W tle sukcesu wielu modeli Toyoty – w tym tak przełomowych jak Prius, RAV4 czy Lexus LS400 – stoją innowacje, o których rzadko się mówi, a bez których jednak samochody te nie byłyby tak udane. Niektóre rozwiązania ułatwiają prowadzenie pojazdu, inne wpływają na bezpieczeństwo i komfort jazdy. Lista innowacji wprowadzonych przez Toyotę do kanonu światowej motoryzacji jest imponująco długa.

 

Hydrauliczne wspomaganie układu kierowniczego z działaniem zależnym od prędkości jazdy – 1974 rok

Pierwsze układy kierownicze ze wspomaganiem hydraulicznym pojawiły się w latach pięćdziesiątych XX wieku – początkowo w Stanach Zjednoczonych, później także w Europie. Zapewniały duży komfort w prowadzeniu i manewrowaniu pojazdem. Wówczas rozwiązanie to było stosowane wyłącznie w najdroższych pojazdach, głównie w luksusowych limuzynach, a także w niektórych samochodach ciężarowych.

Układ kierowniczy ze wspomaganiem świetnie sprawdzał się przy wolnej jeździe – podczas manewrowania na parkingach kierownicę amerykańskich krążkowników można było obracać dwoma palcami – lecz przy większych prędkościach jego działanie było zbyt silne i pojazd prowadził się nieprecyzyjnie. Rozwiązaniem był układ kierowniczy ze wspomaganiem działającym odwrotnie proporcjonalnie do prędkości jazdy. Próbę opracowania takiego mechanizmu podjęli Francuzi z firmy Citroën, jednak dedykowany system DIRAVI stosowano głównie w pojazdach tej marki ze specyficznym, hydropneumatycznym zawieszeniem wypełnionym płynem hydraulicznym typu LHM.

Prawdziwym przełomem był układ wspomagania kierownicy firmy Toyota. W zaprezentowanym 25 października 1974 roku modelu Crown 5. generacji (seria MS80/MS85) zastosowano innowacyjny system wspomagany elektroniką. Przy wolnej jeździe, podczas parkowania czy innych manewrów działał z dużą siłą i pełną wydajnością, lecz przy wyższych prędkościach specjalne zawory tłoczkowe redukowały ciśnienie płynu hydraulicznego w układzie. Samochód prowadził się wówczas bardzo stabilnie i precyzyjnie. Z czasem ten innowacyjny układ trafił także do innych modeli Toyoty z górnych segmentów.

W literaturze motoryzacyjnej często spotyka się informację, jakoby pierwszym układem wspomagania z działaniem zależnym (odwrotnie proporcjonalnym) do prędkości jazdy był układ Servotronic zaprojektowany na zlecenie BMW dopiero w 1986 r. Bez cienia wątpliwości palma pierwszeństwa przypada jednak inżynierom Toyoty.

Panele z laminowanej stali tłumiące wibracje nadwozia – 1989 rok

Cisza panująca we wnętrzu samochodu podczas jazdy jest wyznacznikiem jego komfortu i luksusu. Im mniej decybeli – tym lepiej. O komfortowym charakterze pojazdu świadczy także skuteczne wytłumienie wszelkich wstrząsów i wibracji przenoszonych z kół i zawieszenia na karoserię, a ściśle mówiąc – do jej wnętrza.

Całkowita eliminacja drgań i wibracji jest naturalnie niemożliwa, jednak konstruktorzy prześcigają się w rozwiązaniach, które zredukują je do minimalnego poziomu. W latach 80. podczas prac nad prototypem Toyoty Celsior, która poza Japonią jest znana jako legendarny Lexus LS400 (UCF10), priorytetem inżynierów Toyoty była redukcja zbędnego hałasu i drgań we wnętrzu auta. Na komfort jazdy nowym autem miało wpływ wiele czynników: perfekcyjnie dostrojone zawieszenie, znakomicie dobrane materiały tłumiące, odpowiednia grubość szyb i uformowanie wewnętrznych elementów tapicerskich. To jednak japońskiemu producentowi nie wystarczyło.

