Kako deluje Toyota Hybrid (HSD)?

Vsi se dobro zavedajo, da ima Toyotina hibridizacija HSD sloves delavnice. Naprava japonske znamke (Aisin collaboration) ni znana le po svoji učinkovitosti, temveč tudi po zelo dobri zanesljivosti. Vendar ga zaradi zapletenosti in številnih možnih načinov delovanja ni enostavno razumeti.

Zato bomo poskušali razumeti, kako deluje Toyotina hibridna naprava, znameniti Serial / Parallel HSD e-CVT. Slednji vam omogoča 100% električno vožnjo ali kombinacijo električnega in toplotnega. Tukaj se lotim nekoliko zapletene teme, včasih pa jo moram nekoliko poenostaviti (čeprav to ne škodi logiki in načelu).

Zdaj vedite, da HSD menjalnike izdeluje Aisin (AWFHT15), katerega Toyota ima v lasti 30 %, in da dobavljajo hibridne in nehibridne menjalnike skupini PSA, ko gre za EAT ali e-AT8. škatle. (hibrid2 in hibrid4). Zdaj smo v četrti generaciji glede tehničnega razvoja. Čeprav splošno načelo ostaja enako, so bile narejene majhne izboljšave na sredinski planetni prestavi ali postavitvi, da se doseže kompaktnost in učinkovitost (na primer krajše dolžine kablov zmanjšajo električne izgube).

Sintetična razlaga

Če želite celosten pogled na delovanje HSD, je tu razlaga, ki povzema. V članku morate iti dlje, da se poglobite ali poskusite razumeti, kaj se vam na tej stopnji izmika.

Tukaj je vloga vsake komponente in tehnične specifikacije HSD:

• ICE (motor z notranjim zgorevanjem) je toplotni motor: vsa energija izvira iz njega, zato je osnova vsega. Povezan je z MG1 prek epicikličnega vlaka.
• MG1 služi kot električni generator (poganja toplotni motor) in kot variator menjalnika. Povezuje ICE z MG2 preko planetarnega orodja (planetarno). MG2 je priključen neposredno na kolesa, zato se, če se kolesa vrtijo, obrača in če tudi kolesa obrača (skratka, med njima ni možno izklopiti) ...
• MG2 služi kot vlečni motor (največja razdalja 2 km ali 50 km pri priključku / za ponovno polnjenje) in tudi kot električni generator (pojem: regeneracija)
• Planetarna oprema: povezuje MG1, MG2, ICE in kolesa skupaj (to ne moti, da so nekateri elementi zavarovani, medtem ko se drugi vrtijo, naučiti se morate in razumeti, kako planetna oprema oživi). Tudi po njegovi zaslugi imamo stalno spreminjanje / zmanjševanje, zato je on tisti, ki predstavlja menjalnik (prestavno razmerje se spremeni, zaradi česar se zavira ali "vzvratno": povezava med ICE in MG1)

Zmanjšanje je sestavljeno iz bolj ali manj dodajanja gibov motorja z notranjim zgorevanjem (toplotno) in MG2 (ki je togo povezan s kolesi, ne pozabimo).

Hibridni trener planetarnih zobnikov

Ta videoposnetek je kot nalašč za občutek delovanja Toyotine hibridizacije.

Novo: ročni sekvenčni način na Toyota HSD Hybrid?

Inženirji so uspeli simulirati (delno ..) poročila tako, da so igrali na to, kako bo MG1 zaviral ali vzvratno zaviral na neprogresiven način, da bi dobili jasnejša poročila. Prestavno razmerje generira MG1, ki bolj ali manj trdno in bolj ali manj »zdrsne« povezuje ICE in MG2 (MG2 = električni vlečni motor, predvsem pa kolesa). Zato je to zmanjševanje lahko postopno ali "razporedno", odvisno od tega, kako nadzoruje razdelilnik moči MG1.

Upoštevajte pa, da se pri delni obremenitvi ne čutijo menjave prestav ... In pri polni obremenitvi (maksimalni pospešek) se vrnemo na brezstopenjsko spremenljivo, ker je to edini način, da s tem sistemom dosežemo najboljše rezultate pospeševanja (računalnik zato zavrača za prestavljanje za največji pospešek).

