu aşağı çekmek için ekonomik olan dizel makinelere yatırım yaptılar. Zaten ekonomik olan dizeller 1998 yılında kullanılmaya başlanan Common Rail enjeksiyon sistemi ile denk hacimli benzinlilerle rekabet edebilecek performans seviyelerine ulaştı. Bir dizel motor ile BMW Nurburgring’e, Audi ise Le Mans’a katılma cesaretini gösterdi ve kazandı. Dizel teknolojileri Avrupa‘da gelişti yaygınlaştı.
Aynı tarihlerde Uzakdoğu’da ise Japon üreticilerin kafası başka türlü çalışıyordu. Toyota’nın içten yanmalı motoru ile elektrik motorunu biraraya getiren bir otomobil yaratma fikri de ‘90’ların sonunda hayata geçti. Toyota, sürdürülebilirlik düşüncesinin tanımını başka türlü yaptı. 1997 yılında Toyota Prius ile Hybrid otomobil seri üretime geçmişti. Hedef Avrupa’daki ile aynıydı: Mobiliteyi çevreci ve daha ekonomik hale getirmek. Benzinli hybrid konsept sadece CO2 emisyonu açısından değil, insan sağlığı için tehdit oluşturan NOx (Azotoksit) salınımı bakımdan da dizellere göre çok daha “temiz”, ayrıca şaşırtıcı şekilde şehir trafiğinde daha düşük salınım ve tüketim değerleri sunuyor. Diğer taraftan hybrid sistemin zayıflatılmış atmosferik benzinli motoru ve aktarma sistemindeki rubber band effect hastalığı keyif katsayısını dibe çekiyor.
Hybrid Synergy Drive ilk olmanın yanında hala pazardaki en verimli hybrid sistem olma özelliğini koruyor. Güç aktarımını sadece elektrik motoru ile yapan seri hybridler kent içi düşük hızlarda tasarruflu çalışırken otoyol hızlarında bu özelliklerini kaybediyor; paralel hybridler ise tam ters tüketim alışkanlığına sahip; bu konsept otoyolda ekonomik olsa da kent içi düşük hızlarda kısa oranlı alt viteslerle sürüşte savurgan kalıyor. Toyota’nın seri paralel hybrid’i ise her yol şartı için en tasarruflu olan güç kaynağını seçebildiği için tüketim zaafları daha düşük.
Hybrid sistemin tasarruf ve düşük emisyon stratejisi içten yanmalı motoru sürüş şartları imkan verdikçe stop etmeye dayalı. Gerçekten de içten yanmalı motor, ona ihtiyaç olmayan hiçbir an ateşleme yapmıyor. Bu, sadece farklı güç kaynaklarını, merkezde gücü dağıtan bir “kaldıraç” ile bir araya getiren mekanik bir sistem değil; Toyota her yol şartında hatasız düşünen bir sanat eseri tasarlamış.
Dışarıdan bakıldığında Toyota’nın seri paralel hybrid konsepti başlangıcından beri hiç değişmemiş gibi görünüyor: Atkinson çevirimi ile ateşleme yapan atmosferik benzinli motor + elektrik motoru + marş jeneratörü + inverter + akü + power split device = Hybrid Synergy Drive. Gerçekte ise sistem sürekli geliştirildi; tüm modül ve komponentler artık daha hafif, daha az yer kaplıyor ve daha verimli. Sistem bu zamana kadar sayısız yenilik ve geliştirme gördü. Bu güncellemeler ile endüstride hybrid konusunda rol model olan Toyota öncü kimliğini korumuş oldu. Bu geliştirmeleri yaparken, Toyota’nın sistemin güvenilirliğini elden bırakmadığına başka hiçbir üreticide olmadığı kadar eminiz:
