Jak działa Toyota Hybrid (HSD)

Wszyscy wiedzą, że hybrydyzacja HSD Toyoty ma reputację warsztatu. Urządzenie japońskiej marki (współpraca Aisin) znane jest nie tylko ze swojej wydajności, ale także z bardzo dobrej niezawodności. Jest to jednak trudne do zrozumienia ze względu na jego złożoność i wiele możliwych trybów działania.

Dlatego postaramy się zrozumieć, jak działa hybrydowe urządzenie Toyoty, słynne Serial / Parallel HSD e-CVT. Ta ostatnia pozwala na jazdę w 100% elektryczną lub kombinację elektrycznego i termicznego. Tutaj podejmuję nieco skomplikowany temat, a czasem muszę go trochę uprościć (choć nie umniejsza to logice i zasadzie).

Teraz wiedzcie, że przekładnie HSD są produkowane przez firmę Aisin (AWFHT15), której Toyota posiada 30%, i że dostarczają przekładnie hybrydowe i niehybrydowe grupie PSA, jeśli chodzi o EAT lub e-AT8. pudła. (hybryda2 i hybryda4). Jesteśmy teraz w czwartym pokoleniu pod względem rozwoju technicznego. Chociaż ogólna zasada pozostaje taka sama, dokonano niewielkich ulepszeń w centralnej przekładni planetarnej lub układzie, aby uzyskać zwartość i wydajność (na przykład krótsze długości kabli zmniejszają straty elektryczne).

Syntetyczne wyjaśnienie

Jeśli chcesz mieć całościowy pogląd na to, jak działa HSD, oto wyjaśnienie, które to podsumowuje. Musisz przejść dalej w artykule, aby zagłębić się lub spróbować zrozumieć, co umyka Ci na tym etapie.

Oto rola każdego komponentu, a także specyfikacje techniczne HSD:

• ICE (silnik spalinowy) jest silnikiem cieplnym: cała energia pochodzi z niego, a zatem jest podstawą wszystkiego. Jest połączony z MG1 za pomocą pociągu epicyklicznego.
• MG1 pełni rolę generatora elektrycznego (napędzanego silnikiem cieplnym) oraz wariatora skrzyni biegów. Łączy ICE z MG2 za pośrednictwem przekładni planetarnej (planetarnej). MG2 jest połączony bezpośrednio z kołami, więc jeśli koła się kręcą, to się kręcą, a jeśli koła też kręcą (w skrócie nie ma możliwości rozłączenia między nimi) ...
• MG2 służy jako silnik trakcyjny (maksymalna odległość 2 km lub 50 km na wtyczce/akumulatorze), a także jako generator elektryczny (hamowanie: regeneracja)
• Przekładnia planetarna: Łączy ze sobą MG1, MG2, ICE i koła (nie przeszkadza to w zabezpieczeniu niektórych elementów, podczas gdy inne się kręcą, musisz nauczyć się i zrozumieć, jak ożywa przekładnia planetarna). Również dzięki niemu mamy ciągłą zmianę/zmniejszenie, a więc to on reprezentuje skrzynię biegów (przełożenie zmienia się, powodując hamowanie lub „wstecz”: połączenie między ICE a MG1)

Redukcja polega na mniej więcej dodaniu ruchów silnika spalinowego (termicznego) i MG2 (który jest sztywno połączony z kołami, nie zapominajmy).

Hybrydowy trenażer planetarny

Ten film jest idealny, aby poczuć, jak działa hybrydyzacja Toyoty.

Nowość: ręczny tryb sekwencyjny w Toyota HSD Hybrid?

Inżynierowie byli w stanie symulować (częściowo ..) raporty, grając w sposób, w jaki MG1 hamował lub cofał się w sposób nieprogresywny, aby uzyskać wyraźniejsze raporty. Przełożenie jest generowane przez MG1, który mniej lub bardziej mocno i mniej więcej „poślizgu” łączy ICE i MG2 (MG2 = elektryczny silnik trakcyjny, ale przede wszystkim koła). Dlatego spadek ten może być stopniowy lub „rozłożony” w zależności od tego, jak steruje rozdzielacz mocy MG1.

Należy jednak pamiętać, że zmiany biegów nie są odczuwalne przy częściowym obciążeniu… A przy pełnym obciążeniu (maksymalne przyspieszenie) wracamy do pracy bezstopniowej, ponieważ jest to jedyny sposób na uzyskanie najlepszych osiągów przyspieszenia z tym systemem (komputer odmawia zmiany biegów dla maksymalnego przyspieszenia).