Montaż ciężkich, pancernych szyb czy stali utwardzanej stosowanej w pojazdach pancernych nie wchodziło w grę – rozwiązania te podniosłyby niepotrzebnie masę pojazdu. Zresztą opancerzone limuzyny to odrębna kategoria pojazdów. W Toyocie szukano rozwiązań skutecznych i bardziej finezyjnych niż pancerne elementy.

Prowadząc badania, zespół inżynierów zainstalował czujniki w różnych punktach nadwozia, które rejestrowały natężenie wibracji przenoszonych podczas jazdy. Okazało się, że newralgicznym miejscem są stalowe elementy przy tzw. grodzi oddzielającej silnik od wnętrza w przedniej części pojazdu oraz część oddzielająca przestrzeń pasażerską od zawieszenia tylnej osi. Mówiąc obrazowo – stalowe elementy z przodu i z tyłu płyty podłogowej.

Znając przyczynę, zespół inżynierów Toyoty znalazł rozwiązanie. Zamiast elementów tradycyjnie wytłoczonych ze stali, zastosowano panele typu „sandwich”. Przestrzeń pomiędzy warstwami wysokojakościowej stali wypełniono specjalnym tworzywem sztucznym, znakomicie pochłaniającym wszelkie wibracje. Pomiędzy nimi zastosowano dodatkowe wstawki indukcyjne ze sproszkowanego metalu. Umożliwiały one bezpieczne spawanie paneli tłumiących przez sterowane komputerowo roboty spawalnicze na linii produkcyjnej fabryki Tahara.

Dzięki przełomowemu rozwiązaniu Toyota Celsior i Lexus LS 400 były w chwili rynkowego debiutu w październiku 1989 roku najlepiej wyciszonymi seryjnymi samochodami na świecie! Przy prędkości 100 km/h poziom hałasu we wnętrzu wynosił zaledwie 58 decybeli, co w praktyce oznacza dyskretny szum. W tym czasie topowe limuzyny niemieckich producentów osiągały poziom co najmniej 62 decybeli, zaś Toyota Carina (T170) – 65 decybeli. Warto zauważyć, że wzrost hałasu o zaledwie 2 decybele jest odczuwany przez ludzkie ucho jako dwukrotny.

Cisza i absolutny komfort, znakomite osiągi i nieprzeciętna jakość wykonania modelu Celsior/LS400 sprawiły, że ówczesny prezes koncernu Daimler-Benz i kojarzonej z luksusem marki Mercedes-Benz, dr Werner Niefer, przyznał szczerze pod koniec 1989 roku: „To nie BMW z dwunastocylindrowym silnikiem, lecz samochody takie jak Lexus, sprawiają, że się boję”.

RAV4, niedościgniony wzorzec SUV-a – 1994 rok

Który z producentów wymyślił segment SUV? Odpowiedź nie jest łatwa. Jedni uważają, że pierwszym autem tego typu był Ford Bronco (1966), inni twierdzą, że palma pierwszeństwa przysługuje amerykańskiej firmie International Harvester, która w 1960 roku wprowadziła model Scout 80. Niektórzy są zdania, że pierwszym SUV-em była Łada Niva czyli WAZ 2121 (1977) lub Land Rover Discovery Mk. I (1989).

Jednak pierwszym globalnym SUV-em w europejskim rozumieniu, czyli samochodem o podniesionym zawieszeniu i zdolnościach terenowych, lecz z samonośnym nadwoziem zamiast konstrukcji na ramie, była Toyota RAV4 (XA10). Pojazd powstał z wykorzystaniem mechanizmów popularnych modeli Corolla i Carina początkowo z nadwoziem 3-drzwiowym. Debiutował w maju 1994 roku w Japonii, a w ciągu następnych kilkunastu miesięcy trafił do Europy, by od wiosny 1995 roku dotrzeć do USA z nadwoziem 5-drzwiowym.

