Toyota Norge | Slik virker en hybridmotor

Toyota Hybrid System

Hybrid i Toyota handler om å utnytte de to drivkildene, Atkinson syklus bensinmotor, elektrisk motor (MG1) sammen med generator (MG2) mest mulig optimalt i tiden bilen brukes, for å oppnå lavest mulig farlige utslipp til miljøet og lavest mulig drivstofforbruk. Dette er det mulig å gjøre ved å kombinere flere ulike tekniske systemer, blant annet en elektrisk motor, generator, hybridbatteri og strømstyringssystemer, med en inverter som sentral enhet.

Den elektrisk motoren, generatoren og bensinmotoren knyttes sammen via hva vi best kan beskrive som et Columbi egg (Et uttrykk som brukes om en enkel løsning på et innviklet problem): Et planetgirsett.

Planetgirsettet muliggjør en sømløs kombinasjon av de tre hovedkomponentene: Bensinmotoren, den elektrisk motoren og generatoren.

Bensinmotoren har ulike oppgaver avhengig av om Toyota Hybrid står stille, kjører i oppoverbakker, kjører i utforbakker eller ved akselerasjon.

Vi vil nå beskrive mer detaljert hvilke fordeler Toyota Hybrid systemet har og hvordan det fungerer.

Avansert start og stopp

Bensinmotoren vil ved kaldstart, når startbryter trykkes inn, starte - oppnå driftstemperatur og så stoppe. Når bilen deretter står stille, eksempelvis dersom du stopper i et lyskryss eller står i kø vil bensinmotoren være avslått. Dette gjøres for å minimere den tiden bensinmotoren går på tomgang. Når bilen står stille og bensinmotoren er stoppet, er det hybridbatteriet som forsyner alle systemene i bilen med strøm. Dette resulterer i mindre forbruk og mindre utslipp. Dersom hybridbatteriet kommer ned mot et definert minimumsnivå vil bensinmotoren starte igjen for å lade hybridbatteriet og deretter stoppe igjen. Denne syklusen kan skje flere ganger i stillestående kø eller når bilen står stille med tenning på.

Akselerasjon

En elektrisk motor og en Atkinson syklus bensinmotor utfyller hverandre på en utmerket måte. Det gjør de ved at at den elektriske motoren er sterkest fra stillestående til middels turtall, mens bensinmotoren har sitt sterkeste moment fra middels til høyt turtall. Dette resulterer i at du vil oppleve en Toyota Hybrid som kvikk og lettkjørt. Den benytter den elektriske motoren når du starter kjøringen. Når hastigheten og behovet for mer kraft øker, starter bensinmotoren i tillegg og begge bidrar så til høyere hastighet. Du utnytter da fordelene med både strøm og bensin under en akselerasjon.

Under kjøring

Under kjøring stopper bensinmotoren når du slipper gasspedalen i fart eller bruker bremsepedalen. Dette minimerer utslippene og bensinforbruket. På en fullhybrid er batteriet stort nok til at bilen kan kjøre på ren elektrisitet i hastigheter opp til 70 km/t, avhengig av modell. Den lagrede strømmen benyttes også sammen med bensinmotoren i oppoverbakker, under full akselerasjon og i høyere hastigheter, noe som gjør at utslippene blir lavere selv med energikrevende kjøremønster.

Regenerativ bremsing

Ettersom bilen ikke trenger kraft til hjulene når man triller eller bremser, aktiveres det som kalles regenerativ bremsing. Når man bremser eller triller i utforbakke samles den kinetiske energien opp via drivakslene, som videre overfører overskytende energi til bilens generator, dette omformes av denne til strøm og lagres så i hybridbatteriet for senere bruk. Dette er energi som ellers ville gått tapt i form av varmeenergi.

TNGA åpner for hybridinnovasjoner

Ved hjelp av TNGA (Toyota New Global Architecture) har Toyota endret selve grunnplattformen til sine modeller ved å senke høyden og dermed også tyngdepunktet, samt implementert andre tekniske nyvinninger for å forbedre kjøreegenskapene. Samtidig har Toyota også i TNGA utviklet nye drivlinjeegenskaper, noe som bedrer kjøreegenskaper og reduserer skadelige miljøutslipp betydelig.

