Устройство

Эксплуатация

Ремонт

Приём звонков:
Пн. - Пт.
10:00 - 18:00

Гибридная силовая установка "Hybrid Synergy Drive" (HSD)

Силовая установка смешанного типа "Hybrid Synergy Drive" - это, говоря просто, "синергетический" комплекс двигателей. Её название можно по смыслу перевести на русский язык как "силовая установка смешанного типа с эффектом высокорезультативного взаимодействия подсистем".

Была впервые изобретена, разработана и запанентована нашим бывшим соотечественником. Александр Северинский, эмигрировавший в соединенные штаты рабовладельцев и эксплуататоров, в 1994 году успешно получил патент у местного правительства. Компания Тойота Мотор, впрочем, и по сей день утверждает, что разрабатывала аналогичную систему самостоятельно. Ход судебного разбирательства и моральная сторона вопроса в данную статью не войдут.

Изящество инженерного решения Hybrid Synergy Drive - это реализация автоматической коробки переключения передач, плавно управляющей крутящим моментом и режимами работы нескольких экологически дружественных двигателей. Проще говоря, HSD совмещает в себе несколько различных моторов - электрических и бензинового по циклу Аткинсона, и реализует их работу в оптимальных диапазонах оборотов с целью получения максимального итогового КПД.

Следует понимать, что чисто электрическая трансмиссия последовательных гибридов имеет КПД не более 70%, в то время как механическая может достигать эффективности в ~90%. Используя ДВС (КПД ~30%) на трассе, а электромоторы (КПД ~90%) для резвого старта, силовая установка смешанного типа HSD имеет высокую экологичность и достойную моментную характеристику. Хотя Тойота Мотор не предоставляет точные данные, можно рассчитывать как на волну "электрического" момента снизу, так и на приличную тягу от ДВС на средних скоростях.

На конец 2015 система имеет 3 поколения с различной схемой работы. На аналогичных этому ресурсах по какой-то причине описаны только принципы работы системы первого поколения.

Первые два поколения нас мало интересуют - они безнадёжно устарели, ведь запланированное устаревание сегодня укладывается всего в пять лет срока эксплуатации техники (плюс-минус два года; что происходит с техникой потом - современного производителя мало интересует).

Скажем лишь следующее.

В первом поколении система устанавливалась только на переднеприводные авто - Pruis начальных генераций. Примечательно, то эти модели Тойота продавала в убыток себе - с целью популяризации концепции гибридов.

Также примечательно то, что в изначальной генерации трансмиссии Приусов было приблизительно в 5 раз меньше движущихся деталей, чем в современной многоступенчатой автоматической коробке переключения передач.


Toyota Hybrid System (THS)

Ознакомьтесь с иллюстрацией для лучшего понимания (требуется развитое воображение). Примечательно, что в первой системе нет сцеплений либо тормозных муфт, как в обыкновенной АКПП.

Как видите, в зарождающихся разработках Тойота Мотор скорость авто практически напрямую задавалась вращением второго мотор-генератора (на схеме обозначен как "MG2"). Схема позволит вам легко отследить подачу мощности по системе. Так, гибким управлением скоростью и направлением вращения MG1 достигается плавное изменение передаточного числа между маховиком двигателя внутреннего сгорания и колёсами авто. Это, конечно, никакой не "вариатор", но его достойный аналог.

Во втором поколении система несколько усложнилась - сказался опыт эксплуатации. Так, результирующая тяговая характеристика системы распределения крутящего момента стала более гибкой.

Второй мотор-генератор здесь, как видите, подсоединён через делитель, который у некоторых моделей делит обороты MG2 в соотношении приблизительно 2,5:1, повышая тем самым крутящий момент.

К тому же, Lexus RX 400h и Toyota Highlander Hybrid были оснащены полностью гибридным полным приводом. Задняя ось у этих машин приводится третьим мотор-генератором (так называемый MGR). При этом, задняя ось не имеет механической связи с передней осю и с собственно рассматриваемой системой HSD.


