Com funciona Toyota Hybrid (HSD)

Tothom és conscient que la hibridació HSD de Toyota té fama de ser un taller. El dispositiu de la marca japonesa (col·laboració Aisin) és conegut no només per la seva eficiència, sinó també per la seva molt bona fiabilitat. No obstant això, no és fàcil d'entendre per la seva complexitat i molts possibles modes de funcionament.

Per tant, intentarem entendre com funciona el dispositiu híbrid de Toyota, el famós HSD e-CVT sèrie / paral·lel. Aquest últim permet circular 100% elèctric o una combinació d’elèctrica i tèrmica. Aquí tinc un tema una mica complex, i de vegades he de simplificar-lo una mica (tot i que això no desvirtua la lògica i el principi).

Ara sàpiga que les transmissions HSD són fabricades per Aisin (AWFHT15), de la qual Toyota en té un 30%, i que subministren transmissions híbrides i no híbrides al grup PSA quan es tracta d'EAT o e-AT8. caixes. (híbrid2 i híbrid4). Ara som a la quarta generació en termes de desenvolupament tècnic. Tot i que el principi general segueix sent el mateix, es fan petites millores a l'engranatge planetari central o a la disposició per aconseguir la compacitat i l'eficiència (per exemple, longituds de cable més curtes redueixen les pèrdues elèctriques).

Explicació sintètica

Si voleu una visió holística de com funciona HSD, aquí teniu una explicació que ho resumeix. Heu d'anar més enllà en l'article per aprofundir o intentar entendre què us escapa en aquesta etapa.

A continuació es mostren les funcions de cada component, així com les especificacions tècniques del HSD:

• L'ICE (motor de combustió interna) és un motor tèrmic: tota l'energia en prové, i per tant és la base de tot. Està connectat amb MG1 mitjançant un tren epicíclic.
• MG1 serveix com a generador elèctric (accionat per un motor tèrmic) i també com a variador de caixa de canvis. Connecta ICE a MG2 mitjançant engranatges planetaris (planetaris). MG2 està connectat directament a les rodes, de manera que si les rodes giren, giren i si giren les rodes també (en resum, no es pot desvincular entre elles) ...
• MG2 serveix com a motor de tracció (distància màxima de 2 km o 50 km en endollable / recarregable) i també com a generador elèctric (desacceleració: regeneració)
• Engranatge planetari: uneix MG1, MG2, ICE i les rodes juntes (això no interfereix que alguns dels elements estiguin assegurats mentre que altres giren, cal aprendre i entendre com l’engranatge planetari pren vida). Gràcies a ell, tenim un canvi / disminució contínua i, per tant, és ell qui representa la caixa de canvis (la relació de canvi canvia, cosa que fa que es freni o es "inverteixi": la connexió entre ICE i MG1)

La reducció consisteix en la suma més o menys dels moviments del motor de combustió interna (tèrmic) i MG2 (que està rígidament connectat a les rodes, no ho oblidem).

Entrenador d’engranatges planetaris híbrids

Aquest vídeo és perfecte per conèixer el funcionament de la hibridació de Toyota.

Novetat: mode seqüencial manual a Toyota HSD Hybrid?

Els enginyers van ser capaços de simular (parcialment...) els informes jugant a com el MG1 frenaria o marxa enrere d'una manera no progressiva per obtenir informes més clars. La relació d'engranatges la genera MG1, que amb més o menys fermesa i més o menys "lliscament" connecta ICE i MG2 (MG2 = motor elèctric de tracció, però també, sobretot, rodes). Per tant, aquesta disminució pot ser gradual o “escalonada” segons com controli el distribuïdor de potència MG1.

Tingueu en compte, però, que els canvis d’engranatges no es noten a càrrega parcial ... I a plena càrrega (acceleració màxima) tornem a la variable contínua perquè aquesta és l’única manera d’aconseguir el millor rendiment d’acceleració amb aquest sistema (l’ordinador, per tant, es nega per canviar de marxa per obtenir l’acceleració màxima).

