Как работи Toyota Hybrid (HSD)

Всеки знае, че HSD хибридизацията на Toyota има репутацията на сервиз. Устройството на японската марка (Aisin collaboration) е известно не само със своята ефективност, но и с много добрата си надеждност. Въпреки това, той не е лесен за разбиране поради неговата сложност и много възможни режими на работа.

Затова ще се опитаме да разберем как работи хибридното устройство на Toyota, известният Serial / Parallel HSD e-CVT. Последното ви позволява да карате 100% електрически или комбинация от електрически и термични. Тук се занимавам с малко сложна тема и понякога трябва да я опростя малко (въпреки че това не отклонява логиката и принципа).

Сега знайте, че HSD трансмисиите се произвеждат от Aisin (AWFHT15), от които Toyota притежава 30%, и че доставят хибридни и нехибридни трансмисии на групата PSA, когато става въпрос за EAT или e-AT8. кутии. (хибрид2 и хибрид4). Сега сме в четвърто поколение по отношение на техническото развитие. Въпреки че общият принцип остава същият, се правят малки подобрения в централната планетарна предавка или разположението, за да се постигне компактност и ефективност (например, по-късите дължини на кабела намаляват електрическите загуби).

Синтетично обяснение

Ако искате цялостен поглед върху това как работи HSD, ето обяснение, което го обобщава. Трябва да отидете по-далеч в статията, за да се задълбочите или да се опитате да разберете какво ви убягва на този етап.

Ето ролята на всеки компонент, както и техническите спецификации на HSD:

• ICE (двигателят с вътрешно горене) е топлинен двигател: цялата енергия идва от него и следователно той е в основата на всичко. Той е свързан с MG1 чрез епицикличен влак.
• MG1 служи като електрически генератор (задвижван от топлинен двигател), както и вариатор на скоростната кутия. Той свързва ICE с MG2 чрез планетарна предавка (планетарна). MG2 е свързан директно към колелата, така че ако колелата се въртят, той се върти, а ако върти и колелата (накратко, не е възможно разцепване между тях) ...
• MG2 служи като тягов двигател (максимално разстояние 2 км или 50 км при plug-in / презареждащ се), а също и като електрически генератор (забавяне: регенерация)
• Planetary Gear: Свързва MG1, MG2, ICE и колелата заедно (това не пречи на някои от елементите да бъдат обезопасени, докато други се въртят, трябва да научите и разберете как планетарната предавка оживява). Също така благодарение на него имаме непрекъсната промяна / намаляване и следователно той е този, който представлява скоростната кутия (предателното отношение се променя, което води до спиране или "назад": връзката между ICE и MG1)

Намаляването се състои в повече или по-малко добавяне на движенията на ДВГ (термичен) и MG2 (който е неподвижно свързан с колелата, да не забравяме).

Хибриден тренажор за планетарни съоръжения

Това видео е идеално, за да усетите как работи хибридизацията на Toyota.

Ново: Ръчен последователен режим на Toyota HSD Hybrid?

Инженерите успяха да симулират (частично ..) отчетите, като играят как MG1 ще спира или ще се връща назад по непрогресивен начин, за да получат по-ясни отчети. Предавателното отношение се генерира от MG1, който повече или по-малко здраво и повече или по-малко "хлъзга" свързва ICE и MG2 (MG2 = електрически тягов двигател, но и преди всичко колела). Следователно това намаление може да бъде постепенно или „постепенно“ в зависимост от това как управлява разпределителя на мощността MG1.

Имайте предвид обаче, че смяната на предавките не се усеща при частично натоварване... И при пълно натоварване (максимално ускорение) се връщаме към непрекъснато променлива, защото това е единственият начин да постигнем най-доброто ускорение с тази система (следователно компютърът отказва за превключване на предавките за максимално ускорение).

Следователно този режим се използва повече за спиране на двигателя надолу по наклон, отколкото за спортно шофиране.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 и максимална скорост

Ето как изглежда всъщност. За съжаление при пълно натоварване губим последователен режим и вече не усещаме предавките.

Множество версии?

Освен различните поколения, системата THS / HSD / MSHS, приложена към Toyota и Lexus, има два основни варианта. Първата и най-разпространена е напречната версия, която днес е въплътена в Aisin AWFHT15 (в началото на 90-те се наричаше THS за хибридната система на Toyota. Сега е HSD за хибридното синергично задвижване). Предлага се в два повече или по-малко компактни модела: Prius / NX / C-HR (по-голям), corolla и Yaris (малък).