Dlatego ten tryb jest używany częściej do hamowania silnikiem zjazdowym niż do sportowej jazdy.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 i prędkość maksymalna

Tak to właściwie wygląda. Niestety przy pełnym obciążeniu tracimy tryb sekwencyjny i nie czujemy już biegów.

Wiele wersji?

Oprócz różnych generacji, system THS / HSD / MSHS zastosowany w Toyocie i Lexusie ma dwa główne warianty. Pierwszą i najczęstszą jest wersja poprzeczna, którą dziś wcielono w Aisin AWFHT15 (na początku lat 90. nazywano ją THS od Toyota Hybrid System, teraz HSD od Hybrid Synergy Drive). Występuje w dwóch mniej lub bardziej kompaktowych modelach: Prius / NX / C-HR (większy), corolla i Yaris (mały).

Oto nowocześniejsza (Prius 4) przekładnia HSD z wersji poprzecznych (teraz są dwa różne rozmiary, tutaj większy). Jest znacznie bardziej zwarty niż wariant, który widzicie poniżej (nie ten tuż pod podłużnym, nawet poniżej...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 Hybrydowe przyspieszenie 0-180 km/h

Prius 4 na pełnym gazie, oto słynny efekt ciągłej zmiany wywołany kombinacją silników elektrycznych / generatorów, silnika cieplnego i centralnego układu planetarnego.

Potem przychodzi MSHS dla wielostopniowego systemu hybrydowego (o którym tak naprawdę nie powinienem tutaj mówić ... Ale ponieważ działa identycznie, to również pochodzi z Aisin i jest dla grupy Toyota ...) to bardzo ważne. większe urządzenie, które musi być ustawione wzdłużnie i które tym razem może generować rzeczywiste biegi, których jest 10 (4 prawdziwe biegi w pudełku i kombinacja silników elektrycznych w sprytny sposób, aby osiągnąć 10. Suma, a nie wielokrotność 4, ale to nie ma znaczenia).

W rzeczywistości istnieją dwie wersje: AWRHT25 i AWRHM50 (MSHS, który ma 10 raportów).

Dużo bardziej prestiżowa wersja podłużna (tutaj AWRHM50) przeznaczona jest przede wszystkim dla Lexusa (niewiele Toyoty ma w tym sensie silnik). Istnieją dwie wersje, z których jedna może generować do 10 rzeczywistych raportów.

2016 Lexus IS300h 0-100km/h i tryby jazdy (eko, normalny, sportowy)

Wróć do 1:00 minuty, aby zobaczyć, jak AWFHT15 może generować raporty. Co dziwne, słynne „skoki prędkości” nie są już odczuwalne, gdy silnik jest w pełni obciążony… Dzieje się tak, ponieważ urządzenie jest najbardziej wydajne (chronograf) w trybie CVT, więc pełne obciążenie indukuje normalny tryb ciągłej zmiany.

Jak działa hybryda Toyoty?

Jaka jest więc podstawowa zasada działania urządzenia hybrydowego HSD? Gdybyśmy mieli to z grubsza podsumować, moglibyśmy mówić o silniku cieplnym, który działa z dwoma silnikami / generatorami (silnik elektryczny jest zawsze odwracalny) i którego różne momenty obrotowe (każdego silnika) są kontrolowane i kontrolowane przez centralny układ planetarny, ale również natężenie elektryczne (i kierunek energii elektrycznej) kontrolowane przez dystrybutor mocy ("falownik" w języku angielskim). Przekładnia redukcyjna (przekładnia CVT) jest sterowana elektronicznie, dzięki czemu silnik MG1 pracuje w specyficzny sposób, a także poprzez centralną przekładnię planetarną, która umożliwia łączenie wielu mocy w jedną.

Silnik można całkowicie odłączyć od kół, a także poprzez napęd planetarny...

Krótko mówiąc, nawet jeśli chcemy uprościć, rozumiemy, że nie będzie to tak łatwe do przyswojenia, dlatego skupimy się na podstawowych zasadach. Jednak udostępniłem Ci film w języku angielskim, w którym szczegółowo opisano szczegóły, więc jeśli chcesz to przeforsować, powinieneś być w stanie to zrobić (oczywiście z motywacją i zdrowymi neuronami).