Zato se ta način bolj uporablja za zaviranje motorja navzdol kot za športno vožnjo.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 in najvišja hitrost

Takole v resnici izgleda. Žal pri polni obremenitvi izgubimo sekvenčni način in ne čutimo več prestav.

Več različic?

Poleg različnih generacij ima sistem THS / HSD / MSHS, ki se uporablja pri Toyoti in Lexusu, dve glavni različici. Prva in najpogostejša je prečna različica, ki je danes utelešena v Aisin AWFHT15 (v zgodnjih 90-ih se je imenovala THS za Toyota Hybrid System. Zdaj je HSD za Hybrid Synergy Drive). Na voljo je v dveh bolj ali manj kompaktnih modelih: Prius / NX / C-HR (večji), corolla in Yaris (majhen).

Tukaj je sodobnejši (Prius 4) HSD menjalnik iz prečnih različic (zdaj sta dve različni velikosti, tukaj je večja). Je veliko bolj kompakten od variante, ki jo vidite spodaj (ne tistega tik pod vzdolžnim, celo spodaj...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 Hybrid Pospešek 0-180 km/h

Prius 4 pri polnem plinu, tukaj je znameniti učinek neprekinjenih sprememb, ki ga proizvaja kombinacija elektromotorjev / generatorjev, toplotnega stroja in centralnega planetarnega vlaka.

Potem pride na vrsto MSHS za večstopenjski hibridni sistem (o katerem ne bi smel govoriti tukaj ... Ker pa deluje identično, prihaja tudi od Aisina in je za skupino Toyota ...), ki je zelo pomemben. večja naprava, ki mora biti nameščena vzdolžno in ki lahko tokrat ustvari prave prestave, ki jih je 10 (4 prave prestave v škatli in kombinacija elektromotorjev na pameten način, da dosežemo 10. Skupaj torej ni večkratnik 4, vendar to ni pomembno).

Dejansko obstajata dve različici: AWRHT25 in AWRHM50 (MSHS, ki ima 10 poročil).

Precej prestižnejša vzdolžna različica (tukaj AWRHM50) je namenjena predvsem Lexusu (malokatera Toyota ima motor v tem smislu). Obstajata dve različici, od katerih lahko ena ustvari do 10 resničnih poročil.

2016 Lexus IS300h 0-100 km/h in načini vožnje (eco, normal, sport)

Vrnite se na 1:00 minuto in si oglejte, kako lahko AWFHT15 ustvari poročila. Nenavadno je, da slavnih "skokov v hitrosti" ne čutimo več, ko je motor polno obremenjen ... To je zato, ker je naprava najučinkovitejša (kronograf) v variatorskem načinu, tako da polna obremenitev povzroči normalno neprekinjeno variacijo.

Kako deluje Toyotin hibrid?

Kaj je torej osnovno načelo hibridne naprave HSD? Če bi morali to grobo povzeti, bi lahko govorili o toplotnem motorju, ki deluje z dvema motorjema/generatorjema (elektromotor je vedno reverzibilen) in katerega različne navore (vsakega motorja) krmili in krmili centralni planetarni vlak, vendar tudi električna intenzivnost (in smer električne energije), ki jo nadzoruje razdelilnik moči (v angleščini »inverter«). Reduktor (CVT menjalnik) je elektronsko krmiljen, zaradi česar motor MG1 deluje na specifičen način, pa tudi preko centralne planetarne prestave, ki omogoča kombiniranje več moči za izhodno eno.

Motor je mogoče popolnoma odklopiti od koles, pa tudi prek planetarnega pogona ...

Skratka, tudi če želimo poenostaviti, razumemo, da je ne bo tako enostavno asimilirati, zato se bomo osredotočili na osnovna načela. Vendar sem vam dal videoposnetek v angleščini, ki podrobno opisuje podrobnosti, tako da, če želite to narediti skozi, bi morali to narediti (seveda z motivacijo in zdravimi nevroni).

