Menet közben tisztítja a levegőt

a vadonatúj Toyota Mirai

2021-02-04

Néhány héten belül Magyarországra is megérkezik a világ legzöldebb, melléktermékként tiszta vizet kibocsátó személyautója, a vadonatúj Toyota Mirai. A Toyota úttörő, zéró károsanyag-kibocsátású hidrogén üzemanyagcellás elektromos szedánja a Toyota moduláris GA-L platformjára épül, amely a belső egységek jobb elrendezését és tágasabb ötüléses utasteret tesz lehetővé. Az új platform lehetővé tette a modell előző generációjához képest egy további (harmadik) hidrogéntartály beépítését.

A Toyota elképzelése szerint a jövőbeni hidrogénalapú fenntartható társadalomban a hidrogén egy nagy mennyiségben rendelkezésre álló, hatékony energiahordozó és energiatároló lesz. Ez az anyag képes elősegíteni a zéró karbonkibocsátású mobilitást, ráadásul nemcsak közúti járművekben, hanem vasúton, a hajózásban, a repülésben, az iparban, az üzleti életben és az otthoni felhasználásban is. A hidrogén fenntartható módon tárolja a megújuló energiát, és bárhová elszállítható. A Toyota 1992-ben kezdte meg a hidrogén üzemanyagcellás elektromos jármű fejlesztését, és 2014-ben mutatta be a Mirai szedánt a világpiacon.

Az áttörés kiindulópontját az adta, hogy világszinten a vállalat rendelkezett a legnagyobb tapasztalattal a hibrid technológiában – ez a technológia pedig stabil alapot jelent a legkülönbözőbb elektromos hajtásláncok széles palettájához. A hibrid technológia alapkoncepcióját sikeresen használták fel hibrid elektromos (HEV), konnektorról tölthető hibrid elektromos (PHEV), akkumulátoros elektromos (BEV), és a Miraitól kezdődően üzemanyagcellás elektromos (FCEV) járművekhez.

Mindegyik megoldás más-más mobilitási igényhez jelent előnyt: a BEV-k rövidebb utakra és városi környezetbe valók, a HEV-k és a PHEV-k általános használatra és hosszabb távú személyszállításra, az FCEV technológia pedig nagyobb személyautókba, nehézgépjárművekbe és tömegközlekedésben használt járművekbe való. Az új generációs Mirai bemutatásával olyan autó született, amely újabb szintre emeli az FCEV technológiát, és dinamikus, kortárs megjelenésével és élvezetesebb menettulajdonságaival még vonzóbb a vásárlók számára.

A teljesen újratervezett üzemanyagcellás rendszernek, a belső egységek intelligens elrendezésének és a hatékony aerodinamikai kialakításnak köszönhetően a hatótávolság megnövekedett, és akár 650 km is lehet. Mindez úgy, hogy az autó tiszta vízen kívül semmilyen anyagot nem bocsát ki.

vadonatúj Toyota Mirai
Tökéletesebb formaterv és menettulajdonságok

Az új Mirai fejlesztése során a Toyota mindent elkövetett annak érdekében, hogy az autót vonzóbbá tegye az ügyfelek számára. Ez a törekvés a menettulajdonságoktól kezdve a formaterven át a vezethetőségig minden területre kiterjedt. Elsődleges fontosságú cél volt, hogy az első generációs Miraihoz, és az átlagos akkumulátoros elektromos járművekhez képest fokozták a hatótávolságot. Megnövelték a teljesítményt és a hidrogén üzemanyagtartályok méretét, javítottak a hatásfokon és az aerodinamikán. Ezeknek köszönhetően a hatótávolság harminc százalékkal, 650 kilométer körüli értékre növekedett. Így a Mirai már valóban alkalmas hosszú távú autózásra.

