油電複合動力系統

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油電複合動力(Hybrid Synergy Drive,縮寫 HSD),是結合汽油引擎電動馬達兩種不同的動力來驅動車輛的技術,它具備汽油引擎之可靠性佳、中高轉速效率佳,與電動馬達之低速扭力大、安靜、無污染等特性,綜合兩者之優點並發揮其最大功效。 驅動和後輪驅動的雷克薩斯車型。 2007年5月豐田已售出百萬全球混合動力汽車,由2009年8月底已經銷售了總共200萬。 豐田生產的混合動力車彌補約75%的美國混合銷售

原理

豐田HSD取代了正常的齒輪傳動與機電系統。 因為一個內燃機 (ICE)提供電源最好只在一個小範圍的扭矩和速度 ,在曲軸的發動機通常是連接到一個自動或手動變速箱的離合器或液力變矩器,使駕駛者調整的速度和扭矩可交付發動機的扭矩和速度所需要的驅動車輪的汽車。 當需要進行分類,傳輸類型的HSD車輛(如列表或標準規範監管的目的),豐田描述HSD配備車輛為具有電子無級變速器 ( 電子無級變速器 )。

動力源

在“標準”汽車設計的發電機 (交流發電機)和起動器 (直流馬達)被認為是配件,連接到內燃機(ICE)通常驅動器傳輸到車輪的動力推動車輛。 電池只用於啟動汽車的內燃機配件和運行時引擎沒有運行。 該發電機是用來給電池充電,並運行附件時,發動機運轉。 HSD取代了齒輪箱(變速箱),發電機和起動電機與一對強大的馬達發電機 [6] (指定MG1和MG2〜60馬力的總和)與電腦並聯系統來控制他們,一個機械的功率分配器的行為作為第二差 ,和一個電池組是作為一個能源寶庫。 該電動發電機使用電源從電池推動的車輛在啟動和低速或正在加速。 ICE的可能或可能不會在啟動時運行。 當更高的速度,更快的加速或多個電源充電的電池是需要的ICE是開始由電動發電機(擔任首發)。 這些特點使冰通常被關閉交通站,配件的電源(包括空調,如果需要的話)一般是由電池組。當行駛車輛的營運車輛要放慢初次旅行的剎車踏板從事電機發電機(S)到發電機模式轉換大大的向前移動到電流的流動,用於電池充電,而減慢車輛。 這樣,前進的動力再生(或轉換)多大的能量用於加速車輛放回儲存電能。 (見再生制動 )從事艱苦的制動動作標準前盤,後鼓(後盤2010年和以後機型)剎車它們也提供了更快的停止和緊急情況下使用。 這種現象既浪費能源,可能已被追回,並鼓勵正常使用。豐田使用的是Atkinson引擎,而本田使用的是IMA引擎。

MG1和MG2

MG1(電機發電機1):產生電力。 MG1充電的電動汽車電池和供應電力驅動MG2。 此外,通過調節量的電力產生(因此不同MG1的內阻和rpm),MG1有效地控制驅動橋的無級變速器 。 MG1也作為發動機的啟動器 。MG2(電機發電機2):驅動車輛。 MG2和發動機共同驅動車輪。 加法的MG2的強大扭矩特性有助於實現出色的動力性能,包括平穩啟動,關閉和加速度。 在再生制動,MG2動能轉換成電能,然後儲存在電動汽車電池。

