https://yliteippaus.fi/

Toyota/Lexus hybridijärjestelmä

P

pantero

Vieras
Kun keskustelu esim. tuolla Lexus NX 300h sivuilla taitaa mennä kovin tekniseksi pohdittaessa Toyota/Lexus-hybridijärjestelmän toimintaa ja sen eri komponenttien ominaisuuksia, päätin avata oman aihealueen, joka keskittyisi yksinomaan tähän.

Penguin onkin löytänyt erinomaisen Wikipedia-sivuston, jossa järjestelmää kuvataan. Eiköhän tuon sivuston ja sen liitteiden avulla järjestelmän ja sen komponenttien toiminta pikkuhiljaa aukene.

http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Synergy_Drive
 
Lexus NX 300h:n hybridijärjestelmästä on kohtuullisen hyvä yhteenveto täällä:

http://www.car-engineer.com/lexus-nx-300h-powertrain/

Lyhyen yllämainittujen sivujen studeerauksen perusteella vaikuttaa siltä, että NX 300h:n ajoakusto (NiMH) on kooltaan 1,59 kWh. Siitä olisi normaalisti käytössä noin 700 Wh.

Tämä olikin se arvo, jota etsin. Auton energiamonitori kun kertoo, milloin jarrutusenergialla on ladattu akkuja 50 Wh:n edestä. Tämä näkyy erillisenä tolppalukuna minuuttikohtaisessa polttoaineenkulutuspalkistossa.

Nyt voikin jo hiukan paremmin arvioida oman ajokäyttäytymisensä vaikutusta kulutukseen.
 
Tuolla on mielenkiintoinen interaktiivinen malli jolla voi yrittää ymmärtää moottoreiden pyörimistä suhteessa toisiinsa: http://eahart.com/prius/psd/

Edit: Olihan se jo ekassa viestissä mainitun wikisivun lopun linkeissä mutta kuka niitä lukee :rolleyes:
 
I rest my case. Kyllä ajoakuston koko NX 300h:ssa vaikuttaisi olevan tuo 1590 Wh. Se muodostuu 34 kappaleesta 7,2 V 6,5 Ah modulia. Modulit on kytketty sarjaan tuottaen 245 V ja 6,5 Ah.

Prius II:ssa on 28 kappaletta samankokoista 7,2 V 6,5 Ah modulia tuottaen 1310 Wh.

NX 300h:ssa tuosta akkukapasiteetistä on hybridijärjestelmän käytössä arviolta 700 Wh. Tällä määrällä pystyy ajamaan sähköllä parisen kilometriä noin 40 - 50 km/h nopeudella. Tämän olen myös omissa 'testeissäni' havainnut.

Ohjausjärjestelmä (ECU) sallii hybridikäyttöön vain tuon verran (< 44%) akkukapasiteettia, koska sähköä tarvitaan ajon aikana myös EVC-vaihteiston välitysten säätämiseen (MG1:llä).

Tuolla tai:n postaamalla sivulla on MG1:n roolia selvitetty enemmän ja havainnollistettu eri käyttötiloja myös hienolla grafiikalla.

MG1 generaattorin/moottorin teknisiä arvoja en ole toistaiseksi löytänyt mistään.

=============

Sittenkun tämä on itselle auennut, voikin siirtyä eteenpäin pohdinnoissaan. NX300h:ssa noita pyöriviä rinkuloita taitaakin olla kaksi peräkkäin... ???
 
Tuolla eri Lexus-sivuilla on keskusteltu paljon Toyota/Lexus hybridijärjestelmän (Hybrid Synergy Drive, HSD) toiminnasta eri ajotilanteissa. Tänne olisi kuitenkin hyvä kerätä kootummin tuota teknistä pohdintaa.

Aloitan omalta osaltani lyhyellä yhteenvedolla ja netistä löytämilläni teknisillä perustiedoilla. Eniten tietoa ja kokemuksia löytyy Priuksen perusjärjestelmästä. Se onkin eri HSD-toteutuksista yksinkertaisin ja soveltuu siksi hyvin toiminnallisten pohdintojen kohteeksi.