Grunnprinsippet for hybridsystemer

En hybridbil bruker to energikilder til fremdrift. Ordet hybrid i bilverdenen betyr ganske enkelt en bil med to drivkilder. Innenfor personbilteknologien viser dette vanligvis til et kjøretøy som bruker både drivstoff og elektrisitet til fremdrift. Den viktigste forskjellen ligger i valget av hvordan disse to drivkildene samarbeider for å lagre og gjenbruke bremseenergi (regenerativ bremsing) samt å redusere helseskadelige miljøutslipp. Man skiller systemene i seriehybrid, parallellhybrid eller en kombinasjon av disse.

Toyota Hybrid System (THS)

På FN`s klimamøte i Kyoto desember 1997 introduserte Toyota sin første og revolusjonerende fullhybrid; Toyota Prius. Hybridsystemet ble gitt navnet Toyota Hybrid System (THS) og var det første fullhybridsystemet fra Toyota. Systemet kombinerer en Atkinson syklus bensinmotor, elektromotor (MG1) og generator (MG2) via et planetgirsett. THS ble benyttet fra 1997 til 2003. Fra og med 2.generasjon Prius, lansert i 2004 var dette systemet viderutviklet og fikk navnet TSH II. Hybridsystemet som sitter i en Toyota Hybrid i dag er i prinsippet det samme, Toyota Hybrid System II, men er fjerde generasjon av THS II.

Fra og med THS II systemet ble Toyota Hybrid utstyrt med en elektrisk klimaanleggkompressor. Dette i stedet for den konvensjonelle typen klimaanleggkompressor som blir drevet av forbrenningsmotoren. Dette fjerner behovet for kontinuerlig å ha forbrenningsmotoren i gang når det er behov for kjøling i kupeen. To varmevekslere er montert i varmeapparatsystemet for å igjenbruke varmen som produseres av motoren.

Hybridsystemet - helt enkelt forklart

Toyota Norges egen ingeniør, Rune Brath, gir oss en enkel forklaring i filmen under på hvordan hybridsystemet THS II fungerer i praksis.

Fordeler med fullhybrid

THS II Hybrid (Fullhybrid) er en kombinasjon av det som kalles seriehybrid og parallelhybrid. Systemet bruker fordelene til de tre kraftkildene, den elektriske motoren (MG1), generatoren (MG2) og bensinmotoren. Dette muliggjør start/stopp av bensinmotoren, full elektrisk fremdrift via MG1, full drivkraft fra bensinmotor og enhver kombinasjon av overnevnte funksjoner.

Fordeler med Toyota THS II, fullhybridsystem

• Miljøfordelene er bedre enn for de øvrige systemene som benyttes. Man deler gjerne inn de øvrige systemene som Mikrohybrid eller Mildhybrid . Disse er da oftest enten seriehybride eller parallellhybride systemer.

• Atkinson syklus motoren som benyttes i Toyota Hybrid har mye bedre drivstofføkonomi sammenlignet med en konvensjonell forbrenningsmotor. Den termiske effekten er hele 41% og er klasseledende for bensinmotorer.

• Reduserte utslipp som følge av den sømløse koblingen av drivkildene via planetgirsettet, styringen av start og stopp forbrenningsmotor og de ulike kombinasjoner av fremdrift og regenerativ bremsing.

• Elimineringen av begrensningene som et helelektrisk kjøretøy har, som begrenset rekkevidde og avhengighet av at elektriske ladestasjoner er tilgjengelige

E-CVT Hybrid girkasse

I alle Toyota Hybrid finner man også en girkasse. Det er en avansert girkasse med en integrert elektromotor (MG1), generatoren (MG2) og et integrert planetgirsett som sømløst kobler sammen bensinmotoren, elektrisk motor (MG1) og generatoren (MG2). Kraftfordelingenheten til den hybride girkassen kalles inverter og er TSH II systemets hjerte. Denne girkassen fungerer som en elektrisk styrt, konstant variabel girkasse (E-CVT), som kan endre hastighet samtidig ved å variere forbrenningsmotorens, dynamoens og den elektriske motorens turtall kontinuerlig, i forhold til kjøretøyets hastighet og kraftbehov.

Illustrasjonsvideo THS II

Denne filmen gir en oversikt over de tekniske elementene som befinner seg i Toyota Hybrid System II (THS II)