Oto Prius 2, który jest mniej kompaktowy niż ten, który pokazałem powyżej. Zobacz jak podświetlili sprężarkę klimatyzacji (na niebiesko po lewej stronie silnika). Rzeczywiście, w przeciwieństwie do każdej „normalnej” maszyny, jest napędzana silnikiem elektrycznym. Koła są połączone łańcuchem, który można zobaczyć w środkowej części po prawej stronie (pośrodku elektronicznego wariatora).

elektroniczny wariator w pobliżu

Z profilu widzimy jedno z zawieszeń kół połączone z łańcuchem za pomocą mechanizmu różnicowego.

Różne tryby pracy

Przyjrzyjmy się różnym trybom działania urządzenia i przy okazji, dlaczego uważa się je za szeregowe/równoległe, podczas gdy zwykle system hybrydowy jest albo jednym, albo drugim. Pomysłowy sposób zaprojektowania HSD pozwala na jedno i drugie, a to również sprawia, że ​​​​jest to trochę trudne ...

Urządzenie Toyota HSD: szczegóły i architektura

Oto uproszczona wielokolorowa architektura urządzenia HSD, która pomaga w nawiązywaniu połączeń między komponentami.

Schemat jest do góry nogami w porównaniu do górnego zdjęcia bo jest zrobiony pod innym kątem... Wziąłem schemat Priusa 2 i dlatego jest tu łańcuch, nowsze wersje go nie mają, ale zasada się nie zmienia w obu przypadkach (łańcuch, wałek lub przekładnia jest taka sama.

Oto mechanizm bardziej szczegółowo, ponieważ należy rozumieć, że sprzęgło uzyskuje się tutaj dzięki sile elektromagnetycznej między wirnikiem a stojanem MG1.

MG1 jest połączony z silnikiem za pośrednictwem przekładni planetarnej (zielonej) przekładni planetarnej. Oznacza to, że aby obrócić wirnik MG1 (sekcja środkowa), silnik cieplny przechodzi przez przekładnię planetarną. Podkreśliłem ten pociąg i lokomotywę jednym kolorem, abyśmy mogli wyraźnie zobaczyć ich fizyczne połączenie. Ponadto, co nie jest zaznaczone na schemacie, zielony satelita i niebieskie środkowe koło słoneczne MG1 są fizycznie dobrze połączone (jest między nimi przerwa), podobnie jak korona (krawędź pociągu). i zielony satelita silnika cieplnego.

MG2 jest bezpośrednio połączony z kołami za pomocą łańcucha, ale napędza również zewnętrzną przekładnię planetarną centralnej przekładni planetarnej (korona jest ciemnoniebieska, wybrałem ten sam kolor, aby wydłużyć przekładnię planetarną, dzięki czemu wyraźnie widać, że jest połączona z MG2 ) ...

Oto planetarna skrzynia biegów z przodu, a nie w profilu na powyższym schemacie, lepiej widać połączenia między różnymi biegami związanymi z MG1, MG2 i ICE.

Trudność polega na zrozumieniu zasady pociągu planetarnego, wiedząc, że ruchy wewnętrzne nie pokrywają się w zależności od trybów ruchu, ale także od prędkości ...

Brak sprzęgła?

W przeciwieństwie do wszystkich innych skrzyń biegów, HSD nie wymaga sprzęgła ani przemiennika momentu obrotowego (na przykład CVT wymaga przemiennika momentu obrotowego). To tutaj siła elektromagnetyczna wiąże koła z silnikiem poprzez układ planetarny dzięki MG1. Wtedy to wirnik i stojan tego ostatniego (MG1) tworzą efekt tarcia: przy ręcznym obracaniu silnika elektrycznego powstaje opór i to ten drugi używamy tutaj jako sprzęgło.

Jeszcze lepiej, gdy podczas tarcia (różnica prędkości między stojanem a wirnikiem, a więc między silnikiem a kołami) powstaje prąd. I ta energia elektryczna będzie przechowywana w akumulatorze!

Dlatego system HSD jest uważany za bardzo inteligentny, ponieważ zapewnia minimalne straty energii poprzez odzyskiwanie energii w momencie tarcia. Na klasycznym sprzęgle tracimy tę energię w cieple, tutaj zamieniana jest na energię elektryczną, którą przywracamy w akumulatorze.

W ten sposób nie występuje również zużycie mechaniczne, ponieważ nie ma fizycznego kontaktu między wirnikiem a stojanem.