Per tant, aquest mode s'utilitza més per frenar el motor en baixada que per a la conducció esportiva.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 i velocitat màxima

Això és el que realment té. Malauradament, a plena càrrega, perdem el mode seqüencial i ja no sentim l’engranatge.

Varies versions?

A part de les diferents generacions, el sistema THS / HSD / MSHS aplicat a Toyota i Lexus té dues variants principals. La primera i més comuna és la versió transversal, que avui es troba plasmada en l'Aisin AWFHT15 (a principis dels 90 es deia THS per al sistema híbrid Toyota. Ara és HSD per a Hybrid Synergy Drive). Es presenta en dos models més o menys compactes: Prius / NX / C-HR (més gran), corol·la i Yaris (petit).

Aquí teniu una transmissió HSD més moderna (Prius 4) de versions transversals (ara hi ha dues mides diferents, aquí teniu la més gran). És molt més compacte que la variant que podeu veure a continuació (no la que hi ha just a sota de la longitudinal, fins i tot a sota...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 Acceleració híbrida 0-180 km / h

Prius 4 a ple gas, aquí teniu el famós efecte de canvi continu produït per la combinació de motors / generadors elèctrics, un motor tèrmic i un tren planetari central.

Després ve el MSHS per al sistema híbrid de diverses etapes (del qual no hauria de parlar realment aquí ... Però com que funciona de manera idèntica, també prové d’Aisin i és per al grup Toyota ...) això és molt important. un dispositiu més gran que s’ha de col·locar longitudinalment i que aquesta vegada pot generar engranatges reals, dels quals n’hi ha 10 (4 engranatges reals en una caixa i una combinació de motors elèctrics d’una manera intel·ligent per aconseguir 10. Per tant, no un múltiple de 4, però això no importa).

En realitat, hi ha dues versions: AWRHT25 i AWRHM50 (MSHS, que té 10 informes).

La versió longitudinal molt més prestigiosa (aquí AWRHM50) està destinada principalment a Lexus (pocs Toyota tenen un motor en aquest sentit). Hi ha dues versions, una de les quals pot generar fins a 10 informes reals.

2016 Lexus IS300h 0-100 km/h i modes de conducció (eco, normal, esportiu)

Torneu al minut 1:00 per veure com AWFHT15 pot generar informes. Curiosament, els famosos "salts de velocitat" ja no es senten quan el motor està completament carregat... Això es deu al fet que el dispositiu és més eficient (cronògraf) en mode variador, de manera que la càrrega plena indueix un mode de variació contínua normal.

Com funciona un Toyota híbrid?

Quin és, doncs, el principi bàsic del dispositiu híbrid HSD? Si haguéssim de resumir això aproximadament, podríem parlar d’un motor tèrmic que funciona amb dos motors / generadors (el motor elèctric sempre és reversible) i els diferents parells (de cada motor) estan controlats i controlats pel tren planetari central, però també la intensitat elèctrica (i direcció de l'electricitat) controlada per un distribuïdor d'energia ("inversor" en anglès). L'engranatge reductor (caixa CVT) es controla electrònicament, fent que el motor MG1 funcioni d'una manera específica, així com a través d'un engranatge planetari central, que permet combinar múltiples potències per produir-ne una.

El motor es pot desconnectar completament de les rodes, així com a través de la transmissió planetària ...

En definitiva, encara que vulguem simplificar, entenem que no serà tan fàcil d'assimilar, per això ens centrarem en els principis bàsics. Tanmateix, us he posat un vídeo en anglès que detalla els detalls, així que si voleu tirar endavant, hauríeu de poder fer-ho (amb motivació i neurones sanes, és clar).