Tukaj je Prius 2, ki je manj kompakten od tistega, ki sem vam ga pokazal zgoraj. Oglejte si, kako so označili kompresor klimatske naprave (modro levo od motorja). Za razliko od katerega koli "običajnega" stroja ga poganja elektromotor. Kolesa so povezana z verigo, ki jo lahko vidimo v sredinskem delu na desni (desno na sredini elektronskega variatorja).

elektronski variator blizu

V profilu vidimo eno od vzmetenj koles, ki je preko diferenciala povezano z verigo.

Različni načini delovanja

Oglejmo si različne načine delovanja naprave in ob tem, zakaj se šteje za serijsko/vzporedno, medtem ko je hibridni sistem običajno eno ali drugo. Genialni način oblikovanja HSD omogoča oboje, zaradi česar je tudi nekoliko težavno ...

Toyota HSD naprava: podrobnosti in arhitektura

Tukaj je poenostavljena večbarvna arhitektura naprave HSD, ki vam pomaga pri povezovanju med komponentami.

Shema je narobe obrnjena v primerjavi z zgornjo fotko, ker je slikana iz drugega zornega kota... Jaz sem vzel shemo priusa 2 in je zato tukaj veriga, sodobnejše različice je nimajo, ampak princip se ne spremeni. v obeh primerih (bodisi veriga, gred ali zobnik je isto.

Tukaj je mehanizem podrobneje, ker je treba razumeti, da je sklopka tukaj pridobljena zaradi elektromagnetne sile med rotorjem in statorjem MG1.

MG1 je povezan z motorjem preko planetarnega zobniškega sklopa (zelenega) planetarnega zobniškega sklopa. To pomeni, da toplotni motor za vrtenje rotorja MG1 (srednji del) gre skozi planetarno prestavo. Ta vlak in motor sem poudaril v eni barvi, da lahko jasno vidimo njuno fizično povezavo. Poleg tega, in na diagramu ni poudarjeno, sta zelena satelit in modra sredinska sončna naprava MG1 fizično dobro povezana (med njima je vrzel), prav tako krona (rob vlaka). in zeleni satelit toplotnega stroja.

MG2 je neposredno povezan s kolesi preko verige, poganja pa tudi zunanjo planetno prestavo osrednje planetarne prestave (krona je temno modra, izbral sem isto barvo, da podaljšam planetno prestavo, tako da lahko jasno vidimo, da je povezana z MG2 ) ...

Tukaj je planetarni menjalnik spredaj, ne v profilu na zgornjem diagramu, bolje lahko vidimo povezave med različnimi prestavami, povezanimi z MG1, MG2 in ICE.

Težava je v razumevanju principa planetarnega vlaka, saj vemo, da notranji premiki ne sovpadajo glede na načine gibanja, temveč tudi na hitrost ...

Brez sklopke?

Za razliko od vseh drugih menjalnikov HSD ne potrebuje sklopke ali pretvornika navora (na primer, CVT potrebuje pretvornik navora). Tukaj elektromagnetna sila veže kolesa na motor skozi planetarni vlak zahvaljujoč MG1. Potem sta rotor in stator slednjega (MG1) tista, ki nato ustvarita učinek trenja: ko elektromotor zavrtite z roko, nastane upor, slednjega pa tukaj uporabljamo kot sklopko.

Še bolje je, če med trenjem (razlika v hitrosti med statorjem in rotorjem, torej med motorjem in kolesi) nastane elektrika. In ta elektrika bo shranjena v bateriji!

Zato sistem HSD velja za zelo inteligentnega, saj zagotavlja minimalno izgubo energije z rekuperacijo energije v trenutku trenja. Na klasični sklopki to energijo izgubimo pri toploti, tu se pretvori v elektriko, ki jo obnovimo v akumulatorju.

Tako tudi ni mehanske obrabe, saj ni fizičnega stika med rotorjem in statorjem.

