Sulla paternità dei moderni sistemi ibridi c’è un acceso dibattito, soprattutto tra i più importanti costruttori giapponesi su chi abbia introdotto per primo la tecnologia ibrida sulla produzione di massa automobilistica. Indipendentemente da questo aspetto è innegabile che il costruttore che più di tutti creduto in questa tecnologia sia stato Toyota con la Prius.

Una vettura nata figlia dell’efficienza, con un design che sacrificava l’estetica sull’altare dell’aerodinamica fino alla quarta generazione. La nuova piattaforma TNGA, infatti, si evolve andando ponendo l’accento sullo stile, prestazioni e dinamica ponendosi l’ambizione di regalare emozioni attraverso l’evoluzione della tecnologia ibrida HSD; Hybrid Synergy Drive. Un cambio di filosofia tecnica che soddisfa le esigenze degli automobilisti europei senza rinnegare il proprio credo tecnologico.

Full Hybrid e Plug In con diversi livelli di potenza

La nuova Toyota Prius e CR-R, adottano due schemi di funzionamento misto serie/parallelo; il classico Full Hybrid da 197cv per la 2WD e 199cv per la i-AWD con doppio motore elettrico sull’asse posteriore, ed un evoluto sistema PHEV o Plug-In con potenza di 223cv e batteria da 13,6KwH.

L’unita ICE, ovvero il motore benzina, è lo stesso per entrambe le versioni. Il nuovo Dynamic Force Engine adotta tecnologie di combustione ad alta velocità limitando il funzionamento a ciclo Atkinson/Miller. Un propulsore che garantisce una maggiore efficienza termica, con conseguente rendimento elevato grazie alla riduzione della perdite. Viene riprogettato il collettore di scarico e viene adottato un circuito di raffreddamento a portata variabile. Inoltre vengono ridisegnati gli organi meccanici di movimento per raggiungere un valore di efficienza del 41%.

Nuovo 2.0 litri M20A-FXS da 152cv

Il motore M20A-FXS è un quattro cilindri con cilindrata di 1983Cm3 ottenuta con un alesaggio di 80.5 per una corsa di 97.6 con un design di tipo sotto-quadro, cioè a corsa lunga per un rapporto corsa/alesaggio pari a 1,2. Rispetto al passato cambia la gestione della fase di espansione aumentando con un rapporto di compressione che varia da 13:1 a 14:1. Rispetto al classico ciclo Atkinson la nuova logica di apertura della valvola di aspirazione implementa l’effetto Tumble per avere una maggiore densità dell’aria aspirata cambiando velocità di combustione della miscela aria benzina. Nella fase di compressione, la valvola resta aperta per un tempo più limitato. In questo modo viene limitata la variante di cilindrata tipica dell’Atkinson, per aumentate il rapporto di compressione e di conseguenza più potenza con una curva di coppia più corposa e lineare su tutto l’arco di giri.

Il sistema di fasatura delle valvole VVT-i sia all’aspirazione che allo scarico con camme a profilo concavo ed una biella dal disegno più compatto riducendo l’inerzia e aumentando la capacità di risposta. Le valvole aumentano l’angolo tra l’aspirazione e lo scarico per migliorare la fase di aspirazione per consentire alla miscela di essere compressa maggiormente intorno alla candela di accensione. La sede della valvola di aspirazione è rivestita al laser per sopportare il maggiore stress dovuto all’aumento del rapporto di compressione. L’accensione adotta una bobina ad alta energia con sistema di iniezione D-4S con un nuovo iniettore diretto multi-foro.

Il sistema di raffreddamento migliorato nella sua efficienza mentre viene utilizzata una pompa dell’olio a portata variabile adottando olio motore a bassa viscosità. La centralina di controllo dell’iniezione carburante gestisce anche il funzionamento della valvola EGR, ed il controllo della pompa dell’olio. L’asse del cilindro è sfalsato rispetto a quello dell’albero motore per consentire al pistone di raggiungere il punto morto superiore con minore sforzo ed un accelerazione istantanea più alta per una migliore risposta e più efficienza nella gestione delle perdite meccaniche. Il risultato è un incremento di potenza rispetto alla passata motorizzazione di 100cv portandosi a 152 CV a 6000 giri/min, e 188Nm di coppia disponibile da 4400 a 5200giri/min, per un valore di potenza specifica di 76.5cv/litro.

