Reklama

Mechanika - Żródła napędu - silniki stosowane obecnie oraz w przyszłości

Technologia Hybrydowa w Priusie IV

Technologia Hybrydowa w Priusie IV

 Nowy Prius wprowadza na rynek kolejną generację napędów hybrydowych Toyoty. Poprawia ona wartości wszystkich parametrów, które zapewniły hybrydowemu napędowi Toyoty popularność na całym świecie: bardzo małe zużycie paliwa i ogromną łatwość prowadzenia samochodu.

Zużycie paliwa zostało ograniczone o kolejne 15% do poziomu 3,3 l/100 km. To czyni Priusa najbardziej oszczędnym samochodem spalinowym. Napęd hybrydowy nowej generacji jest mniejszy i lżejszy, a przy tym tańszy, dzięki wykorzystaniu osiągnięć postępu w dziedzinie konstrukcji akumulatorów, elektroniki, sterowania oraz silników elektrycznych i spalinowego.

Udoskonalony silnik benzynowy 1.8

Podobnie jak poprzednik, Prius czwartej generacji wykorzystuje benzynowy silnik VVT-i o pojemności skokowej 1,8 l, jednak dzięki wprowadzonym w nim modyfikacjom, wysoką już wcześniej sprawność cieplną udało się podnieść do rekordowego poziomu 40%.

Główne zmiany obejmują zastosowanie oleju o mniejszej lepkości, niższe zużycie elementów ruchomych, a także wprowadzenie przez Toyotę po raz pierwszy podwójnego układu chłodzenia.

Zaprojektowane na nowo tłoki i kanały dolotowe zapewniają lepsze zawirowanie mieszanki w cylindrach. Do poprawy spalania przyczynił się także układ wydechowy spalin. Odzyskane przez niego ciepło przyspiesza ogrzanie płynu chłodzącego silnik. To pozwala częściej wyłączać silnik spalinowy, oszczędzając w ten sposób paliwo.

Obniżenie strat energii uzyskano poprzez zmniejszenie tarcia, m.in. pomiędzy korbowodami a wałem korbowym i zastosowanie łańcucha wałka rozrządu o obniżonym tarciu. Zmniejszono opory tworzone przez tłoki, części obrotowe i pompę oleju, a nowa elektryczna pompa wody pomogła zmniejszyć straty. Cały silnik poddano analizie CAE, aby uzyskać optymalną sztywność, zredukować hałas i wibracje.

Układ dolotowy i wydechowy skrupulatnie przejrzano i udoskonalono, uzyskując lepszy dopływ powietrza i jego skuteczniejsze filtrowanie, poprawiając wydajność i niezawodność oraz obniżając poziom hałasu. Kanał dolotowy wykonano z porowatego materiału, aby zmniejszyć rezonans.

Dodatkowy kanał dolotowy zapewnia optymalną ilość tlenu przy prędkościach autostradowych, a specjalna struktura odprowadza krople deszczu lub śnieg z powietrza zasysanego do silnika. Cieńszy tłumik zapewnia optymalizację osiągów i skuteczniejszą redukcję hałasu, a przy tym poprawia aerodynamikę podwozia.

W bloku silnika zastosowano kanaliki w kształcie litery V, które zmniejszają straty ciśnienia w płaszczu wodnym. Zastosowana przekładka w płaszczu wodnym pomaga kontrolować temperaturę ścianek cylindrów w komorze spalania, redukując tarcie i zapobiegając spalaniu stukowemu, umożliwiając optymalizację czasu zapłonu. Dzięki temu uzyskuje się większy moment obrotowy. Kiedy temperatura w komorze spalania osiąga maksymalny poziom, nowe rozwiązanie pomaga ją obniżyć.

Specjalny zawór przy niskich temperaturach powietrza automatycznie zmienia obieg cieczy chłodzącej, umożliwiając szybsze rozgrzewanie silnika bez zmniejszenia efektywności wentylacji kabiny, ograniczając zużycie paliwa w chłodne dni. Przebudowana chłodnica pozwoliła na niższe zamontowanie maski silnika i obniżenie środka ciężkości samochodu. Nowa przesłona chłodnicy zamyka się automatycznie, gdy nie jest potrzebny pełny nawiew powietrza, co poprawia aerodynamikę i zmniejsza zużycie paliwa. Nowy system chłodzenia zapobiega spalaniu stukowemu.

Maksymalna moc silnika spalinowego wynosi 98 KM (72 kW) przy 5200 obr./min., zaś maksymalny moment obrotowy to 142 Nm przy 3600 obr./min.

 

Najwyższa na świecie wydajność cieplna

Silnik spalinowy nowego Priusa wyróżnia się najlepszą na świecie wydajnością cieplną dla silników benzynowych, wynoszącą 40%.