A Toyota moduláris GA-L platformjára épült Mirai fődarabjainak elrendezésén is finomítottak. Az új FCEV hajtáslánc elemeit hatékonyabban és jobban kiegyensúlyozva rendezték el. Figyelemre méltó, hogy az üzemanyagcella-köteg az utastér mögül előre vándorolt. Ennek eredményeképpen tágasabb lett az ötszemélyes utastér, és a hátsó utasoknak nagyobb lábtér jut.

Az új Mirai arányai is vonzóbbak: az autó magassága 65 mm-el csökkent (1470 mm), tengelytávja 140 mm-el növekedett (2920 mm). A 85 mm-el hosszabb hátsó túlnyúlás eredményeképpen az autó hossza 4975 mm. A 75 mm-el szélesebb nyomtáv és a nagyobb, 19 vagy 20 colos kerekek miatt az új Mirai kiállása alacsonyabb és dinamikusabb, vizuális tömegközéppontja pedig alacsonyabb.

Érzelemgazdag kisugárzás

Az új Mirai tervezésének egyik legfontosabb célkitűzése az volt, hogy az autó ne csupán gazdaságos, hanem érzelemgazdag kisugárzású is legyen, vagyis látványával és az általa nyújtott vezetési élménnyel is vonzalmat keltsen. Ez a kettős cél a Toyota FCEV-technológiában betöltött vezető szerepének és az új GA-L platform alkalmazásának segítségével sikeresen megvalósult.

A GA-L platform

A GA-L platform használatával lehetővé vált, hogy az üzemanyagcella-köteget és a hajtáslánc elemeit hatékonyabb helykihasználással rendezzék át. Ennek eredményeképpen az ötüléses utastér tágasabb, a tömegeloszlás pedig kiegyensúlyozottabb lett. A legfontosabb mégis az, hogy ez az elrendezés lehetővé tette három nagy nyomású hidrogéntank beépítését; ezáltal növekedett az üzemanyagtartályok térfogata, és 30 százalékkal nagyobb lett a hatótávolság is. A tartályokat T alakban rendezték el, a leghosszabb a jármű padlózata alatt hosszirányban kapott helyet, a két kisebb pedig keresztben, a hátsó ülések és a csomagtartó alatt.

Együttesen 5,6 kg hidrogén tárolására alkalmasak, míg az előző Mirai két tankjába 4,6 kg fért. A tartályok elhelyezése hozzájárul az autó alacsony tömegközéppontjához, és nem rabol helyet a csomagtérből. Az új felépítés révén a vadonatúj hidrogén üzemanyagcellát a padló alól az autó első részébe (ami a hagyományos motortérnek felel meg) lehetett áthelyezni. A kompakt, nagyfeszültségű akkumulátor és az elektromotor a hátsó tengely felett kapott helyet.

A hajtáslánc elrendezését úgy optimalizálták a Toyota mérnökei, hogy az új Mirai tömegeloszlása elöl/hátul 50:50 legyen. A tartályok erős, több rétegű szerkezetűek, és tömegüket tekintve nagyon hatékonyak: a hidrogén 6 százalékot teszi ki az üzemanyag és a tartályok kombinált tömegéből.

vadonatúj Toyota Mirai
Új üzemanyagcella köteg

A Toyota új üzemanyagcella-kötegét és az üzemanyagcella teljesítményátalakítóját (FCPC) kifejezetten a GA-L platformhoz tervezték. A mérnököknek sikerült minden elemet (a vízpumpákat, a közteshűtőt, a légkondicionálót, a levegőkompresszorokat és a hidrogénkeringtető szivattyúkat) a cellaköteg házába beépíteni.

Ezt az tette lehetővé, hogy minden egység kisebb és könnyebb lett, miközben teljesítménye növekedett. A cellaköteg háza is kisebb, mivel elemeit dörzshegesztéssel erősítették össze, így a ház és az üzemanyagcella között kisebb rést lehetett hagyni. Akárcsak az előző Mirainál, úgy itt is szilárd polimert használtak az üzemanyagcella köteghez, aminek a mérete kisebb, és 370 helyett csak 330 cellát tartalmaz. Ennek ellenére energiasűrűség szempontjából rekordértéket produkál, ami 5,4 kW/l (a szélső lemezek nélkül).