Aquí teniu el Prius 2, que és menys compacte que el que us vaig mostrar més amunt. Vegeu com ressaltaven el compressor A / C (blau a l’esquerra del motor). De fet, a diferència de qualsevol màquina "normal", és accionada per un motor elèctric. Les rodes estan connectades a una cadena que es pot veure a la secció central de la dreta (just al centre del variador electrònic).

variador electrònic a prop

De perfil, veiem una de les suspensions de rodes connectades a la cadena mitjançant un diferencial.

Diversos modes de funcionament

Fem una ullada a les diferents maneres de funcionament d'un dispositiu i, al llarg del camí, per què es considera sèrie/paral·lel, mentre que normalment un sistema híbrid és un o un altre. L'enginyosa manera en què està dissenyat HSD permet tots dos, i això també fa que sigui una mica complicat...

Dispositiu Toyota HSD: detalls i arquitectura

Aquí teniu una arquitectura simplificada de dispositius HSD multicolor per ajudar-vos a establir connexions entre components.

El diagrama està al revés respecte a la foto de dalt perquè està fet des d'un angle diferent... Jo vaig agafar el diagrama del Prius 2 i per això aquí hi ha una cadena, les versions més modernes no la tenen, però el principi no canvia en qualsevol dels casos (ja sigui cadena, eix o engranatge és el mateix.

Aquí teniu el mecanisme amb més detall, perquè s'ha d'entendre que l'embragatge s'obté aquí a causa de la força electromagnètica entre el rotor i l'estator MG1.

MG1 es connecta al motor mitjançant un conjunt d'engranatges planetaris (verd) d'un conjunt d'engranatges planetaris. És a dir, per girar el rotor MG1 (secció central), el motor tèrmic passa per un engranatge planetari. He destacat aquest tren i aquest motor en un sol color perquè puguem veure clarament la seva connexió física. A més, i no està ressaltat al diagrama, el satèl·lit verd i l’engranatge solar central blau MG1 estan físicament ben connectats (hi ha un buit entre ells), així com la corona (la vora del tren). i el satèl·lit verd del motor tèrmic.

MG2 està connectat directament a les rodes a través d’una cadena, però també condueix l’engranatge planetari extern de l’engranatge planetari central (la corona és de color blau fosc, he escollit el mateix color per allargar l’engranatge planetari perquè puguem veure clarament que està connectat a MG2 ) ...

Aquí hi ha l'engranatge planetari al davant, no de perfil al diagrama anterior, podem veure millor les connexions entre els diferents engranatges associats a MG1, MG2 i ICE.

La dificultat rau a entendre el principi del tren planetari, sabent que els moviments interns no coincideixen en funció dels modes de moviment, sinó també de la velocitat...

Sense embragatge?

A diferència de totes les altres transmissions, el HSD no necessita un embragatge o un convertidor de parell (per exemple, un CVT necessita un convertidor de parell). Aquí és on la força electromagnètica uneix les rodes al motor a través del tren planetari gràcies a MG1. Aleshores són el rotor i l'estator d'aquest últim (MG1) els que creen llavors l'efecte de fregament: quan feu girar el motor elèctric a mà, sorgeix una resistència, i és aquest últim el que fem servir aquí com a embragatge.

Encara és millor quan durant la fricció (diferència de velocitat entre l'estator i el rotor, per tant entre el motor i les rodes), es genera electricitat. I aquesta electricitat s'emmagatzemarà a la bateria!

És per això que es considera que el sistema HSD és molt intel·ligent, ja que proporciona una mínima pèrdua d’energia en recuperar l’energia en el moment del fregament. Al clàssic embragatge, perdem aquesta energia per calor, aquí es converteix en electricitat, que restaurem a la bateria.

Per tant, tampoc hi ha desgast mecànic, ja que no hi ha contacte físic entre el rotor i l’estator.

En parar-se, el motor pot funcionar sense parar perquè les rodes no bloquegen el motor (cosa que hauria passat si ens haguéssim aturat en una transmissió manual sense apagar-lo). L'engranatge solar blau (també anomenat ralentí) és lliure, de manera que separa les rodes del motor (d'aquí els engranatges planetaris de la corona verda). D’altra banda, si l’engranatge solar comença a rebre parell, connectarà els engranatges verds a la corona i llavors les rodes començaran a girar gradualment (fricció electromagnètica).