傳輸

機械傳動裝置設計的系統允許的機械動力從冰要分割三種方式:額外扭矩的車輪(在恆定轉速),額外的車輪旋轉速度(在恆轉矩),功率為發電機。 計算機程序的運行適當的執行器控制系統和指揮的潮流從不同的發動機 +電機的來源。 這種權力分割的利益實現了無級變速器 (CVT),但轉矩/速度轉換使用一個電動馬達,而不是直接的機械齒輪火車連接。 一個 HSD車不能操作沒有計算機,電力電子,電池和電機發電機,雖然在原則上可以運作,同時又缺少內燃機。 (見: 插入式混合動力 )在實踐中,HSD裝備的汽車可以帶動一英里或兩個沒有汽油,作為應急措施,以達到一個加油站 。 一個HSD 變速器包含行星齒輪設置,調整和混合量的扭矩從發動機和電動機(S),因為它需要的由前輪。 這是一個複雜的,複雜的組合齒輪,電機,發電機和計算機控制的電子控制。 其中電機發電機(MG2豐田手冊;有時也被稱為“MG - T”為“扭矩”)是裝在驅動軸,從而夫婦扭矩流入或流出的傳動軸:飼養電能轉化為 MG2增加扭矩車輪。 該發動機的驅動軸結束了第二差 ;一條腿這個差是附著在內燃機和其他腿連接到第二個電動發電機(MG1在豐田手冊,有時“MG - S”為“速度“)。 差分涉及的旋轉速度的車輪旋轉速度的發動機和MG1,與 MG1用來吸收的區別車輪和發動機轉速。 差分是一個行星齒輪組 (也稱為“權力分割設備”);這兩個電機和發電機都包含在一個單一的驅動橋房屋,是狂奔的發動機 。 特殊接頭和傳感器監測每個軸的旋轉速度和總扭矩的傳動軸,反饋到控制計算機。

運營

HSD驅動器的工作原理是分流電力兩者之間的電動發電機,電池組運行過,甚至出負載上的內燃機。 由於功率增加的電動機可用於時期的迅速加快,ICE可以精簡到只匹配的平均負載上車,而不是規模由高峰期的電力需求迅速加速。 較小的內部燃燒發動機可以設計更有效地運行。 此外,在正常運行的發動機可以操作或接近其理想的速度和扭矩水平的動力性,經濟,或排放,吸收或電池組供電適當平衡的需求放在了駕駛者身上 。 在交通停止內燃機甚至可以被關閉的更加經濟。 有效的結合汽車設計,再生制動,轉向,發動機關閉交通站,重大電能儲存和高效的內部燃燒發動機設計給 HSD動力車顯著的效率優勢,尤其是在城市駕駛。

運作階段

發動機啟動 :啟動發動機,功率應用於MG1作為首發出場。 由於規模的電動發電機,起動發動機需要相對較少的功率從MG1和傳統起動馬達的聲音聽不到。 發動機起動時可能會出現停止或移動。 • 低檔(相當於):當在低速時加速運轉正常,發動機的速度比原來的車輪,但不開發足夠的轉矩。 額外的發動機轉速反饋到MG1充當發電機。 MG1的輸出反饋到MG2,充當力矩電機和增加在驅動軸。 • 高擋(相當於):在高速巡航時,發動機比原來更慢,但發展車輪的扭矩比需要。 MG2然後運行作為發電機,以除去多餘的發動機扭矩,產生力量,被送到MG1擔任電機,增加車輪的速度。 在穩定狀態下,發動機提供了所有的力量來推動的汽車,除非引擎無法提供這麼大(在重加速,或駕駛了一個陡坡高速)。 在這種情況下,電池供應的區別。 每當需要推進功率的變化,電池很快平衡預算的權力,使發動機功率變化相對緩慢。 • 倒檔 :沒有倒擋在傳統變速箱:計算機飼料負電壓MG2,運用負扭矩的車輪。 早期的模型沒有提供足夠的轉矩一些情況 :有報導稱早期普銳斯車主未能收回汽車在陡峭的山坡舊金山 。 該問題已被固定在最近的模型。 如果電池電量不足時,系統可以同時運行的發動機功率從 MG1和借鑒,儘管這會減少可用的反向扭矩的車輪。 • 靜音操作 :在低速和溫和的HSD可以驅動力矩不運行在所有的內燃機:電力供應只MG2,使MG1自由旋轉(因此脫鉤的發動機從車輪)。 這就是俗稱的“隱形模式”。 只要有足夠的電量,可驅動的汽車在這一段裡無聲模式,即使沒有汽油。 • 空擋 :大多數司法管轄區要求汽車變速器有空擋的分離發動機和變速器。 該 HSD“空擋”是通過轉動電動機關閉。 在這種情況下,行星齒輪是靜止的(如果車輪不轉動),如果車輛的車輪轉動,齒圈將旋轉,導致太陽齒輪旋轉,以及(發動機慣性將保持平穩運營商齒輪除非速度高),而MG1飛輪所以沒有電源消散。再生制動 :通過繪製權力來自MG2和沉積它進入電池組,HSD可以模擬正常減速發動機制動 ,同時節省了電源未來的推動作用。 再生制動系統在HSD吸收大量的正常制動的負載,因此傳統的剎車就HSD車輛矮小相比,在傳統汽車制動系統的類似的質量。 • 發動機制動 :在HSD系統有一個特殊的傳輸設置標有“B”(制動),即採用地方傳統自動變速器的“L”的設置,提供發動機制動山丘。 這可以手動選擇到位再生制動。 在剎車時,電池已接近潛在的破壞性的高收費水平,電控系統自動切換到傳統的發動機制動 ,牽引功率從MG2和分流到MG1,加速發動機油門封閉,吸收能量並減速行駛。 • 電刺激 :電池板提供一個水庫的能量,使電腦的需求相匹配的發動機預定的最佳負載曲線,而不是工作在轉矩和速度要求的駕駛員和道路。 計算機管理的能量儲存在電池的水平,這樣才能有能力吸收額外的能量需要的地方或提供額外的能量來提高發動機的功率。 • 電池充電 :可充電的HSD其電池不動車,通過運行引擎和提取電力從MG1。 電源得到分流到電池,也沒有扭矩提供給車輪。