Idea RAV4 jako wzorcowego dziś SUV-a rodziła się latami. Już w 1972 roku zaprezentowano w Tokio prototyp rekreacyjnego pojazdu Toyota RV-2 z trzydrzwiowym nadwoziem shooting brake, a raczej połączeniem kombi z coupé. Bliższa współczesnym SUV-om była produkowana seryjnie Toyota Sprinter Carib (tylko Japonia) czyli kombi Tercel 4WD serii AL25 z 1982 r. Prawdziwą popularność zyskała jej następna generacja AE95. Lecz motoryzacyjni puryści stwierdzą, że było to raczej zwykłe kombi z napędem 4x4.

Prace nad lekką terenówką z kompaktowym, samonośnym nadwoziem Toyota rozpoczęła pod koniec lat 80. Projekt 153T dojrzewał, by w 1994 roku stać się seryjną Toyotą RAV4. Warto przypomnieć, że napęd na obie osie był od początku opcjonalny, oferowano także auta z napędem 4x2. 25 lat temu pojazd zdobył ogromną popularność na całym świecie. Pojazd ten zdefiniował segment kompaktowych SUV-ów i szybko znalazł naśladowców w postaci podobnych samochodów innych marek. Każda kolejna generacja RAV4 odnosiła globalny sukces. Dziś segmentowi SUV ton nadaje piąta już generacja oferowana od 2018 roku.

Pierwszy na świecie silnik z 3-biegunowymi świecami irydowymi – 1999 rok

Od zarania dziejów motoryzacji osiągnięcie optymalnego zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej spędzało sen z powiek konstruktorom silników. Z lotnictwa przejęto dwie świece na cylinder, eksperymentowano z ich długością, ilością elektrod oraz z materiałem, z jakiego wykonano ich elektrody.

W latach 80. i 90. szczytem osiągnięć wydawała się świeca z platynowymi elektrodami. Ciągła pogoń za wydajniejszym spalaniem mieszanki, lepszymi osiągami i niższym zużyciem coraz droższego paliwa sprawiła, że na początku lat 90. Toyota i Nippondenso (od 1996 roku Denso Corporation) rozpoczęły prace nad nowym typem świec.

Ich elektrody wykonano z irydu, metalu szlachetnego, wyjątkowo odpornego na działanie obecnego w procesie spalania tlenu. Świeca z elektrodami z irydu jest trwała, wytrzymuje przebieg nawet 130 tys. kilometrów, czyli wielokrotność przebiegu świec z tradycyjnymi elektrodami. Ponadto jest praktycznie bezobsługowa, nie wymaga regulacji szczeliny. Silnik ze świecami irydowymi bardzo spontanicznie reaguje na otwarcie przepustnicy, a jednocześnie rozwiązanie to przyczynia się do poprawy procesu spalania, łącząc przeciwstawne wymogi – wyższą moc i niższe zużycie paliwa. Minusy? Tylko wyższa cena, lecz dzięki kilkakrotnie rzadszym wymianom ich cena szybko się zwraca.

Po raz pierwszy świece z trzema elektrodami wykonanymi z irydu zastosowano seryjnie w silniku Toyota 2JZ-FSE – zasilanej bezpośrednim wtryskiem paliwa rzędowej szóstce. Jednostka ta zadebiutowała w modelu Crown Majesta 3.0 D-4 (S177) we wrześniu 1999 roku. Na światowe rynki świeca Denso z irydowymi elektrodami trafiła w 2003 roku. Obecnie stosują ją także inni producenci pojazdów.

Wałek wyrównoważający z kołami zębatymi z tworzywa sztucznego – 2000 rok

Wysoki poziom drgań i wibracji oraz niska kultura pracy silników to kolejny problem, z którym od początku zmagają się konstruktorzy. Kultura pracy silnika jest zwykle proporcjonalna do liczby cylindrów, lecz jednostki 8-, 12- czy nawet 16-cylindrowe montuje się tylko w bardzo nielicznych samochodach sportowych o wysokich osiągach lub w luksusowych limuzynach. A co z najpopularniejszymi silnikami 4-cylindrowymi?