A legnagyobb teljesítmény 114-ről 128 kW-ra növekedett. Hideg időben is javult az üzemanyagcella teljesítőképessége, a hidegindítás már akár mínusz harminc foktól lehetséges. Mivel a rendszer kapcsolódó elemei mind a házon belül helyezkednek el, kevesebb összetevőre volt szükség, ami újra csak hely- és tömegcsökkenéssel járt. A részegység átfogó tökéletesítésének eredményeképpen 50 százalékos tömegcsökkentést és 12 százalékos teljesítménynövekedést sikerült elérni. További megfontolásoknak köszönhetően a mérnökök áthelyezték a levegő szívócsonkot, csökkentették a cella tömegét és méretét, optimalizálták a gázcsatorna szeparátor alakját és innovatív anyagokat használtak az elektródáknál.

Az egység részei az üzemanyagcella DC-DC átalakítója (FDC), valamint moduláris nagyfeszültségű elemek, mivel ezeknek is 21 százalékkal csökkent a mérete az előző rendszerhez képest. A tömeg 2,9 kilogrammal 25,5 kilogrammra csökkent. A méretcsökkentéshez fejlett technológiát használtak, így a Toyota először alkalmazott új generációs szilikon-karbid félvezető anyagot az intelligens IPM tranzisztorokban.

Ez nagyobb teljesítményt és kisebb áramfogyasztást eredményez, ráadásul így kevesebb tranzisztorra van szükség, aminek köszönhetően kisebb lehet az FCPC. Ugyanez a méret- és tömegcsökkentő szemlélet jellemzi az üzemanyagcella-köteg más részeit is. A szívócsonkot kis veszteségre tervezték, és zajcsökkentő anyagot tartalmaz, így az utastérben nem hallható a zaja. A kipufogó műgyanta csöve nagy mennyiségű levegő és víz kibocsátására alkalmas. Az utastér csendjéhez a nagy méretű zajcsillapító dob járul hozzá. A teljes rendszer közel harminc százalékkal kisebb, mint az előző Miraié, és több mint egyharmaddal (34,4%) könnyeb.

vadonatúj Toyota Mirai
Lítiumion akkumulátor

Az új Mirai az előző modell nikkel-metál hidrid akkumulátorával szemben nagyfeszültségű lítiumion akkumulátort használ. Habár ennek kisebb a mérete, az energiasűrűsége és kapacitása nagyobb, ráadásul elsőrangú környezetvédelmi teljesítményt nyújt. 84 cellát tartalmaz, névleges feszültsége 310,8, kapacitása 6,5 Ah (előzőleg 244,8 és 4,0 Ah). A teljes tömeg 46,9-ről 44,6 kilogrammra csökkent. A teljesítmény 25,5 kW x 10 másodpercről 31,5 kW x 10 másodpercre nőtt. A kisebb méretnek köszönhetően az akkumulátort a hátsó ülések mögé tudták beépíteni úgy, hogy nem nyúlik bele a csomagtérbe. A hűtőlevegő-bevezetés útját optimalizálták, a diszkrét belépőnyílások a hátsó üléssor két oldalán kaptak helyet.

Dinamikus teljesítmény

Azáltal, hogy az új Miraihoz az új GA-L platformot használták fel, az autó vezethetősége sok szempontból élvezetesebb lett, mivel alacsonyabbra került a tömegközéppont, javult a tehetetlenségi karakterisztika, és lényegesen merevebb lett karosszéria. Mindezek érezhetően javítja a Mirai dinamikus menetteljesítményét. Mivel az üzemanyagcella-köteget a padló alól a kocsi elejébe helyezték át, az akkumulátort és az elektromotort pedig hátra, sikerült 50:50 arányú első/hátsó tömegeloszlást elérni. Ezzel a megoldással az elsőkerékhajtású autókhoz hasonló karakterisztikájú menetstabilitást sikerült létrehozni.