Koko HSD-hybridikäytön perustana on planeettapyörästö (josta käytetään lyhennystä PSD), jota ohjataan sähköisesti yhden siinä mukana olevan komponentin (MG1) avulla. Täällä on erinomainen kuvaus PSD:n toiminnasta sekä siihen liittyvä simulaattori:

http://eahart.com/prius/psd/

HSD-hybridikäytön peruskomponentit ovat polttomoottori (ICE), ajosähkömoottori (MG2), generaattori MG1 sekä akusto.

Näillä komponenteilla on useampia tehtäviä. Polttomoottori tuottaa kaiken HSD:hen syötetyn energian ja osallistuu pääosin auton liikuttamiseen. Ajosähkömoottori MG2 liikuttaa autoa pienillä nopeuksilla ja liikkeellelähdössä sekä antaa kiihdytystilanteissa lisätehoa järjestelmään. Lisäksi MG2 toimii generaattorina ja regeneroi auton jarrutuksessa syntyvää energiaa sähköksi, joka varastoidaan akkuihin.

Generaattori/sähkömoottori MG1:llä on monta tehtävää. Se säätää omalla pyörimisnopeudellaan planeettapyörästön välityssuhten ja siten myös auton nopeuden. Lisäksi se käynnistää polttomoottorin ja tuottaa sähköä polttomoottorin käydessä sekä ajomoottori MG2:lle, että akuille.

Akusto on eri HSD-sovellutuksissa kapasiteetiltaan noin 1,2 -3,0 kWh suuruusluokkaa. Prius III:ssa se on 1,31 kWh (NiMH). Akusta käytetään normaalisti vain 40 % - 80% täydestä latauksesta sen pitkän käyttöiän turvaamiseksi. Prius III:lla se tarkoittaa siis noin 500 Wh.

Pääkomponenttien suoritusarvoja (Prius III) on esitetty oheisissa kuvissa 1-3. Ne ovat Prius III:lle. MG1:n perusarvot olivat vähän kiven takana, mutta tämmöiset tiedot Priukselle löytyi (kuva 4).

Tässäpä nuo pääkomponentit lyhyesti esiteltynä ovatkin. Seuraavaksi voikin sitten pohdiskella, miten ne eri ajotiloissa osallistuvat auton liikuttamiseen.
 

Liitteet

  • HSD, ICI ja MG2 arvot.png
    HSD, ICI ja MG2 arvot.png
    49,8 KB · Katsottu: 467
  • ICI, MG2.png
    ICI, MG2.png
    77,9 KB · Katsottu: 352
  • Akusto, HSD.png
    Akusto, HSD.png
    51,8 KB · Katsottu: 315
  • MG1, MG2.png
    MG1, MG2.png
    43 KB · Katsottu: 315
Mikko sanoi:
Jännä sinänsä, että omiin silmiin on osunut tässä pakkasten aikana melko monta tien varteen hyytynyttä Priusta. Eilenkin aamulla oli kaksi parkissa tien laidassa tuon 20 km työmatkan varrella. Normaalisti hyytyneet uudet/uudehkot autot korjataan nopeasti pois, mutta tuo yksikin Prius seissyt kinoksessa kolme päivää.

Tämä juttu herätti kiinnostukseni ja linkkasin sen tänne 'tekniikka'-osioon.

Olen itse miettinyt, mikä tarkoitus tällä apuakulla hybridissä oikein on. Sen tehtävänähän on esimerkiksi NX:ssä ainoastaan sytyttää kahvaledit (pimeällä mukavan näköiset) ja aukaista ovet, oikaista peilit, sytyttää sisävalot sekä lopuksi herättää hybridikoneisto eloon, kun start nappulaa painetaan. Silloin mittarivalot syttyvät ja muuta ei oikeastaan tapahdukaan.

