Гібри́дний синергети́чний при́від () — технологія силової установки автомобіля, заснована на синергетичному ефекті, розроблена японською корпорацією «Toyota». Вперше застосована 1997 році в серійному автомобілі «Prius».

Об'єднує сім основних компонентів:

бензиновий двигун 1NZ-FXE (2ZR-FXE) із змінними фазами газорозподілу, (цикл Аткінсона, стиск 13:1), з'єднаний з водилом планетарної передачі електродвигун (синхронний, з постійним магнітом), з'єднаний з коронною шестірнею планетарної передачі, також може працювати як генератор електрогенератор, з'єднаний з сонячною шестірнею планетарної передачі; також може працювати як двигун планетарна передача акумуляторна батарея (розрахована на весь термін служби автомобіля) інвертор (перетворює постійний струм на змінний) розподільник енергії (PSD = power split device), електронний «ключ», що перетворює планетарну передачу на подобу варіатора)

Комплексом керує комп'ютер за концепцією (без прямого механічного контакту)

Фази роботи Планетарна передача є, по суті, диференціалом. На одному його плечі — електродвигун і колеса, на іншому — генератор.

Основний режим гібридного автомобіля — робота від двигуна внутрішнього згоряння. Якщо замкнути генератор постійним опором, за будь-якої зміни дорожніх умов система «піде в рознос», одне плече диференціала майже зупиниться, а інше — буде крутитися з надмірною швидкістю. Тому комп'ютер розраховує, яке потрібно передавальне число і яке воно зараз, і в залежності від цього збільшує або зменшує навантаження генератора. Що більше навантаження на генератор, то повільніше він обертається, і, відповідно, швидше обертаються колеса — так електронний «варіатор» ставить високу «передачу». Отримана з генератора енергія не втрачається — вона йде частково на підзарядку акумулятора, частково на електродвигун. За активного розгону енергія йде тільки на електродвигун, разом з енергією акумулятора.

На незначний час, і на швидкостях до 50 км/год автомобіль може перетворитися на повний електромобіль, ДВЗ при цьому зупиняється. Запас ходу в такому режимі невеликий (у Toyota Prius 4 не перевищує 20 км, у раніших — до 2 км) — але цього вистачить, щоб не диміти в гаражі або безшумно від'їхати. Задній хід у Toyota Prius також суто електричний (у гібридних кросоверах це вирішується другим планетарним рядом).

Під час гальмування комп'ютер вимикає бензиновий двигун, а електродвигун перемикається в режим генерування струму і повертає енергію в батарею (рекуперація). Для різкого гальмування є й повноцінні барабанні гальма ззаду і дискові спереду (у перших Prius), або дискові на всіх колесах (у наступних).

Фактично, силову установку автомобіля розбито на два модулі — електрична підсистема відповідає за роботу в перехідних і сталих режимах, підсистема внутрішнього згоряння — тільки за роботу в сталих режимах. Такий підхід кардинально змінює вимоги до двигуна внутрішнього згоряння і цільові функції конструкторів під час розробки всієї силової установки автомобіля, а не тільки трансмісії, як, наприклад, у дослідній розробці General Motors, DaimlerChrysler AG і BMW «», яка призначена для гібридизації стандартних бензинових або дизельних двигунів старих конструкцій, розроблених без урахування роботи в складі гібридного агрегату.

«Хайбрід Синерджи Драйв» виявився досить вдалим маркетинговим ходом компанії на підйомі руху за захист навколишнього середовища, приуроченим до екологічної конференції в грудні 1998 року. Попри невисокі показники витрати палива автомобіля Prius з цим приводом, мав відмінні преференції щодо оподаткування в ряді розвинених країн. Фактично є перехідною сходинкою до електромобілів.

