Cómo funciona Toyota Hybrid (HSD)

Todo el mundo sabe muy bien que la hibridación HSD de Toyota tiene la reputación de ser un taller. El dispositivo de la marca japonesa (colaboración Aisin) es conocido no solo por su eficiencia, sino también por su muy buena confiabilidad. Sin embargo, es difícil de entender debido a su complejidad y a los múltiples modos de funcionamiento posibles.

Por lo tanto, intentaremos comprender cómo funciona el dispositivo híbrido de Toyota, el famoso e-CVT Serial / Parallel HSD. Este último te permite andar 100% eléctrico o una combinación de eléctrico y térmico. Aquí tomo un tema algo complejo, y en ocasiones necesito simplificarlo un poco (aunque esto no quita la lógica y el principio).

Ahora sepa que las transmisiones HSD son fabricadas por Aisin (AWFHT15), de la cual Toyota posee el 30%, y que suministran transmisiones híbridas y no híbridas al grupo PSA cuando se trata de EAT o e-AT8. cajas. (híbrido2 e híbrido4). Ahora estamos en la cuarta generación en términos de desarrollo técnico. Si bien el principio general sigue siendo el mismo, se realizan pequeñas mejoras en el engranaje planetario central o en el diseño para lograr compacidad y eficiencia (por ejemplo, longitudes de cable más cortas reducen las pérdidas eléctricas).

Explicación sintética

Si desea una visión holística de cómo funciona HSD, aquí hay una explicación que lo resume. Necesita ir más allá en el artículo para profundizar más o tratar de comprender qué se le escapa en esta etapa.

Aquí está el papel de cada componente, así como las especificaciones técnicas del HSD:

• El ICE (Motor de Combustión Interna) es un motor térmico: toda la energía proviene de él, y por lo tanto es la base de todo. Está conectado a MG1 a través de un tren epicicloidal.
• MG1 sirve como generador eléctrico (impulsado por un motor térmico) y como variador de caja de cambios. Conecta ICE a MG2 a través de un engranaje planetario (planetario). El MG2 está conectado directamente a las ruedas, por lo que si las ruedas giran, gira, y si gira también las ruedas (en resumen, no es posible un desacoplamiento entre ellas) ...
• MG2 sirve como motor de tracción (distancia máxima 2 km o 50 km enchufable / recargable) y también como generador eléctrico (desaceleración: regeneración)
• Engranaje planetario: une MG1, MG2, ICE y las ruedas (esto no interfiere con algunos de los elementos que se aseguran mientras que otros giran, debe aprender y comprender cómo cobra vida el engranaje planetario). También gracias a él, tenemos un cambio / disminución continuo, y por lo tanto es él quien representa la caja de cambios (la relación de transmisión cambia, lo que hace que frene o "retroceda": la conexión entre ICE y MG1)

La reducción consiste en más o menos suma de los movimientos del motor de combustión interna (térmico) y MG2 (que está rígidamente conectado a las ruedas, no lo olvidemos).

Entrenador de engranajes planetarios híbridos

Este video es perfecto para tener una idea de cómo funciona la hibridación de Toyota.

Nuevo: ¿Modo secuencial manual en Toyota HSD Hybrid?

Los ingenieros pudieron simular (parcialmente ...) los informes jugando sobre cómo el MG1 frenaría o retrocedería de manera no progresiva para obtener informes más claros. La relación de transmisión es generada por MG1, que más o menos firme y más o menos "desliza" conecta ICE y MG2 (MG2 = motor eléctrico de tracción, pero también, sobre todo, ruedas). Por lo tanto, esta disminución puede ser gradual o “escalonada” dependiendo de cómo se controle el distribuidor de energía MG1.

Sin embargo, tenga en cuenta que los cambios de marcha no se sienten a carga parcial ... Y a plena carga (aceleración máxima) volvemos a la variación continua porque esta es la única forma de obtener el mejor rendimiento de aceleración con este sistema (por lo tanto, la computadora se niega para cambiar de marcha para una máxima aceleración).