Po zatrzymaniu silnik może pracować bez zatrzymywania, ponieważ koła nie blokują silnika (co by się stało, gdybyśmy zatrzymali się na manualnej skrzyni biegów bez wyłączania). Niebieskie koło słoneczne (zwane również jałowym) jest wolne, więc oddziela koła silnikowe (stąd zielone koła planetarne). Z drugiej strony, jeśli koło słoneczne zacznie otrzymywać moment obrotowy, połączy zielone koła zębate z koroną, a następnie koła zaczną się stopniowo obracać (tarcie elektromagnetyczne).

Jeśli koło słoneczne jest wolne, siła nie może być przenoszona na koronę.

Gdy wirnik się obraca, w stojanie powstaje tarcie, które powoduje moment obrotowy, który jest przenoszony na koło słoneczne, które blokuje się, a nawet obraca w przeciwnym kierunku. W rezultacie powstaje połączenie między wałem silnika w środku a kołem koronowym na obwodzie (koło zębate = koła). Zwróć uwagę, że urządzenie służy również do zatrzymywania i uruchamiania: gdy chcesz uruchomić, wystarczy na krótko zablokować koło słoneczne, aby silnik cieplny ICE otrzymał moment obrotowy z MG2 podłączonego do napędzanego koła (to uruchamia go jak rozrusznik). Czy Klasyczny).

Podsumowując:

• Podczas postoju silnik może się obracać, ponieważ połączenie między osią silnika a kołem koronowym nie jest ustanowione: koło słoneczne jest wolne (nawet jeśli cały Prius wyłącza się podczas postoju, aby oszczędzać paliwo)
• Zwiększając prędkość silnika, wirnik obraca się wystarczająco szybko, aby wytworzyć siłę elektromagnetyczną, która następnie przenosi moment obrotowy na koło słoneczne: tworząc połączenie między osią silnika a kołem koronowym.
• Po nawiązaniu połączenia prędkości osi silnika i koła pierścieniowego są równe
• Kiedy prędkość kół staje się większa niż prędkość silnika, koło słoneczne zaczyna obracać się w przeciwnym kierunku, aby zmienić przełożenie (po zablokowaniu wszystkiego zaczyna się „toczyć”, aby jeszcze bardziej zwiększyć prędkość systemu). Można raczej powiedzieć, że otrzymując moment obrotowy, koło słoneczne nie tylko łączy osie silnika z kołem napędowym, ale także powoduje ich późniejsze przyspieszenie (nie tylko „opiera się” hamulcom, ale także wprawia je w ruch obrotowy w podążać drogą)

100% tryb elektryczny

Tutaj silniki ICE (termiczne) i MG1 nie odgrywają szczególnej roli, to MG2 kręci kołami dzięki energii elektrycznej uzyskanej z akumulatora (stąd energia wynikająca z chemii). I nawet jeśli MG2 obraca wirnik MG1, nie wpływa to na silnik cieplny ICE, a zatem nie ma oporu, który nas martwi.

Tryb ładowania po zatrzymaniu

Pracuje tu silnik cieplny, który obraca MG1 przez pociąg planetarny. W ten sposób wytwarzana jest energia elektryczna i przesyłana do dystrybutora energii, który kieruje prąd tylko do akumulatora.

Tryb odzyskiwania energii

To słynny tryb „B” (regeneracyjne hamowanie), który widać na gałce zmiany biegów (po jej naciśnięciu następuje większe hamowanie silnikiem związane z odzyskiwaniem energii kinetycznej MG2, opór jest elektromagnetyczny). Energia bezwładności / kinetyczna pochodzi z kół i dlatego przechodzi do MG2 przez mechaniczne koła zębate i łańcuch. Ponieważ silnik elektryczny może być odwracalny, będzie generował prąd elektryczny: jeśli wyślę sok do silnika elektrycznego, włączy się, jeśli ręcznie przekręcę zatrzymany silnik elektryczny, wytworzy prąd.

Ten prąd elektryczny jest odzyskiwany przez dystrybutora, aby przesłać go do akumulatora, który następnie zostanie ponownie naładowany.

Silnik elektryczny i cieplny współpracują ze sobą

Przy stałej prędkości i dobrej prędkości, czyli przez większość czasu, koła będą napędzane mocą silników elektrycznych (MG2) i cieplnych.

Silnik cieplny ICE napędza przekładnię planetarną, która wytwarza energię elektryczną w MG1. Przeniesie to również siłę mechaniczną na koła, ponieważ przekładnia planetarna jest z nimi połączona.