Jatko onkin jo ison ajoakuston varassa: Parin sekunnin kuluttua kuuluu jonkin kytkimen, tms. vaimea raksahdus ja kun vaihdevivun siirtää pakille ja painaa pedaalia auto liikkuu taaksepäin. Kovalla pakkasella polttomoottori hörähtää käyntiin yleensä jo heti tässä vaiheessa. Polttomoottorin käynnistää MG1 generaattori (useiden kymmenien kW:n tehoinen), joka saa virtansa ajoakustosta.

Ajon aikana hybridijärjestelmä lataa tätä apuakkua koko ajan 12 V-muuntimien kautta. Eli jos hybridin on saanut liikkeelle, miten se voi ajon aikana 'hyytyä' apuakun virrattomuuteen?

==================

NX:n luovutusinfossa näytettiin apuakun sijainti ja selostettiin sen latausmahdollisuus konetilasta käsin. Silloin puhuttiin siitä, että akku saattaa kuivua pitkän (viikkoja, kuukausia…) seisokin johdosta. Autossahan on varashälytin, joka vie virtaa auton seisoessakin.

Uudessa Priuksessa akku on siirretty konetilaan, mutta olen ymmärtänyt tämän siten, että tilankäyttö auton takaosassa on siirron takia helpompi optimoida. Ja kyllähän apuakkuakin tarvitsee kerran vuodessa (huollossa) vilkaista.
 
pantero sanoi:
Tämä juttu herätti kiinnostukseni ja linkkasin sen tänne 'tekniikka'-osioon.

Olen itse miettinyt, mikä tarkoitus tällä apuakulla hybridissä oikein on. Sen tehtävänähän on esimerkiksi NX:ssä ainoastaan sytyttää kahvaledit (pimeällä mukavan näköiset) ja aukaista ovet, oikaista peilit, sytyttää sisävalot sekä lopuksi herättää hybridikoneisto eloon, kun start nappulaa painetaan. Silloin mittarivalot syttyvät ja muuta ei oikeastaan tapahdukaan.

Jatko onkin jo ison ajoakuston varassa: Parin sekunnin kuluttua kuuluu jonkin kytkimen, tms. vaimea raksahdus ja kun vaihdevivun siirtää pakille ja painaa pedaalia auto liikkuu taaksepäin. Kovalla pakkasella polttomoottori hörähtää käyntiin yleensä jo heti tässä vaiheessa. Polttomoottorin käynnistää MG1 generaattori (useiden kymmenien kW:n tehoinen), joka saa virtansa ajoakustosta.

Ajon aikana hybridijärjestelmä lataa tätä apuakkua koko ajan 12 V-muuntimien kautta. Eli jos hybridin on saanut liikkeelle, miten se voi ajon aikana 'hyytyä' apuakun virrattomuuteen?

Noin se toimii. Käsittääkseni kaikki normaalit sähkölaitteet kuitenkin toimivat 12 V akun kautta kulkevalla virralla, joten jos akku menee totaalisen kaput esim. oikosulkuun, niin sillon matka ilmeisestikin katkeaa.
 
OK. Apuakun huolto ja ylläpito on silloin periaatteessa samanlaista kuin normiautossakin. Tosin hybridiautossa apuakku ei rasitu samalla tavalla, koska polttomoottorin käynnistyksiä sille ei tule.
 
Ei, mutta nykyauto, hybridikin, on sellainen sähköä kuluttava teos, että akku on varmasti kovilla. Myös virrankulutuksen vaihtelut ilman käynnistyksiäkin ovat suuria sen mukaan mitä laitteita milloinkin tarvitaan/käytetään. En tiedä miten näissä hybrideissä on 12V:n akun lataus hoidettu, mutta ihan polttomoottorikäyttöisissäkin lataus on pois päältä esim. kiihdytyksissä ja silloin kun auto "haluaa" ekoilla. Tämä vaatii enemmän akulta, kun erilaiset apulaitteet, valot ja viihdejärjestelmät purkavat sitä silloinkin kun ei ladata. Lataus ja purkusyklejä tulee siis paljon, vaikka sitten olisivatkin lyhyehköjä.