Проєктування гібридної силової установки Для створення гібридного привода слід дотримуватись таких пунктів:

1. Вибравши для розрахунків еталонну тягову систему і еталонну ділянку експлуатації, слід провести тягові розрахунки, щоб отримати характеристики під час експлуатації системи на цій ділянці. В результаті розрахунків ми отримаємо інформацію про витрату/надлишок енергоресурсів, час проходження в тому чи іншому режимі, характеристики потужності та інші необхідні для подальших розрахунків показники.

2. Далі, виходячи з отриманої схеми руху на ділянці, можна визначити надлишок енергії, яку виробляє тягова система, наприклад, як у випадку руху на спуск, і енергію, необхідну транспортному засобу для того, щоб тримати двигуни в номінальному режимі роботи у випадках, коли необхідна максимальна потужність, як, наприклад, під час руху на підйом. Отримавши ці дві величини, ми визначимо середнє значення енергії, яке буде відповідати вимогам мінімальної достатності для подачі на двигуни і повноти накопичення в процесі експлуатації, оскільки недоцільно ставити накопичувач великого обсягу, якщо на всьому шляху він так і не буде повністю заряджений.

3. На наступному етапі за отриманими характеристиками визначимо необхідну акумуляторну батарею (або ємність іншої акумулювальної системи), її кількість і компонування. Для цього, виходячи з необхідної потужності, часу роботи і напруги батареї, розраховується необхідний струм заряджання АКБ і її ємність. Маючи дві ці величини, можна почати підбір акумуляторних батарей, орієнтуючись тільки на вартість, масогабаритні показники, довговічність і стійкість до перепадів навантажень. Важливим моментом є компонування системи акумуляторних батарей, оскільки, крім того, що цю систему необхідно правильно розмістити, від способу підключення батарей між собою залежить вихідна потужність і ємність всієї системи.

Переваги і недоліки Плюси:

Низька витрата палива в місті, за відгуками власника, іноді доходить до 2,6 л/100 км (3-тє покоління), виробник вказує 4,2 л/100 км Просте керування на мінімальних швидкостях: електродвигун (за правильного охолодження) дозволяє рухатися як завгодно повільно. Дозволяє недовго і нешвидко проїхати на повній електротязі. Завдяки електродвигуну динаміка розгону не поступається автомобілям-«однокласникам», попри слабкий двигун і високу масу (Toyota Prius 4 — розгін 0→100 за 10 с).

Мінуси:

Дорожнеча. Звідси — економія на дрібницях: так, до 4-го покоління Prius'ів задня підвіска — Н-подібна балка, властива переважно невеликим авто. Підвищена витрата палива при рівномірному ритмі руху (по трасі). Складна електрична частина. Динаміка розгону поступається, а змішана витрата палива практично збігається з показниками дизельних автомобілів (Toyota Prius 2 (2005) — витрата палива, місто/траса/змішаний — 5/4.2/4.3 л/100 км, Citroen C3 1.6 HDi MT (2005) — витрата палива, місто/траса/змішаний — 5,7/3,8/4,5 л/100 км). При відмові будь-якого з компонентів авто поїде тільки на електротязі, з відповідною швидкістю і запасом ходу. Не можна залишати Prius без руху на пів року і більше — відмовить тяговий акумулятор, і авто більше нікуди не поїде. На зношеному акумуляторі цей строк зменшується до двох тижнів. У найпростішому варіанті задній хід тільки на електротязі (в гібридних кросоверах вирішується другим планетарним рядом). Потрібен 12-вольтовий акумулятор і стартер саме на випадок розряду тягового акумулятора. Отже, Prius теж можна «прикурити».

Див. також

1NZ-FXE Гібридне авто Електродинамічне гальмування Холостий хід

Примітки

Посилання

Технологія гібридного приводу Відеоролик про гібридний привід «Загальна потужність бензо-електричного агрегату…»

Power Split Device A Guide to Hybrid Synergy Drive Macromedia flash info from Toyota on Hybrid Synergy Drive (HSD) Фотографії плат контролерів двигуна й електомотора

BMW, GM і Daimler витратять мільярд… BMW, GM і Daimler: Two-Mode Навіщо змінювати фази газорозподілу