Por lo tanto, este modo se utiliza más para frenar con motor en pendientes que para conducción deportiva.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 y máxima velocidad

Así es como se ve en realidad. Desafortunadamente, a plena carga, perdemos el modo secuencial y ya no sentimos los engranajes.

Varias versiones?

Aparte de las diferentes generaciones, el sistema THS / HSD / MSHS aplicado a Toyota y Lexus tiene dos variantes principales. La primera y más común es la versión transversal, que hoy está incorporada en el Aisin AWFHT15 (a principios de los 90 se llamaba THS para el Toyota Hybrid System. Ahora es HSD para el Hybrid Synergy Drive). Viene en dos modelos más o menos compactos: Prius / NX / C-HR (más grande), corolla y Yaris (pequeño).

Aquí hay una transmisión HSD más moderna (Prius 4) de versiones transversales (ahora hay dos tamaños diferentes, aquí está el más grande). Es mucho más compacta que la variante que puedes ver debajo (no la que está justo debajo de la longitudinal, incluso debajo...)

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

Prius 4 a toda velocidad, aquí está el famoso efecto de cambio continuo producido por la combinación de motores / generadores eléctricos, un motor térmico y un tren planetario central.

Luego viene el MSHS para el sistema híbrido de etapas múltiples (del que realmente no tengo que hablar aquí ... Pero como funciona de manera idéntica, también proviene de Aisin y está diseñado para el grupo Toyota ...) eso es muy importante. un dispositivo más grande que debe colocarse longitudinalmente y que esta vez puede generar engranajes reales, de los cuales hay 10 (4 engranajes reales en una caja y una combinación de motores eléctricos de una manera inteligente para lograr 10) .Total por lo tanto, no un múltiplo de 4, pero esto no importa).

En realidad, hay dos versiones: AWRHT25 y AWRHM50 (MSHS, que tiene 10 informes).

La versión longitudinal mucho más prestigiosa (aquí AWRHM50) está destinada principalmente a Lexus (pocos Toyota tienen un motor en ese sentido). Hay dos versiones, una de las cuales puede generar hasta 10 informes reales.

Lexus IS2016h 300 0-100 km / hy modos de conducción (eco, normal, deportivo)

Regrese al minuto 1:00 para ver cómo AWFHT15 puede generar informes. Curiosamente, los famosos "saltos de velocidad" ya no se sienten cuando el motor está completamente cargado ... Esto se debe a que el dispositivo es más eficiente (cronógrafo) en modo CVT, por lo que la carga completa induce un modo de variación continua normal.

¿Cómo funciona un Toyota híbrido?

Entonces, ¿cuál es el principio básico del dispositivo híbrido HSD? Si tuviéramos que resumir esto a grandes rasgos, podríamos hablar de una máquina térmica que funciona con dos motores / generadores (el motor eléctrico es siempre reversible) y cuyos diferentes pares (de cada motor) son controlados y controlados por el tren planetario central, pero también la intensidad eléctrica (y la dirección de la electricidad) controlada por un distribuidor de energía ("inversor" en inglés). El engranaje de reducción (caja de cambios CVT) se controla electrónicamente, lo que hace que el motor MG1 funcione de una manera específica, así como a través de un engranaje planetario central, que permite combinar múltiples potencias para producir una.

El motor se puede desconectar completamente de las ruedas, así como a través del propulsor planetario ...

En definitiva, aunque queramos simplificar, entendemos que no será tan fácil de asimilar, por lo que nos centraremos en los principios básicos. Sin embargo, les he puesto un video en inglés que detalla los detalles, así que si quieren impulsarlo, deberían poder hacerlo (con motivación y neuronas saludables, por supuesto).