La differenza sostanziale tra gli schemi meccanici HEV, HEV con i-AWD e PHEV sta nella disponibilità della propulsione elettrica. Tutte hanno un motore elettrico 1VM, migliorato aggiungendo due magneti permanenti, e modificando le piastre esterne al rotore. Il risultato è una maggiore potenza ma soprattutto una maggiore compattezza e risposta più rapida alle sollecitazioni del pedale del gas.

Nuovo motore elettrico sincrono con peso ridotto e diversi livelli di potenza

Il motore elettrico, unito alla trasmissione, eroga diversi livelli di potenza diversi. Le varianti full hybrid HEV utilizzano una macchine elettrica sincrona da 113cv e 206Nm di coppia per una potenza di sistema di 197cv. Per la versione con i-AWD viene aggiunto un motore posteriore sempre sincrono 1VM da 41cv e 84Nm di coppia per una potenza di sistema migliorata di 199cv, mentre la Prius PHEV la stessa unità di potenza che eroga 163 CV e 208Nm di coppia per una potenza totale del sistema di 223 CV con batteria da 13,6kwH.

Oggi, la propulsione ibrida Toyota, soprattutto nella sua configurazione plug-in offre doti di potenza e divertimento al volante, coadiuvato da una meccanica appositamente concepita come la piattaforma tecnica TNGA che rende le ultime nate di casa Toyota anche più divertente da guidare offrendo allo stesso tempo una migliore efficienza in termini di risparmio di carburante ed emissioni.

Più rapida ed efficiente la trasmissione

Le dimensioni e il peso totali del sistema sono stati ridotti sia della parte endotermica che di quella elettrica oltre che la trasmissione. La rimozione della frizione unidirezionale tra i due motori elettrici, quello di potenza MG1 ed il generatore MG2, è stata resa possibile proprio la presenza del nuovo motore elettrico di potenza che grazie alle ridotte perdite offre eccellenti prestazioni di accelerazione, minori consumi di carburante configurandosi per un ulteriore evoluzione in futuro.

Il sistema utilizza una nuova unità di controllo della potenza (PCU), che include un convertitore CC-CC integrato con una gestione della potenza più elevata, utile per convertire la tensione più velocemente funzionando ad una frequenza modificata apposta per ridurre l’effetto scooter in abitacolo. L’unità, montata direttamente sopra la trasmissione, fornisce il 120% della potenza rispetto alla versione precedente potendo gestire il 60% di potenza con un peso ridotto del 20% grazie all’ottimizzazione degli organi di trasmissione. La lubrificazione è passata da carter secco riducendo i livelli del fluido della trasmissione dinamica adottando un olio a bassa viscosità per ridurre l’attrito interno migliorando l’efficienza della trasmissione.

Batteria con maggiore densità e peso contenuto

La batteria ad ioni di litio ha una densità maggiore del 50% adottando il 30% di celle in meno contenendo il peso rimanendo simile alla passata generazione. L’uso di una batteria di maggiore capacità consente inoltre l’introduzione del Regeneration Boost per una decelerazione più forte con un maggiore recupero di energia. Il conducente può selezionare una delle tre diverse modalità di rigenerazione: dolce, media e forte, con una decelerazione fino a circa l’80% ottenuta senza la necessità di applicare il pedale del freno sfruttando la guida one-pedal. La ricarica può avvenire con un caricatore AC da 3,3 kW dalla rete elettrica standard da 220 V da zero a piena in sole quattro ore.

Il miglioramento della configurazione ibrido plug-in ha consentito di ottenere prestazioni in grado di accelerare per lo 0 a 100 km/h in 6,8 secondi con un consumi dichiarato secondo il ciclo di omologazione WLTP di 0,5 l/100 km e il livello di emissioni di CO2 combinate è estremamente basso di 11 g/km.

In collaborazione con Toyota T-Motor San Lazzaro di Savena (BO), Modena e Imola