Hybrid Synergy Drive (HSD) four-wheel drive system

Как видно на картинке, схема работы трансмиссии смешанного типа во втором поколении значительно усложнилась и улучшилась по сравнению с первым. Но это ещё ерунда. Подождите, пока дойдете до третьего.



Схема работы третьего поколения HSD

В данной статье именно эта система будет рассматриваться максимально подробно, так как на сегодня - конец 2015 года - она является наиболее совершенной. Она применяется в кроссоверах Lexus GS 450h и седанах Lexus LS 600h. Обратите внимание на следующую иллюстрацию:

работа трансмиссии гибридов Лексус

Как видите, устройство HSD G3 уже куда ближе к традиционным АКПП, чем когда бы то ни было ранее. На это указывает появление муфт и тормозов (в обиходе - фрикционов), характерных именно для планетарного механизма "автоматов". Функцию они здесь выполняют схожую:

1) В режиме "Р" заблокированы все фрикционы (но ДВС может вращаться в целях зарядки высоковольтной АКБ).

2) В режиме "тихого старта" без включения поршневого движка MG2 (и MGR при его наличии) включается, а солнечная шестерня тормозится на корпус (верхний фрикцион на схеме).

3) В режиме рекуперации система блокируется таким образом, чтобы получать крутящий момент с колёс на мотор-генераторы (конкретная последовательность зависит от модели машины и текущего режима работы ДВС; не стоит забывать, что при движении "накатом" поршневой движок глушится за вполне понятной ненадобностью).

4) Высокие обороты ДВС позволяют машине двигаться по длинным прямолинейным участкам с высоким КПД, подзаряжая при этом источники энергии. "Солнце" заблокировано.

5) Вращение MG1 в противоположном обычному направлении позволяет машине недолго разгоняться на максимальной доступной скорости засчёт быстрого разряда высоковольтной АКБ. "Солнце" заблокировано.


Основные оставляющие системы

пункт Бензиновый двигатель внутреннего сгорания
пункт Аккумуляторные батареи
пункт Мотор-генераторы
пункт Система планетарных передач
пункт Инвертор и конвертер
пункт Электронный блок управления

Бензиновый поршневой двигатель, работающий по циклу Аткинсона, оснащён системой изменения фаз газораспределения. Эффективность, которой характеризуются подобные ДВС, гарантирует высокие экологические показатели при достойной моментной характеристике: насосные потери в таких силовых установках значительно меньше, чем в двигателях по циклу Отто. Экономия тоже нешуточная: в смешанном цикле можно сохранить до 20%!

Помпа системы охлаждения здесь имеет электрический привод; система охлаждает не только поршневой движок, но и электрические. Выхлопные газы качественно рециркулируются и используются для ускорения прогрева.

Две аккумуляторных батареи - высоковольтная и обычная - работают в тандеме. Система охлаждения для элементов батарей через специальный канал лучше оптимизирована по сравнению с более ранними моделями. Кроме того, система поддерживает заряд батареи на постоянном уровне в течение всего времени путем мониторинга и вычисления совокупного количества разряда при ускорении, и подзарядки от рекуперативного торможения; или избыточной мощности при нормальных условиях эксплуатации. Гибридный аккумулятор имеет ограниченный срок службы (вопреки распространённому мнению). Продолжительность жизни гибридного тягового аккумулятора, по утверждению инженеров Toyota, "можно изменить", меняя стиль вождения и условия движения.

Высокопроизводительные мотор-генераторы переменного тока не имеют щёток, и оснащены неодимовыми магнитами V-образной формы. Имеют мощность не менее 62 л.с. и крутящий момент не менее 207 ньютон-метров. Они также позволяют пользоваться рекуперативным торможением.

Данная возможность позволяет экономить на износе тормозных колодок и на топливе, особенно в городских режимах движения. Главное - приноворовиться не тормозить резко, чтобы не задействовать гидравлику.

Фирменная планетарная передача, также известная как eCVT или PST, является "скелетом" работы HSD.

Инвертор и конвертер, контролируемые электронным блоком управления, преобразуют ток в цепях гибрида. Эти системы охлаждаются принудительно во всех моделях с 2009 года.