Aquí está el Prius 2, que es menos compacto que el que les mostré arriba. Vea cómo resaltaron el compresor de A / C (azul a la izquierda del motor). De hecho, a diferencia de cualquier máquina "normal", es impulsada por un motor eléctrico. Las ruedas están conectadas a una cadena que se puede ver en la sección central a la derecha (justo en el medio del variador electrónico).

variador electronico cerca

De perfil, vemos una de las suspensiones de ruedas conectadas a la cadena mediante un diferencial.

Varios modos de funcionamiento

Echemos un vistazo a los diferentes modos de funcionamiento de un dispositivo y, de paso, por qué se considera serie/paralelo, mientras que normalmente un sistema híbrido es uno u otro. La forma ingeniosa en que está diseñado el HSD permite ambos, y eso también lo hace un poco complicado...

Dispositivo Toyota HSD: detalles y arquitectura

Aquí hay una arquitectura de dispositivo HSD multicolor simplificada para ayudarlo a realizar conexiones entre componentes.

El diagrama está al revés en comparación con la foto de arriba porque está tomado desde un ángulo diferente... Tomé el diagrama del Prius 2 y por eso hay una cadena aquí, las versiones más modernas no la tienen, pero el principio no cambia. en cualquier caso (ya sea cadena, eje o engranaje es lo mismo).

Aquí está el mecanismo con más detalle, porque debe entenderse que el embrague se obtiene aquí debido a la fuerza electromagnética entre el rotor y el estator MG1.

MG1 está conectado al motor a través de un conjunto de engranajes planetarios (verde) de un conjunto de engranajes planetarios. Es decir, para hacer girar el rotor MG1 (sección central), el motor térmico pasa a través de un engranaje planetario. He resaltado este tren y este motor en un color para que podamos ver claramente su conexión física. Además, y no está resaltado en el diagrama, el satélite verde y el engranaje solar central azul MG1 están físicamente bien conectados (hay un espacio entre ellos), al igual que la corona (el borde del tren). y el satélite verde de la máquina térmica.

MG2 está conectado directamente a las ruedas a través de una cadena, pero también impulsa el engranaje planetario externo del engranaje planetario central (la corona es azul oscuro, elegí el mismo color para alargar el engranaje planetario para que podamos ver claramente que está conectado a MG2 ) ...

Aquí está la caja de cambios planetaria en el frente, no de perfil en el diagrama de arriba, podemos ver mejor las conexiones entre los diversos engranajes asociados con MG1, MG2 e ICE.

La dificultad radica en comprender el principio del tren planetario, sabiendo que los movimientos internos no coinciden en función de los modos de movimiento, sino también de la velocidad ...

¿Sin embrague?

A diferencia de todas las demás transmisiones, el HSD no necesita un embrague o convertidor de par (por ejemplo, una CVT necesita un convertidor de par). Aquí es donde la fuerza electromagnética une las ruedas al motor a través del tren planetario gracias a MG1. Luego es el rotor y el estator de este último (MG1) los que luego crean el efecto de fricción: cuando se gira el motor eléctrico con la mano, surge una resistencia, y es este último el que usamos aquí como embrague.

Es incluso mejor cuando, durante la fricción (la diferencia de velocidad entre el estator y el rotor, por lo tanto entre el motor y las ruedas), se genera electricidad. ¡Y esa electricidad se almacenará en la batería!

Es por eso que el sistema HSD se considera muy inteligente, porque proporciona un mínimo de pérdida de energía al recuperar energía en el momento de la fricción. En el embrague clásico, esta energía la perdemos en calor, aquí se convierte en electricidad, que restauramos en la batería.

Por lo tanto, tampoco hay desgaste mecánico, ya que no hay contacto físico entre el rotor y el estator.