Ето по-модерна (Prius 4) HSD трансмисия от напречни версии (сега има два различни размера, тук е по-големият). Той е много по-компактен от варианта, който виждате по-долу (не този точно под надлъжния, дори отдолу...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 хибридно ускорение 0-180 км/ч

Prius 4 на пълна газ, тук е известният ефект на непрекъсната промяна, произведен от комбинацията от електрически двигатели / генератори, топлинен двигател и централен планетарен влак.

След това идва MSHS за многостепенната хибридна система (за която не бива да говоря тук... Но тъй като работи идентично, идва и от Aisin и е за групата на Toyota...), което е много важно. по-голямо устройство, което трябва да бъде разположено надлъжно и което този път може да генерира реални предавки, от които има 10 (4 реални предавки в кутия и комбинация от електрически двигатели по умен начин за постигане на 10. Следователно общо, не кратно на 4, но това няма значение).

Всъщност има две версии: AWRHT25 и AWRHM50 (MSHS, който има 10 доклада).

Много по-престижната надлъжна версия (тук AWRHM50) е предназначена предимно за Lexus (малко Toyota имат двигател в този смисъл). Има две версии, едната от които може да генерира до 10 реални отчета.

2016 Lexus IS300h 0-100km/h и режими на шофиране (еко, нормален, спорт)

Върнете се на 1:00 минута, за да видите как AWFHT15 може да генерира отчети. Колкото и да е странно, известните "скокове в скоростта" вече не се усещат, когато двигателят е напълно натоварен... Това е така, защото устройството е най-ефективно (хронограф) в режим на вариатор, така че пълното натоварване предизвиква нормален непрекъснат режим на вариация.

Как работи хибрид на Toyota?

И така, какъв е основният принцип на HSD хибридното устройство? Ако трябва да обобщим това грубо, бихме могли да говорим за топлинен двигател, който работи с два двигателя/генератора (електродвигателят винаги е реверсивен) и чиито различни въртящи моменти (на всеки двигател) се управляват и управляват от централния планетарен влак, но също така електрическият интензитет (и посоката на електричеството), контролиран от разпределител на мощност ("инвертор" на английски). Редукторът (CVT скоростна кутия) се управлява електронно, което кара двигателя MG1 да работи по специфичен начин, както и чрез централна планетарна предавка, която позволява да се комбинират множество мощности за извеждане на една.

Двигателят може да бъде напълно изключен от колелата, както и чрез планетарното задвижване ...

Накратко, дори и да искаме да опростим, разбираме, че няма да е толкова лесно за усвояване, затова ще се съсредоточим върху основните принципи. Все пак ви пуснах видео на английски, което подробно описва подробностите, така че ако искате да го прокарате, трябва да можете да го направите (с мотивация и здрави неврони, разбира се).

Ето Prius 2, който е по-малко компактен от този, който ви показах по-горе. Вижте как са подчертали компресора на климатика (синьо отляво на двигателя). Всъщност, за разлика от всяка "нормална" машина, тя се задвижва от електрически двигател. Колелата са свързани с верига, която се вижда в централната част вдясно (точно в средата на електронния вариатор).

електронен вариатор в близост

В профил виждаме едно от окачването на колелата, свързано с веригата чрез диференциал.

Различни режими на работа

Нека да разгледаме различните режими на работа на едно устройство и, между другото, защо се счита за сериен/паралелен, докато обикновено хибридната система е или едното, или другото. Гениалният начин, по който HSD е проектиран, позволява и двете, а това също го прави малко сложен...

Тойота HSD устройство: детайли и архитектура

Ето опростена многоцветна архитектура на HSD устройство, която да ви помогне да правите връзки между компонентите.

Схемата е обърната наопаки спрямо горната снимка защото е снимана от друг ъгъл... Взех схемата на Prius 2 и затова има верига тук, по-модерните версии я нямат, но принципа не се променя и в двата случая (било то верига, вал или предавка е едно и също.

Ето механизма по-подробно, защото трябва да се разбере, че съединителят се получава тук поради електромагнитната сила между ротора и статора MG1.

MG1 е свързан към двигателя чрез комплект планетарна предавка (зелен) на комплект планетарна предавка. Тоест, за да завърти ротора MG1 (централна секция), топлинният двигател преминава през планетарна предавка. Осветих този влак и двигател в един цвят, за да можем ясно да видим тяхната физическа връзка. Освен това, и не е подчертано на диаграмата, зеленият сателит и синята централна слънчева предавка MG1 са физически добре свързани (има празнина между тях), както и короната (ръбът на влака). и зеленият сателит на топлинната машина.

MG2 е директно свързан с колелата чрез верига, но също така задвижва външната планетарна предавка на централната планетарна предавка (короната е тъмно синя, аз избрах същия цвят, за да удължа планетарната предавка, за да можем ясно да видим, че е свързана с MG2 ) ...