W tym miejscu trudności mogą stać się ograniczające, ponieważ w zależności od prędkości obrotowej przekładni planetarnej nie będzie to samo (w szczególności kierunek niektórych biegów).

Skrzynia biegów w stylu CVT (zmiana ciągła i postępująca jak w skuterach) jest tworzona przez interakcję napięć między silnikami (dzięki efektowi magnetycznemu spowodowanemu przepływem soku przez cewki: indukowane pole elektromagnetyczne) oraz przekładnią planetarną . który odbiera moc wielu kanałów. Powodzenia, że ​​masz to na wyciągnięcie ręki, nawet jeśli film, który Ci udostępnię, pozwoli Ci to zrobić.

Maksymalna moc

To trochę jak w poprzednim akapicie, z tą różnicą, że tutaj również pobieramy energię elektryczną, którą może dostarczyć akumulator, więc MG2 na tym korzysta.

Oto aktualna wersja Priusa 4:

Wersja wtykowa / ładowalna?

Opcja z akumulatorem, pozwalająca na przejechanie 50 km w całkowicie elektrycznym pojeździe, polega jedynie na zainstalowaniu większego akumulatora i zainstalowaniu urządzenia, które umożliwia podłączenie akumulatora do sektora.

Musisz najpierw przejść przez dystrybutor mocy i falownik, aby zarządzać różnicą mocy i różnymi rodzajami soku: AC, DC itp.

Wersja HSD 4X4?

Jak powinieneś wiedzieć, wersja 4X4 istnieje w Rav4 i NX 300H i jest przeznaczona do dodania na tylną oś, podobnie jak E-Tense i HYbrid / HYbrid4 firmy PSA. Jest to więc komputer, który zapewnia stałą moc kół przedniej i tylnej osi, które w związku z tym nie mają fizycznego połączenia.

Dlaczego szeregowy / równoległy?

Urządzenie nazywa się szeregowym/równoległym, ponieważ jest nazywane „szeregowym”, gdy jesteś w trybie 100% elektrycznym. Dlatego pracujemy tak samo jak w BMW i3, silnik cieplny jest generatorem prądu, który zasila akumulator, który sam napędza samochód. W rzeczywistości przy tej metodzie działania silnik jest całkowicie odłączony od kół.

Nazywa się to również równoległym, gdy silnik jest połączony z kołami przez urządzenie planetarne. Nazywa się to kompilacją wsadową (zobacz tutaj Różne kompilacje).

Czy Toyota robi za dużo ze swoim systemem?

Na zakończenie tego artykułu chciałbym powiedzieć małą tyradę. Rzeczywiście, Toyota ma wiele do powiedzenia na temat swojej hybrydy plug-in, co jest całkowicie zrozumiałe i legalne. Wydaje mi się jednak, że pod dwoma względami marka posunęła się za daleko. Pierwszym z nich jest idealizacja technologii, sugerując mimochodem, że w jakiś sposób uratuje ona planetę i że w istocie marka inicjuje rewolucję, która ocali nas wszystkich. Jasne, zmniejsza to zużycie paliwa, ale nie powinniśmy też być karykaturami, niehybrydowy minivan z silnikiem wysokoprężnym czasami działa prawie tak samo, jeśli nie lepiej.

Tak więc Toyota korzysta z obecnego kontekstu przeciwdziałania dieslowi, aby dodać warstwę, która moim zdaniem jest nieco upiększona na granicy obsługi, oto jedna:

Reklama telewizyjna - Linia Hybrid - Wybieramy Hybrid

Wtedy pojawia się problem z połączeniem. Japońska marka w dużej mierze opiera swoją komunikację na tym, że auta nie trzeba ładować z sieci, jakby to była technologiczna przewaga nad konkurencją. Jest to właściwie trochę mylące, ponieważ jest to bardziej wada niż cokolwiek innego… Samochody hybrydowe, które można ładować, absolutnie nie muszą tego robić, jest to opcja oferowana dodatkowo do swojego właściciela! Więc marce udaje się przekazać jedną z wad jako zaletę, a to nadal jest mocne, prawda? Jak na ironię, Toyota sprzedaje wersje plug-in swojego Priusa i powinny być lepsze ... Oto jedna z reklam:

Nie musisz go ładować? Raczej powiem: „cienki, nie ma sposobu, aby zrobić…”

Pójść dalej ?

Aby przejść dalej, sugeruję uważne przestudiowanie tego filmu, który niestety jest tylko w języku angielskim. Wyjaśnienie odbywa się etapami, aby było jak najprostsze i najprostsze.