Cuando está parado, el motor puede funcionar sin detenerse porque las ruedas no bloquean el motor (lo que hubiera sucedido si nos hubiéramos detenido en una transmisión manual sin parar). El engranaje solar azul (también llamado inactivo) es libre, por lo que separa las ruedas del motor (de ahí los engranajes planetarios de corona verde). Por otro lado, si el engranaje solar comienza a recibir par, unirá los engranajes verdes a la corona y luego las ruedas comenzarán a girar gradualmente (fricción electromagnética).

Si el engranaje solar está libre, la fuerza no se puede transmitir a la corona.

A medida que el rotor gira, se crea fricción en el estator, lo que genera un par, y este par se transmite al engranaje solar, que se bloquea e incluso eventualmente gira en la otra dirección. Como resultado, se crea una conexión entre el eje del motor en el centro y la corona dentada en la periferia (engranaje = ruedas). Tenga en cuenta que el dispositivo también sirve para detenerse y arrancar: cuando quiera arrancar, basta con bloquear brevemente el engranaje solar para que el motor térmico ICE reciba el par de MG2 conectado a la rueda motriz (esto luego lo arranca como un motor de arranque. Sí. Clásico).

Entonces, para resumirlo:

• Cuando está parado, el motor puede girar porque el enlace entre el eje del motor y la corona no está establecido: el engranaje solar está libre (incluso si el Prius generalmente se apaga cuando está parado para ahorrar combustible)
• Al aumentar la velocidad del motor, el rotor gira lo suficientemente rápido como para generar una fuerza electromagnética, que luego transmite el par al engranaje solar: creando una conexión entre el eje del motor y la corona.
• Cuando se realiza la conexión, las velocidades del eje del motor y la rueda de anillo son iguales
• Cuando la velocidad de las ruedas es más rápida que la del motor, el engranaje solar comienza a girar en la otra dirección para cambiar la relación de transmisión (después de que todo está bloqueado, comienza a "rodar" para aumentar aún más la velocidad del sistema). Más bien, se puede decir que, al recibir par, el engranaje solar no solo conecta los ejes del motor y la rueda motriz, sino que también los hace acelerar posteriormente (no solo frena "resisten", sino que también los hace girar en la dirección opuesta). siguiente manera)

Modo 100% eléctrico

Aquí los motores ICE (térmicos) y MG1 no juegan un papel especial, es MG2 el que hace girar las ruedas debido a la electricidad obtenida de la batería (de ahí la energía que surge de la química). E incluso si MG2 gira el rotor de MG1, no afecta al motor térmico ICE, y por tanto no hay resistencia que nos preocupe.

Modo de carga cuando está parado

Aquí funciona una máquina térmica, que hace girar a MG1 a través de un tren planetario. De esta forma, la electricidad se genera y se envía al distribuidor de energía, que dirige la electricidad solo a la batería.

Modo de recuperación de energía

Este es el famoso modo "B" (frenado regenerativo), que se puede ver en la perilla de cambio (cuando lo presiona, hay más frenado del motor asociado con la recuperación de energía cinética MG2, la resistencia es electromagnética). La inercia / energía cinética proviene de las ruedas y, por lo tanto, viaja a MG2 a través de los engranajes mecánicos y la cadena. Dado que el motor eléctrico puede ser reversible, generará corriente eléctrica: si envío jugo al motor eléctrico, se encenderá, si enciendo el motor eléctrico detenido a mano, producirá electricidad.

Esta corriente eléctrica es recuperada por el distribuidor para enviarla a la batería, que luego será recargada.

El motor eléctrico y el térmico funcionan juntos

A una velocidad estable y a una buena velocidad, es decir, la mayor parte del tiempo, las ruedas serán impulsadas por la potencia de los motores eléctricos (MG2) y térmicos.

El motor térmico ICE acciona el engranaje planetario, que genera electricidad en MG1. Esto también transferirá la fuerza mecánica a las ruedas ya que el engranaje planetario también está conectado a ellas.

Aquí es donde las dificultades pueden volverse limitantes, pues dependiendo de la velocidad de rotación del engranaje planetario no será el mismo (en particular, la dirección de ciertos engranajes).