Ei eletä enää niitä aikoija, kun MB 200D:tä valmistettiin. Sen kun saa käymään, niin se käy niin kauan kun löpöä tankissa riittää, vaikka ottaisi koko akun pois autosta.
 
Hybridiautossa apuakku ei kyllä ole niin kovilla kun normiautossa, koska esim. kylmäkäynnistyksiä sille ei tule. Lisäksi sen tukena on 12 V-apupiiri, jota syötetään hybridijärjestelmän ajoakulla ja generaattoreilla. Sen kautta sitä ladataankin. Eiköhän sitä myös ladata koko ajan riippumatta siitä, millä moodilla hybridiä ajetaan. Jos matka apuakun takia katkeaa, syynä on todennäköisesti tuo Urlaubin mainitsema totaalinen kaput.
 
Niin jos miettii, tarkemmin niin Toijon hybrdijärjestelmän 12V-akun sijasta kannattaisi käyttää jotain hieman toisen tyyppistä akkutekniikkaa, kun korkeita käynnistyksestä johtuvia purkuvirtoja sen ei joudu kokemaan. Toisaalta sitä en tiedä että kuinka korkeilla virroilla tuota ladataan...
 
Foxit sanoi:
Niin jos miettii, tarkemmin niin Toijon hybrdijärjestelmän 12V-akun sijasta kannattaisi käyttää jotain hieman toisen tyyppistä akkutekniikkaa, kun korkeita käynnistyksestä johtuvia purkuvirtoja sen ei joudu kokemaan.

Miksi ei käytettäisikin? Onhan tavallisissa 12 V lyijyakuissakin erilaisia akkuja muuhun kuin käynnistysakuiksi. Niiden ainakin väitetään olevan erilaisia ominaisuuksiltaan, kun ei tarvitse tarjota voimakasta, mutta lyhyttä piikkiä startin pyörittämiseen. Voi tietysti olla markkinamiesten puheita.
 
pantero sanoi:
Hybridiautossa apuakku ei kyllä ole niin kovilla kun normiautossa, koska esim. kylmäkäynnistyksiä sille ei tule. Lisäksi sen tukena on 12 V-apupiiri, jota syötetään hybridijärjestelmän ajoakulla ja generaattoreilla. Sen kautta sitä ladataankin. Eiköhän sitä myös ladata koko ajan riippumatta siitä, millä moodilla hybridiä ajetaan. Jos matka apuakun takia katkeaa, syynä on todennäköisesti tuo Urlaubin mainitsema totaalinen kaput.

Kylmäkäynnistys tai käynnistys sillä 12V akusta saatavalla virralla onkin osapuilleen ainoa asia mikä jää pois, vaikka toki hyvin merkittävä ero. Hyvin todennäköistä, että kun lapun painaa lattiaan niin Toyotan/Lexuksen hybridikään ei 12V akkua lataa, vaan kaikki liikenevä energia käytetään liikkeen aikaansaamiseen. Toki minulla mitään faktaa tuosta ole, enkä nyt jaksa alkaa kaivamaan, jos vaikka jossain dokumentissa tuo kerrottaisiinkin.
 
Penguin sanoi:
Kylmäkäynnistys tai käynnistys sillä 12V akusta saatavalla virralla onkin osapuilleen ainoa asia mikä jää pois, vaikka toki hyvin merkittävä ero. Hyvin todennäköistä, että kun lapun painaa lattiaan niin Toyotan/Lexuksen hybridikään ei 12V akkua lataa, vaan kaikki liikenevä energia käytetään liikkeen aikaansaamiseen. Toki minulla mitään faktaa tuosta ole, enkä nyt jaksa alkaa kaivamaan, jos vaikka jossain dokumentissa tuo kerrottaisiinkin.