İlk nesilden bu yana inverter boyutu küçültülüp hafifletildi ve küçülen güç kontrol ünitesi motor üzerinden Power Split Device üzerindeki boşluğa taşındı, inverter ayrıca ısınma riskine karşı sıvı soğutmalı hale getirildi. 1.5 litrelik içten yanmalı motor yerini 1.8 litrelik makineye bıraktı, bu motorun termal verimi %41’e yükseltildi. Power Split Device içine MG2 için eklenen ikinci bir planet dişli seti tork üzerinde yarattığı çarpan etkisi ile daha küçük ve hafif bir elektrikli motor kullanımına yer açtı. VVT-i sisteminin yerine geliştirilen VVT-iW supap kontrolü benzinli motorun Otto Çevrimi’ne dönebilmesine yani çift çevrim ile çalışmasına imkan verdi. Sistem ilk tasarlandığında sadece marş motoru ve jeneratör olarak çalışabilen MG1, eklenen bir kavrama ile ani güç taleplerinde MG2 gibi tekerlekleri tahrik edebilen ilave bir güç sağlayıcısına dönüştürüldü. TNGA platformu ile beraber tahrik aküsü olarak görev yapan yüksek gerilim bataryasının bagaj zemini yerine arka koltuk sırası altına yerleştirilmesi bagaj hacmindeki zaafı ortadan kaldırdı. Nikel Metal akülerden Lithium ion bataryalara geçiş ise otomobile ağırlık tasarrufu sağladı. Ortaya çıkan yeni türevler ile hybrid sistem zenginleşti; büyük batarya ile hatırı sayılır bir elektrikli menzil sağlayan Plug-in Hybrid versiyon ve ayrıca arka aksında elektrikli motor bulunan bir AWD versiyon üretildi. Güç çıkışında 120 HP’den 140 HP’ye yapılan iyileştirme ile zaten tasarruflu olan sistem bu özelliğini kaybetmeden rekabetçi performans değerlerini yakaladı. Gaz pedalı hareketleri ile otomobilin hızlanma eğilimi arasındaki uçurumun daralması, yani daha az rubber band effect, sistemin keyif de vaat edebildiğini gösteriyor.
5. kuşağına ulaşan Hybrid Synergy Drive, 140 HP güç çıkışı karşılığında 1.5 tonluk bir gövde üzerinde 100 gr/km CO2 emisyonu yayan bir sistem olarak verimliliğin zirvesini yaşıyor. Ayrıca, bu mimari, içten yanmalı motorla yürüyen otomobiller arasında günlük kullanımda katalog verilerine en yakın sonuçları veren sistem. Tüketim aralığı benzinli ve dizel geleneksel örneklere göre çok daha dar, sapma daha az. Sistemin merkezinde görev yapan planet dişli seti, aktarma oranını sınırsız şekilde değiştirebildiğinden motor devri otomobilin hızından bağımsız olarak optimize ediliyor. Corolla Hybrid’de otoyolda 190 km/h ile seyir sırasında 2.000 devir ile sürüş mümkün. Hiçbir şanzımanda Power Split Device’ın sağladığı bu değişkenliğin bir eşi benzeri yok.
Toyota Corolla Hybrid’in 0.31 Cd‘lik hava sürtünme katsayısı ise aerodinamik yeteneklerinin “verimlilik” odaklı bir otomobil için etkileyici seviyede olmadığını gösteriyor (Corolla ile aynı şasiyi paylaşan 4. nesil Toyota Prius‘un değeri 0.24 Cd) Corolla karoseri daha aerodinamik olsaydı zaten ekonomik olan otomobil çok daha düşük tüketim sonuçlarına ulaşabilirdi.
Bununla beraber TNGA üzerine inşa edilen Toyota Corolla Hybrid, sürüş özellikleri konusunda şaşırtan bir otomobil. Büyüleyici değil ancak güvenilir. Olağan sürüş şartlarında hem şasi hem de direksiyon sürücü ile iletişime açık ve net geribildirimler ile çalışıyor. E210 kasa Corolla kuşağı yeni platformu ile önceki nesillere göre yere daha iyi basan daha nitelikli bir otomobil. Belki de artık Toyota‘ların altyapısında biraz BMW vardır. Toyota bu işbirliğinde, Hybrid sistem, bataryalar ve yakıt hücresi alanındaki derin birikimini BMW’ye açarken Alman üreticiden de bir şeyler öğrenmiş olmalı. Ancak Toyota hala sakinliği seviyor, riski sevmiyor. Otomobillerin karakteri kullanıcısına bulaşır. Bazı otomobiller sürücüsünü dinamik kullanıma teşvik eder, sürücüsünü eğitir ve geliştirir. Bu otomobil ise hem powertrain’i ile hem de şasisi ile sakinliğe teşvik ediyor.
Hayatın Virajlı Yollarında 