Si l’engranatge solar està lliure, la força no es pot transmetre a la corona.

A mesura que el rotor gira, es crea fricció a l’estator, cosa que provoca el parell, i aquest parell es transmet a l’engranatge solar, que es bloqueja i fins i tot gira en l’altra direcció. Com a resultat, es crea una connexió entre l'eix del motor al centre i la corona dentada a la perifèria (engranatge = rodes). Tingueu en compte que el dispositiu també serveix per aturar-se i arrencar: quan voleu arrencar, n'hi ha prou amb bloquejar breument l'engranatge solar perquè el motor tèrmic ICE rebi parell de MG2 connectat a la roda motriu (a continuació, l'engega com un motor d'arrencada. Fa. Clàssic).

Per tant, per resumir-ho:

• Quan està parat, el motor pot girar perquè no s’estableix l’enllaç entre l’eix del motor i l’engranatge anell: l’engranatge solar és lliure (tot i que el Prius generalment s’apaga quan està parat per estalviar combustible)
• En augmentar la velocitat del motor, el rotor gira prou ràpid per generar una força electromagnètica, que després transmet el parell a l'engranatge solar: creant una connexió entre l'eix del motor i la corona dentada.
• Quan es fa la connexió, les velocitats de l'eix del motor i de la roda anular són iguals
• Quan la velocitat de les rodes és més ràpida que la del motor, l'engranatge solar comença a girar en l'altra direcció per canviar la relació de transmissió (després que tot estigui bloquejat, comença a "rodar" per augmentar encara més la velocitat del sistema). Més aviat, es pot dir que, en rebre el parell, l'engranatge solar no només connecta els eixos del motor i la roda motriu, sinó que també fa que s'accelerin posteriorment (no només els frens "resisteixen", sinó que també els fa girar en el següent manera)

Mode 100% elèctric

Aquí, els motors ICE (tèrmics) i MG1 no tenen un paper especial, és MG2 qui fa girar les rodes a causa de l’electricitat obtinguda de la bateria (d’aquí l’energia derivada de la química). I fins i tot si MG2 gira el rotor de MG1, no afecta el motor tèrmic ICE i, per tant, no hi ha cap resistència que ens preocupi.

Mode de càrrega quan s’atura

Aquí hi ha un motor tèrmic que gira MG1 a través d’un tren planetari. D'aquesta manera, es genera electricitat i s'envia al distribuïdor d'energia, que dirigeix ​​l'electricitat només a la bateria.

Mode de recuperació d’energia

Aquest és el famós mode "B" (fre regenerativa), que es pot veure al pom del canvi (quan l'premeu, hi ha més frenada del motor associada a la recuperació d'energia cinètica MG2, la resistència és electromagnètica). La inèrcia/energia cinètica prové de les rodes i per tant viatja a MG2 a través dels engranatges mecànics i la cadena. Com que el motor elèctric pot ser reversible, generarà un corrent elèctric: si envio suc al motor elèctric, s’encén, si giro el motor elèctric aturat a mà, produirà electricitat.

Aquest corrent elèctric és recuperat pel distribuïdor per enviar-lo a la bateria, que després es recarregarà.

El motor elèctric i el tèrmic funcionen junts

A una velocitat estable i bona, és a dir, la majoria de les vegades, les rodes seran accionades per la potència dels motors elèctrics (MG2) i tèrmics.

El motor tèrmic ICE acciona l’engranatge planetari, que genera electricitat a MG1. Això també transferirà la força mecànica a les rodes, ja que l’engranatge planetari també hi està connectat.

Aquí és on les dificultats poden esdevenir limitants, perquè en funció de la velocitat de rotació de l’engranatge planetari no serà la mateixa (en particular, la direcció de determinats engranatges).