Wydajność cieplna określa, jak skutecznie silnik zamienia energię zużywanego paliwa na energię napędzającą samochód. Twórcom nowego Priusa udało się osiągnąć ten doskonały wynik dzięki wydajniejszemu systemowi recyrkulacji spalin, udoskonalonemu procesowi spalania oraz innowacyjnym sposobom wykorzystywania ciepła i redukcji tarcia. W Priusie pierwszej generacji 1,5-litrowy silnik wykazywał się 37-procentową wydajnością cieplną, zaś silnik benzynowy 1.8 w trzeciej generacji uzyskał wynik 38,5%.

Układ recyrkulacji spalin

Układ recyrkulacji spalin nowego Priusa otrzymał system chłodzący EGR, który obniża temperaturę gazów, zmniejszając tym samym temperaturę mieszanki i ograniczając ryzyko spalania stukowego. Dzięki temu poprawia się moment zapłonu i zwiększa wydajność cieplna. W konsekwencji straty zmniejszono o 8%.

Przekładnia i silniki elektryczne

Przeprojektowano przekładnię i silniki elektryczne, obniżając ich łączną długość o 59 mm, a także zmniejszając masę. Zmniejszenie wymiarów silnika elektrycznego pozwoliło uzyskać większą gęstość mocy. Udało się również zredukować o 20% straty energii powodowane przez tarcie. Dzięki umieszczeniu na oddzielnych osiach dwóch silników-generatorów uzyskano mniejszą długość przekładni napędowej. Planetarną przekładnię redukcyjną zastąpiono przekładnią walcową, przyczyniając się do obniżenia strat.

W nowym Priusie zostały zintegrowane 4 elementy – 2 silniki elektryczne (MG1 i MG2), przekładnia planetarna i przekładnia redukcyjna. MG1 służy przede wszystkim jako generator, który zamienia na energię elektryczną nadmiar mocy wytwarzanej przez silnik benzynowy, utrzymywany w optymalnym zakresie obrotów nawet w czasie niewielkiego wykorzystania. MG1 służy także jako rozrusznik silnika spalinowego. Podstawową funkcją MG2 jest napędzanie samochodu podczas startu, jazdy do tyłu, jazdy w trybie elektrycznym oraz wspomaganie silnika benzynowego w czasie przyspieszania. Podczas hamowania rekuperacyjnego silnik ten staje się generatorem.

Oba silniki elektryczne są teraz mniejsze i lżejsze. Dzięki chłodzeniu cieczą zamiast powietrzem, jak w poprzednich modelach, udało się zwiększyć ich wydajność, dzięki czemu silnik napędzający samochód (MG2) dostarcza 72 KM (53 kW) mocy i 163 Nm momentu obrotowego.

Zaktualizowane oprogramowanie napędu hybrydowego pozwala w większym stopniu wykorzystywać silnik elektryczny, obniżając zużycie paliwa. Dopuszczalna prędkość, z jaką Prius może jechać w trybie EV, zwiększyła się o 60%.

Sterownik mocy

Sterownik mocy (PCU) to wielofunkcyjne serce samochodu hybrydowego, w którym mieści się falownik, przetwornica DC/DC i elektroniczna jednostka sterująca pracą obu silników-generatorów. Przetwornica wytwarza także napięcie do ładowania 12-voltowego akumulatora, wykorzystując energię zgromadzoną w głównym zestawie baterii niklowo-wodorkowych.

W nowym Priusie sterownik mocy o nowej konstrukcji odznacza się zmniejszonymi o około 20% stratami energii. Jest przy tym mniejszy o 33%, co pozwoliło umieścić go bezpośrednio nad przekładnią napędową.

Akumulatory jednostki hybrydowej

Prius czwartej generacji wyposażony jest w nowy akumulator niklowo-wodorkowy (NiMH), uważany przez Toyotę za rozwiązanie najlepiej spełniające wymagania rynku. Odznacza się większą od poprzednika gęstością energii, co oznacza o 28% większą pojemność przy wymiarach mniejszych o 10% i ograniczonej masie. Akumulator 12V przeniesiono z bagażnika do komory silnika, a dzięki przeniesieniu akumulatora jednostki hybrydowej pod tylną kanapę uzyskano więcej przestrzeni bagażowej – pojemność bagażnika wzrosła do 502 litrów.

Niskie zużycie paliwa

Nowy Prius jest o 15% oszczędniejszy od poprzedniego modelu – to największy skok w historii modelu, a także w historii jakiegokolwiek auta hybrydowego. Udało się to osiągnąć dzięki udoskonaleniom niemal wszystkich aspektów konstrukcji auta.

Każdy element napędu hybrydowego jest teraz bardziej wydajny. Silnik benzynowy zużywa mniej paliwa. Silniki elektryczne, jednostka sterująca i akumulatory są mniejsze, lżejsze i bardziej wydajne, straty energii w module przekładni i silników elektrycznych zostały ograniczone o 20%. Prius zyskał też dzięki wydajniejszej klimatyzacji, zmniejszeniu oporów toczenia opon i bardziej aerodynamicznemu nadwoziu oraz podwoziu.

Zasoby powiązane


Reklama