Ето планетарната скоростна кутия отпред, а не в профил на диаграмата по-горе, можем да видим по-добре връзките между различните предавки, свързани с MG1, MG2 и ICE.

Трудността се крие в разбирането на принципа на планетарния влак, като се знае, че вътрешните движения не съвпадат в зависимост от режимите на движение, но и от скоростта ...

Без съединител?

За разлика от всички други трансмисии, HSD не се нуждае от съединител или преобразувател на въртящия момент (например, CVT се нуждае от преобразувател на въртящия момент). Това е мястото, където електромагнитната сила свързва колелата с двигателя чрез планетарния влак благодарение на MG1. Тогава именно роторът и статорът на последния (MG1) създават ефекта на триене: когато завъртите електрическия мотор на ръка, възниква съпротивление, а последното използваме тук като съединител.

Още по-добре е, когато по време на триене (разликата в скоростта между статора и ротора, следователно между двигателя и колелата) се генерира електричество. И това електричество ще се съхранява в батерията!

Ето защо HSD системата се счита за много интелигентна, защото осигурява минимална загуба на енергия чрез възстановяване на енергията в момента на триене. На класическия съединител губим тази енергия в топлина, тук тя се превръща в електричество, което възстановяваме в акумулатора.

По този начин няма и механично износване, тъй като няма физически контакт между ротора и статора.

Когато е спрян, двигателят може да работи без спиране, защото колелата не блокират двигателя (което щеше да се случи, ако бяхме спрели на ръчна скоростна кутия без да изключим). Синята слънчева предавка (наричана още празен ход) е свободна, така че разделя моторните колела (оттук и планетарните зъбни колела със зелена корона). От друга страна, ако слънчевата предавка започне да получава въртящ момент, тя ще свърже зелените зъбни колела с короната и след това колелата ще започнат да се въртят постепенно (електромагнитно триене).

Ако слънчевата предавка е свободна, силата не може да бъде предадена на короната.

Докато роторът се върти, в статора се създава триене, което причинява въртящ момент и този въртящ момент се предава на слънчевата предавка, която се блокира и дори в крайна сметка се върти в другата посока. В резултат на това се създава връзка между вала на двигателя в центъра и пръстеновидното зъбно колело в периферията (предавка = колела). Имайте предвид, че устройството служи и за спиране и стартиране: когато искате да стартирате, достатъчно е за кратко да блокирате слънчевата предавка, за да може топлинният двигател ICE да получи въртящ момент от MG2, свързан към задвижваното колело (това след това го стартира като стартер. Класика).

И така, да обобщим:

• Когато е неподвижен, двигателят може да се върти, тъй като връзката между оста на двигателя и зъбния венец не е установена: слънчевата предавка е свободна (въпреки че Prius обикновено се изключва, когато е спрял, за да пести гориво)
• Чрез увеличаване на оборотите на двигателя, роторът се върти достатъчно бързо, за да генерира електромагнитна сила, която след това предава въртящ момент към слънчевата предавка: създава връзка между оста на двигателя и зъбното колело.
• Когато връзката е осъществена, скоростите на оста на двигателя и пръстеновидното колело са равни
• Когато скоростта на колелата стане по-висока от тази на двигателя, слънчевата предавка започва да се върти в другата посока, за да промени предавателното отношение (след като всичко е заключено, тя започва да се "търкаля", за да увеличи допълнително скоростта на системата). По-скоро може да се каже, че като получава въртящ момент, слънчевата предавка не само свързва осите на двигателя и задвижващото колело, но също така ги кара да се ускоряват (той не само спирачките „се съпротивляват“, но и ги кара да се въртят в по следния начин)

100% електрически режим

Тук двигателите ICE (термични) и MG1 не играят специална роля, MG2 е този, който върти колелата поради електричеството, получено от батерията (оттук и енергията, произтичаща от химията). И дори ако MG2 завърти ротора на MG1, това не се отразява на топлинния двигател ICE и следователно няма съпротивление, което ни притеснява.

Режим на зареждане при спиране

Тук работи топлинен двигател, който върти MG1 през планетарен влак. По този начин се генерира електричество и се изпраща към разпределителя на мощността, който насочва електричеството само към акумулатора.

Режим за възстановяване на енергия

Това е известният режим "B" (регенеративно спиране), който може да се види на копчето на скоростта (когато го натиснете, има повече спиране на двигателя, свързано с рекуперация на кинетична енергия MG2, съпротивлението е електромагнитно). Инерционната/кинетичната енергия идва от колелата и следователно пътува до MG2 през механичните зъбни колела и веригата. Тъй като електродвигателят може да бъде реверсивен, той ще генерира електрически ток: ако изпратя сок към електрическия мотор, той ще се включи, ако завъртя спрения електродвигател на ръка, той ще произведе електричество.