Ko je motor ustavljen, lahko deluje brez ustavitve, ker kolesa ne blokirajo motorja (kar bi se zgodilo, če bi se ustavili na ročnem menjalniku, ne da bi ugasnili). Modra sončna prestava (imenovana tudi v prostem teku) je prosta, zato ločuje motorna kolesa (od tod planetarni zobniki z zeleno krono). Po drugi strani pa, če začne sončni zobnik prejemati navor, bo zelene zobnike povezal s krono, nato pa se bodo kolesa začela postopoma vrteti (elektromagnetno trenje).

Če je sončna oprema prosta, se sila ne more prenesti na krono.

Ko se rotor vrti, se v statorju ustvari trenje, ki povzroči navor, ta navor pa se prenese na sončno prestavo, ki se zaskoči in se sčasoma celo zavrti v drugo smer. Posledično se ustvari povezava med gredjo motorja na sredini in zobnikom na obodu (orodje = kolesa). Upoštevajte, da naprava služi tudi za zaustavitev in zagon: ko želite zagnati, je dovolj, da na kratko blokirate sončno prestavo, da toplotni motor motorja z notranjim zgorevanjem prejme navor od MG2, ki je priključen na gnano kolo (ta ga nato zažene kot zaganjalnik . Ali. Classic).

Torej, če povzamem:

• V stanju mirovanja se lahko motor vrti, ker povezava med osjo motorja in obročem ni vzpostavljena: sončna prestava je prosta (tudi če se celotni Prius med mirovanjem izklopi, da prihrani gorivo)
• S povečanjem števila vrtljajev motorja se rotor vrti dovolj hitro, da ustvari elektromagnetno silo, ki nato prenaša navor na sončni zobnik: ustvarja povezavo med osjo motorja in zobnikom.
• Ko je povezava izvedena, sta hitrosti osi motorja in obročnega kolesa enaki
• Ko je hitrost koles večja od hitrosti motorja, se sončni zobnik začne vrteti v drugo smer, da spremeni prestavno razmerje (ko je vse zaklenjeno, se začne "kotaliti", da dodatno poveča hitrost sistema). Prej lahko rečemo, da sončni zobnik s sprejemanjem vrtilnega momenta ne le povezuje motorne osi in pogonsko kolo, ampak povzroči tudi njihovo naknadno pospeševanje (ne samo, da se zavore "upirajo", ampak povzroči tudi njihovo vrtenje v naslednji način)

100% električni način

Tukaj motorji ICE (toplotni) in MG1 nimajo posebne vloge, prav MG2 vrti kolesa zaradi električne energije, pridobljene iz baterije (torej energije, ki izhaja iz kemije). In tudi če MG2 zavrti rotor MG1, to ne vpliva na toplotni motor ICE, zato ni nobenega upora, ki bi nas skrbel.

Način polnjenja, ko je ustavljen

Tukaj deluje toplotni motor, ki vrti MG1 skozi planetarni vlak. Na ta način nastane električna energija in se pošlje razdelilniku moči, ki usmerja elektriko samo v baterijo.

Način obnavljanja energije

To je znameniti način "B" (regenerativno zaviranje), ki ga lahko vidite na ročici menjalnika (ko ga pritisnete, je več zaviranja motorja povezano z rekuperacijo kinetične energije MG2, upor je elektromagnetni). Vztrajnostna/kinetična energija prihaja iz koles in zato potuje do MG2 skozi mehanske zobnike in verigo. Ker je elektromotor lahko reverzibilen, bo generiral električni tok: če pošljem sok v elektromotor, se bo vklopil, če ročno zavrtim ustavljen elektromotor, bo proizvajal elektriko.

Ta električni tok rekuperira distributer, da ga pošlje v baterijo, ki se nato ponovno napolni.

Električni in toplotni motor delujeta skupaj

Pri stabilni hitrosti in pri dobri hitrosti, torej večino časa, bo kolesa poganjala moč električnega (MG2) in toplotnega motorja.

Toplotni motor ICE poganja planetno prestavo, ki proizvaja električno energijo v MG1. To bo preneslo tudi mehansko silo na kolesa, saj je nanje povezan tudi planetni zobnik.

Tu lahko težave postanejo omejujoče, saj glede na hitrost vrtenja planetna prestava ne bo enaka (zlasti smer določenih prestav).