Ihme olisi, jos 12V latausta ei säädeltäisi hybridien erittäin edistyksellisessä ohjauksessa, kun sitä tehdään jo ihan perusautoissakin. Epäilenpä, ettei latausta tehdä koko aikaa täydellä teholla edes silloin kun ei ole poljin lattiassa.
 
Näin minäkin epäilen, kun tuossa omassa tupaöljykrematoriossakin jo tuollaista tehdään, eikä se edes yritä olla mikään ekoauto.
 
Miten näissä hybrideissä pärjää talvella sisätilojen lämpimyyden kannalta? Webastojen asentaminenhan on ilmeisesti kokonaan kielletty.
 
Pekka P sanoi:
Miten näissä hybrideissä pärjää talvella sisätilojen lämpimyyden kannalta? Webastojen asentaminenhan on ilmeisesti kokonaan kielletty.

Eikös noita hybridi Toyotia ole kehuttu varsin lämpöisiksi?
 
MMV sanoi:
Eikös noita hybridi Toyotia ole kehuttu varsin lämpöisiksi?

Ainakin uusi Rav4 oli helvatin lämmin auto. Tosin ei nyt ollut kuin +1, mutta kylmällä autolla lähdin ja pari - kolme minuuttia niin alkoi tulla jo todella lämmintä ilmaa sisälle.

Tammikuussa -23 kun kävin ajamassa tunnin lenkin ja lämmöt ei missään vaiheessa tipahtaneet kaupunkiajossakaan. Koko ajan oli sisällä tasaisen lämmin ja mukava.

Joten ei tartte webastoa ainakaan ton kokemuksen perusteella.
 
Pekka P sanoi:
Miten näissä hybrideissä pärjää talvella sisätilojen lämpimyyden kannalta? Webastojen asentaminenhan on ilmeisesti kokonaan kielletty.

Erittäin lämpimiä ovat ja vaimonkin Auris pukkaa todella lämmintä ilmaa nopeammin kuin yksikään muu tähän astinen automme. Sähköllähän se lämpö tehdään siihen asti kunnes moottorin jäähdytinneste on lämmennyt.

Tuoreessa TM:n talvitestissäkin Auris hybridi sai täydet pisteet lämmityslaitekokeessa.
 
Mielenkiintoista. Vaimon mahdollisessa tulevassa autossa tuo lämpimyyskin on ihan tärkeä juttu.
 
Kyllä nämä hybridit ovat sieltä nopeimmin lämpiävästä päästä. Webastoa en menisi ainakaan ensialkuun hankkimaan. Itsellä on käytössä Calixin säteily- ja sisätilan lämmitin. Näillä on menty ja hyvin on pelannut. Kannattaa myös tutustua hieman vagareenan kokemuksiin jos et vielä ole: http://www.vagarena.fi/index.php?topic=21837.0
 
Foxit sanoi:
Kyllä nämä hybridit ovat sieltä nopeimmin lämpiävästä päästä. Webastoa en menisi ainakaan ensialkuun hankkimaan. Itsellä on käytössä Calixin säteily- ja sisätilan lämmitin. Näillä on menty ja hyvin on pelannut.

Meillä on myös säteilylämppäri, mutta eipä sitä ole paria kokeilua enempää käytetty. Sillä kun ei tunnu olevan mitään tehoa.
 
Urlaub sanoi:
Meillä on myös säteilylämppäri, mutta eipä sitä ole paria kokeilua enempää käytetty. Sillä kun ei tunnu olevan mitään tehoa.
Todella kummallista, kyllähän tuo öljyt lämmittelee aika huomattavasti. Tämän huomaa hyvin jo moottorin käyntiäänestä, varsinkin kun oli nämä kovemmat pakkaset. Lämpötilamittarin mukaan lämmöt nousevat nopeammin ja kulutuslukematkin pysyvät alempana. Onkohan teidän säteilylämppäri ihan kunnossa tai oikein asennettu?