Този електрически ток се възстановява от разпределителя, за да го изпрати към батерията, която след това ще бъде презаредена.

Електрическият и топлинният двигател работят заедно

При стабилна скорост и при добра скорост, тоест през по-голямата част от времето, колелата ще се задвижват от мощността на електрическия (MG2) и топлинния двигател.

Топлинният двигател ICE задвижва планетарната предавка, която генерира електричество в MG1. Това също ще прехвърли механичната сила върху колелата, тъй като планетарната предавка също е свързана с тях.

Това е мястото, където трудностите могат да станат ограничаващи, тъй като в зависимост от скоростта на въртене на планетарната предавка няма да бъде еднаква (по-специално посоката на определени предавки).

Скоростна кутия в стил CVT (постоянна и прогресивна промяна като при скутерите) се създава от взаимодействието на напреженията между двигателите (благодарение на магнитния ефект, причинен от сока, преминаващ през намотките: индуцирано електромагнитно поле), както и планетарната предавка . който получава мощността на множество канали. Успех да получите това точно на една ръка разстояние, дори ако видеото, което предоставям на ваше разположение, ще ви позволи да го направите.

Максимална мощност

Това е малко като предишния параграф, с изключение на това, че тук вземаме и електрическата мощност, която батерията може да осигури, така че MG2 се възползва от това.

Ето актуалната версия на Prius 4:

Версия с плъгин / презареждаща се?

Опцията с акумулаторна батерия, позволяваща 50 км на изцяло електрическо превозно средство, се състои само в инсталиране на по-голяма батерия и инсталиране на устройство, което позволява свързването на батерията към сектора.

Първо трябва да преминете през разпределителя на мощността и инвертора, за да управлявате разликата в мощността и различните видове сок: AC, DC и т.н.

HSD 4X4 версия?

Както трябва да знаете, версия 4X4 съществува на Rav4 и NX 300H и е проектирана да бъде добавена към задната ос, точно като E-Tense и HYbrid / HYbrid4 на PSA. По този начин това е компютър, който осигурява постоянната мощност на колелата на предната и задната ос, които следователно нямат физическа връзка.

Защо сериен/паралелен?

Устройството се нарича сериен/паралелен, защото се нарича "сериен", когато сте в 100% електрически режим. Следователно работим по същия начин като BMW i3, топлинният двигател е генератор на ток, който захранва батерията, която сама движи колата. Всъщност при този метод на работа двигателят е напълно изключен от колелата.

Нарича се още паралелен, когато двигателят е свързан към колелата чрез планетарно устройство. И това се нарича пакетно изграждане (вижте Различни компилации тук).

Тойота прави ли твърде много със своята система?

В заключение на тази статия бих искал да кажа една малка тирада. Всъщност Toyota има какво да каже за своя plug-in хибрид и това е напълно разбираемо и законно. Струва ми се обаче, че в две отношения марката е прекалила. Първо, да идеализираме технологията, като мимоходом намекваме, че тя по някакъв начин ще спаси планетата и че по същество марката инициира революция, която ще спаси всички ни. Разбира се, намалява разхода на гориво, но също така не трябва да се карикатуризираме, нехибридизираният дизелов миниван работи почти по същия начин, ако не и по-добре, понякога.

Така че Toyota се възползва от текущия антидизелов контекст, за да добави слой, който според мен е малко украсен тук на границата на управление, ето един:

Телевизионна реклама - Гама Hybrid - Ние избираме Hybrid

Тогава има проблем с връзката. Японската марка базира голяма част от комуникациите си на факта, че автомобилът не трябва да се зарежда от електрическата мрежа, сякаш това е технологично предимство пред конкуренцията. Това всъщност е малко подвеждащо, тъй като е по-скоро недостатък от всичко друго... Хибридните автомобили, които могат да се зареждат, не е задължително да го правят, това е опция, която се предлага в допълнение към собственика си! Така марката успява да предаде един от недостатъците като предимство и това все още е силно, нали? По ирония на съдбата Toyota продава plug-in версии на своя Prius и те трябва да са по-добри... Ето една от рекламите:

Не е нужно да го презареждате? По-скоро ще кажа: "тънък, няма как да се направи..."

Продължа напред ?

За да отидете по-далеч, предлагам ви внимателно да проучите това видео, което, за съжаление, е само на английски. Обяснението се прави на етапи, за да стане възможно най-просто и ясно.