Menjalnik v slogu CVT (neprekinjeno in postopno spreminjanje, kot na skuterjih) nastane z interakcijo napetosti med motorji (zahvaljujoč magnetnemu učinku, ki ga povzroča sok, ki prehaja skozi tuljave: inducirano elektromagnetno polje), pa tudi planetarnim zobnikom . ki sprejema moč več kanalov. Vso srečo, da vam bo to na dosegu roke, tudi če vam bo video, ki sem vam ga dal na razpolago, to omogočil.

Največja moč

To je nekoliko podobno prejšnjemu odstavku, le da tukaj jemljemo tudi električno energijo, ki jo lahko napaja baterija, zato ima MG2 od tega koristi.

Tukaj je trenutna različica Priusa 4:

Vtičnica/različica za polnjenje?

Možnost z polnilno baterijo, ki omogoča 50 km na povsem električnem vozilu, je sestavljena le iz vgradnje večje baterije in namestitve naprave, ki omogoča priključitev baterije na sektor.

Najprej morate iti skozi razdelilnik moči in pretvornik, da upravljate razliko v moči in različne vrste soka: AC, DC itd.

Različica HSD 4X4?

Kot morate vedeti, obstaja različica 4X4 na Rav4 in NX 300H in je zasnovana za dodajanje na zadnjo os, tako kot PSA E-Tense in HYbrid / HYbrid4. Tako gre za računalnik, ki zagotavlja stalno moč koles sprednje in zadnje osi, ki torej nimajo fizične povezave.

Zakaj serijski/vzporedni?

Naprava se imenuje serijsko/vzporedno, ker se imenuje "serija", ko ste v 100 % električnem načinu. Zato delujemo na enak način kot BMW i3, toplotni motor je generator toka, ki napaja baterijo, ki sama premika avto. Dejansko je pri tem načinu delovanja motor popolnoma odklopljen od koles.

Imenuje se tudi vzporedna, ko je motor povezan s kolesi prek planetarne naprave. In to se imenuje paketna gradnja (glejte Različne gradnje tukaj).

Ali Toyota s svojim sistemom dela preveč?

Na koncu tega članka bi rad povedal malo tirade. Toyota res veliko govori o svojem priključnem hibridu, kar je povsem razumljivo in zakonito. Vendar se mi zdi, da je šla znamka v dveh pogledih predaleč. Prvi je idealizirati tehnologijo in mimogrede namigovati, da bo nekako rešila planet in da blagovna znamka v bistvu sproža revolucijo, ki bo rešila vse nas. Seveda zmanjšuje porabo goriva, vendar tudi ne smemo biti karikaturni, včasih nehibridiziran dizelski enoprostorec deluje skoraj enako, če ne celo bolje.

Toyota torej izkorišča trenutni kontekst proti dizelskim motorjem, da doda plast, za katero menim, da je tu na meji vodljivosti nekoliko polepšana, tukaj je ena:

TV reklama - Hybrid ponudba - Mi izberemo Hybrid

Potem pride do težave s povezavo. Japonska znamka velik del svojih komunikacij temelji na dejstvu, da avtomobila ni treba polniti iz električnega omrežja, kot da bi bila to tehnološka prednost pred konkurenco. To je pravzaprav nekoliko zavajajoče, saj je bolj slabost kot karkoli drugega ... Hibridnim avtomobilom, ki jih je mogoče polniti, tega ni nujno, to je možnost, ki je na voljo poleg lastnika! Tako znamki uspe eno od pomanjkljivosti izdati kot prednost, ki je še vedno močna, kajne? Ironično je, da Toyota prodaja priključne različice svojega Priusa in bi morale biti boljše ... Tukaj je ena od reklam:

Ga ni treba napolniti? Namesto tega bom rekel: "tanek, ni možnosti ..."

Pojdi naprej ?

Če želite nadaljevati, predlagam, da natančno preučite ta video, ki je na žalost le v angleščini. Razlaga je izvedena v fazah, da bi bila čim preprostejša in enostavnejša.