A karosszéria stabilitását stratégiai helyeken alkalmazott megtámasztásokkal és merevítésekkel, valamint a ragasztóanyagok szélesebb körű alkalmazásával és lézerhegesztéssel fokozták. Az új platform része a több lengőkaros első és hátsó felfüggesztés, melyet a korábban alkalmazott MacPherson első rugóstagok és torziós hátsó lengőkarok helyett használnak. Ez a kialakítás magas szintű stabilitást, jó kormányozhatóságot és menetkomfortot biztosít. További fontos részlet a vastagabb stabilizátorrudak használata, az alsó és felső gömbcsuklók optimális pozícionálása, és nagyobb futóműmerevség és rugalmasság, amelynek eredménye a jobb reakciókban és menetstabilitásban mutatkozik meg. További előnyöket jelent a nagyobb kerekek és gumiabroncsok használata.

A 235/55 R19 illetve 245/45 R20 méretű, alacsony gördülési ellenállású és csendes futású abroncsokat szerelt19 és 20 colos kerekek hozzájárulnak az alacsony üzemanyag-fogyasztáshoz, a jó vezethetőséghez és stabilitáshoz, valamint a csendes utastérhez. A nagyobb átmérőjű kerekek és gumiabroncsok használata teszi lehetővé a három üzemanyagtartályhoz szükséges hely kialakítását. A vezethetőség és stabilitás javulásához, illetve a nagyobb hatótávolsághoz is jelentős mértékben hozzájárul a javított aerodinamika, az alacsonyabb tetővonal, a kisebb légellenállási tényező és a padlólemez teljes alsó borítása.

Az új Mirai menetkarakterisztikája is javult. Az új üzemanyagcella-köteg és akkumulátor nagyobb teljesítménye sima, lineáris elindulást és gyorsulást eredményez, teljes összhangban a vezető gázparancsaival. Az autópályamenet pihentető és stresszmentes, az autó pedig bármilyen sebességnél kiválóan reagál. Kanyargós országutakon az új Mirai nyugodtan fekszi az utat, és jól gyorsul ki a kanyarokból.

vadonatúj Toyota Mirai
Menet közben tisztítja a levegőt

Az új Mirai környezetvédelmi teljesítménye még a zéró károsanyag-kibocsátáson is túlmutat, mert „negatív” az emissziója. Ez az autó valójában tisztítja a levegőt menet közben. A Toyota újítása a katalizátor-szerű szűrő a szívócsőben. Az üzemanyagcellához beszívott levegő egy elektromosan töltött, nem szövött szerkezetű szűrőanyagon halad át, ami felfogja a mikroszkopikus méretű szennyező anyagokat, beleértve a kéndioxidot (SO2), a nitrogénoxidot (NOx) és a PM 2.5 részecskéket. A rendszer hatékonyan szűri ki a 0 és 2,5 mikron közötti méretű, az üzemanyagcella által beszívott levegőben található részecskék 90-100 százalékát.

A cél az eladások megtízszerezése

Az új Mirai bemutatásával a Toyota arra készül, hogy megtízszerezi az eladásokat. Ezt a növekedést az új modell nagyobb teljesítménye és komolyabb vonzereje mellett az is támogatja majd, hogy a mintegy 20 százalékos árcsökkenésnek köszönhetően az jóval megfizethetőbb lesz. A hidrogénhajtású FCEV autók mindennapos használati értéke folyamatosan növekszik majd, ahogy a piacokon javul a hidrogéntöltő infrastruktúra, növekszik a hidrogénkutak száma, a kormányok és helyi hatóságok pedig kedvezményekkel és szabályozások bevezetésével segítik a tisztább mobilitás elterjedését.