Una caja de cambios de estilo CVT (cambio continuo y progresivo como en los scooters) se crea por la interacción de voltajes entre los motores (gracias al efecto magnético causado por el jugo que pasa a través de las bobinas: un campo electromagnético inducido) así como el engranaje planetario. . que recibe el poder de múltiples canales. Buena suerte para tener esto a tu alcance, aunque el video que pongo a tu disposición te lo permita.

Potencia máxima

Esto es un poco como el párrafo anterior, excepto que aquí también estamos tomando la energía eléctrica que puede suministrar la batería, por lo que MG2 se beneficia de esto.

Aquí está la versión actual del Prius 4:

¿Versión enchufable / recargable?

La opción con batería recargable, que permite 50 km en un vehículo totalmente eléctrico, consiste únicamente en instalar una batería más grande e instalar un dispositivo que permita conectar la batería al sector.

Primero debe pasar por el distribuidor de energía y el inversor para administrar la diferencia de potencia y los diferentes tipos de jugo: CA, CC, etc.

¿Versión HSD 4X4?

Como debe saber, existe una versión 4X4 en el Rav4 y NX 300H y está diseñada para agregarse al eje trasero, al igual que el E-Tense e HYbrid / HYbrid4 de PSA. Así, se trata de un ordenador que asegura la potencia constante de las ruedas de los ejes delantero y trasero, que, por tanto, no tienen conexión física.

¿Por qué serial / paralelo?

El dispositivo se llama serie/paralelo porque se llama "serie" cuando está en modo 100% eléctrico. Por tanto, trabajamos de la misma forma que el BMW i3, el motor térmico es un generador de corriente que alimenta la batería, que es la que mueve el coche. De hecho, con este método de funcionamiento, el motor está completamente desconectado de las ruedas.

También se llama paralelo cuando el motor está conectado a las ruedas a través de un dispositivo planetario. Y esto se llama compilación por lotes (consulte Varias compilaciones aquí).

¿Toyota está haciendo demasiado con su sistema?

Para concluir este artículo, me gustaría decir una pequeña diatriba. De hecho, Toyota tiene mucho que decir sobre su híbrido enchufable, y eso es completamente comprensible y legal. Sin embargo, me parece que en dos aspectos la marca ha ido demasiado lejos. La primera es idealizar la tecnología, implicando de paso que de alguna manera salvará el planeta y que, en esencia, la marca está iniciando una revolución que nos salvará a todos. Claro, reduce el consumo de combustible, pero tampoco deberíamos ser caricaturizados, una minivan diésel no híbrida funciona más o menos igual, si no mejor, a veces.

Entonces Toyota está aprovechando el contexto anti-diesel actual para agregar una capa que creo que está un poco embellecida aquí en el límite de manejo, aquí hay una:

Anuncio de TV - Gama Híbrida - Elegimos Híbrido

Entonces hay un problema de conexión. La marca japonesa basa gran parte de sus comunicaciones en el hecho de que el coche no necesita ser recargado de la red, como si fuera una ventaja tecnológica frente a la competencia. En realidad, esto es un poco engañoso, ya que es más una desventaja que cualquier otra cosa ... Los autos híbridos que se pueden cargar no tienen que hacerlo en absoluto, ¡esta es una opción que se ofrece además de su propietario! Entonces, la marca se las arregla para hacer pasar una de las fallas como una ventaja, y eso sigue siendo fuerte, ¿no es así? Irónicamente, Toyota está vendiendo versiones enchufables de su Prius, y deberían ser mejores ... Aquí está uno de los comerciales:

¿No necesitas recargarlo? Más bien, diré: "delgado, no hay forma de hacer ..."

Siga adelante ?

Para ir más allá, le sugiero que estudie detenidamente este video, que, lamentablemente, solo está en inglés. La explicación se realiza por etapas para que sea lo más simple y directa posible.