Una caixa de canvis d'estil CVT (canvi continu i progressiu com en els scooters) es crea per la interacció de tensions entre els motors (gràcies a l'efecte magnètic provocat pel suc que passa per les bobines: un camp electromagnètic induït) així com l'engranatge planetari. . que rep la potència de diversos canals. Molta sort per fer-ho bé al vostre abast, encara que el vídeo que us poso a la vostra disposició us permeti fer-ho.

Potència màxima

Això és una mica semblant al paràgraf anterior, tret que aquí també estem prenent l’energia elèctrica que pot subministrar la bateria, de manera que MG2 se’n beneficia.

Aquí teniu la versió actual del Prius 4:

Versió endollable / recarregable?

L’opció amb una bateria recarregable, que permet 50 km en un vehicle totalment elèctric, consisteix només en instal·lar una bateria més gran i instal·lar un dispositiu que permeti connectar la bateria al sector.

Primer heu de passar pel distribuïdor de potència i l’inversor per gestionar la diferència de potència i els diferents tipus de sucs: CA, CC, etc.

Versió HSD 4X4?

Com hauríeu de saber, existeix una versió 4X4 al Rav4 i NX 300H i està dissenyada per afegir-se a l’eix posterior, igual que E-Tense i HYbrid / HYbrid4 de PSA. Així, es tracta d’un ordinador que garanteix la potència constant de les rodes dels eixos davanter i posterior, que, per tant, no tenen connexió física.

Per què sèrie / paral·lel?

El dispositiu s'anomena sèrie/paral·lel perquè s'anomena "sèrie" quan esteu en mode 100% elèctric. Per tant, treballem de la mateixa manera que el BMW i3, el motor tèrmic és un generador de corrent que alimenta la bateria, que ella mateixa mou el cotxe. De fet, amb aquest mètode de funcionament, el motor queda completament desconnectat de les rodes.

També s’anomena paral·lel quan el motor està connectat a les rodes a través d’un dispositiu planetari. I això s'anomena compilació per lots (vegeu diverses versions aquí).

Toyota està fent massa amb el seu sistema?

Al final d’aquest article, voldria dir una mica de tirada. De fet, Toyota parla molt del seu híbrid endollable, i això és completament comprensible i legal. Tot i això, em sembla que en dos aspectes la marca ha anat massa lluny. El primer és idealitzar la tecnologia, implicant de passada que, d’alguna manera, salvarà el planeta i que, en essència, la marca inicia una revolució que ens salvarà a tots. Per descomptat, redueix el consum de combustible, però tampoc no ens hauríem de caricaturitzar; un minivan dièsel no hibridat funciona gairebé igual, si no millor, de vegades.

Així que Toyota està aprofitant el context anti-dièsel actual per afegir una capa que crec que està una mica embellida aquí al límit de maneig, aquí en teniu una:

Anunci de televisió - Gamma híbrida - Triem l'híbrid

Aleshores hi ha un problema de connexió. La marca japonesa basa bona part de les seves comunicacions en el fet que el cotxe no necessita ser recarregat de la xarxa, com si fos un avantatge tecnològic respecte a la competència. En realitat, això és una mica enganyós, ja que és més un desavantatge que qualsevol altra cosa... Els cotxes híbrids que es poden carregar no ho han de fer absolutament, aquesta és una opció que s'ofereix a més del seu propietari! Per tant, la marca aconsegueix deixar passar un dels defectes com a avantatge, i això encara és fort, oi? Irònicament, Toyota ven versions complementàries del seu Prius i haurien de ser millors ... Aquí teniu un dels anuncis publicitaris:

No cal que la recarregueu? Més aviat diré: "prim, no hi ha manera de fer ..."

Seguir endavant?

Per anar més enllà, us proposo que estudieu detingudament aquest vídeo, que, malauradament, només està en anglès. L’explicació es fa per etapes per fer-la el més senzilla i directa possible.