性能

豐田普瑞斯已經適度加速,但具有極高的效率為一個中等大小的四門轎車:一般明顯優於40英里(美國)(5.9 L/100KM)是典型的短暫城市jaunts; 55英里(4.3 L/100KM)並不少見,尤其是在溫和的速度擴展驅動器(一個較長的驅動使發動機充分預熱)。 這是約兩倍的燃油效率同樣配備了四門轎車與傳統的動力總成。 並非所有的額外效率的普銳斯是由於HSD系統: 阿特金森循環發動機本身也專為最大限度地減少發動機阻力通過抵消曲軸 ,以盡量減少阻力活塞在動力衝程 ,和獨特的進氣系統,防止拖造成歧管真空度與正常的奧托循環在大多數發動機。 此外,阿特金森循環恢復更多的精力,每循環比奧托由於其較長的功率中風。 缺點是阿特金森週期大為減少扭矩,特別是在低轉速;但HSD具有巨大的低速扭矩可從 MG2。 該Highlander混合動力車 (也銷售作為克魯格在一些國家)提供了更好的加速性能相比,其非混合動力版。 混合版本去從 0-60英里7.2秒,幾乎是第二次修整過的傳統版本的時間。 淨馬力為 268馬力(200千瓦)相比,傳統的215馬力(160千瓦)。 最高時速為所有高地僅限於112英里每小時(180公里/小時)。 典型的燃油經濟性的Highlander混合動力車率介乎27至31英里(8.7-7.6 L/100KM)。 傳統的漢蘭達是由美國環保局評為 19城市,高速公路25英里(12.4和9.4 L/100KM分別)。

後續發展

其基本設計的豐田混合動力系統 /混合動力驅動並沒有改變自1997年引入日本市場的豐田普瑞斯,但也出現了一個數字的顯著改進。 該示意圖說明了路徑之間的功率流電動機,發電機1(MG1),汽油內燃機(ICE), 行星齒輪組 “權力分割裝置”元素(S:中央“太陽”,C:行星載體,R:外環)和電動發電機 2(MG2)。 有一種持續的,漸進的改善,具體容量的牽引電池。 原來的普銳斯採用收縮包裝 1.2伏的D細胞,和所有後續 THS / HSD車輛已使用的自定義 7.2伏電池模塊安裝在一個載體。 所謂的豐田普瑞斯混合動力系統的初始代,THS其次是THS II在2004年普銳斯,隨著後續版本稱為混合動力驅動器。 在THS依賴於電壓的電池組:與276和288 V的混合動力驅動器增加了一個DC - DC轉換器提高了潛在的電池為500 V以上。 這允許使用更小的電池組被使用,和更強大的發動機。