Rozwiązaniem był wałek wyrównoważający, montowany czasem także parami. Wałek (lub wałki) znajdują się w bloku jednostki napędowej. Napędza je wał korbowy, lecz obracają się od niego szybciej, na zasadzie mimośrodu i w przeciwnych kierunkach. Wałki wyrównoważające eliminują zbędne drgania i wibracje powstające w trakcie ruchu posuwisto-zwrotnego wykonywanego przez tłoki i korbowody.

Wczesne wałki wyrównoważające miały koła zębate wykonane wyłącznie ze specjalnych stopów stali. Wadą ich była stosunkowo wysoka masa. Redukowały wprawdzie drgania, lecz jednocześnie emitowały dość wysoki poziom hałasu. W latach 90. inżynierowie działu silnikowego Toyoty znaleźli optymalne rozwiązanie. Wałki wyrównoważające wyposażono w koła zębate wykonane ze specjalnego tworzywa sztucznego. Udało się dzięki temu zredukować ich masę oraz poziom hałasu.

Wprowadzona do masowej produkcji w lipcu 2000 roku jednostka napędowa 1AZ-FSE, w której po raz pierwszy na świecie zastosowano seryjnie to rozwiązanie, pracowała naprawdę cicho i płynnie. W Polsce silnik 1AZ-FSE był oferowany m.in. w 147-konnej Toyocie Avensis 2.0 D-4 VVT-i zasilanej bezpośrednim wtryskiem benzyny (2003). Rozwiązanie to sprawdziło się znakomicie także w samochodach marki Lexus.

Pierwszy na świecie seryjnie produkowany elektryczny kompresor układu klimatyzacji ES18 – 2003 rok

Gdy w grudniu 1997 roku zaprezentowano pierwszy seryjnie produkowany samochód hybrydowy – Toyotę Prius, motoryzacyjny świat oniemiał z wrażenia nad skalą zastosowanych innowacji. Koncepcja hybrydy była znana już w pierwszej dekadzie XX wieku, lecz to projektanci Toyoty udoskonalili to rozwiązanie do tego stopnia, że można było je wprowadzić na komercyjny rynek. Zalety napędu hybrydowego były oczywiste.

W tym czasie, pod koniec lat 90. systemy klimatyzacyjne stały się standardem w autach kompaktowych. Przewidziano go także w pierwszym modelu Priusa jako standard. Tu jednak pojawił się problem: kompresor klimatyzacji był napędzany silnikiem spalinowym za pomocą paska, czyli w tradycyjny sposób znany od lat z aut spalinowych. Gdy pojazd poruszał się za pomocą silnika elektrycznego, kompresor tracił napęd, wyłączając klimatyzację. Ograniczone działanie klimatyzacji w upalnym kalifornijskim klimacie, gdzie trafiła większość Priusów pierwszej generacji, był łyżką dziegciu w beczce miodu.

Problem ten stał się wyzwaniem dla działu projektującego układy elektryczne w koncernie Toyota. Inżynierowie mieli także silne wsparcie kolegów z firmy Denso. Rozwiązanie, które zespół wypracował, otrzymało symbol ES18. Był to pierwszy na świecie produkowany seryjnie kompresor (sprężarka) klimatyzacji z napędem elektrycznym. Napęd hybrydowy dostarczał przecież kilkadziesiąt kilowatów, a układ klimatyzacji wymagał zaledwie niewielkiej ich części. Pod warunkiem, że kompresor miał napęd elektryczny.

Latem 2003 roku wraz z premierą drugiej generacji Priusa (model XW20) zadebiutowała nowa klimatyzacja z wydajnym napędem, działającym także wówczas, gdy silnik spalinowy nie pracował. Dziś przełomowa innowacja Toyoty jest stosowana także przez innych producentów samochodów hybrydowych, a kierowcy mogą cieszyć się przyjemnym chłodem we wnętrzu także wówczas, gdy ich hybryda pracuje w trybie elektrycznym.