Nová Toyota Prius poháněná spalovacím motorem a elektromotorem v prodeji na našem trhu (3.pokračování)

Výhody systému Toyoty Hybrid Synergy Drive v nové Toyotě Prius:

• Hybrid Synergy Drive přináší výkon s minimálními dopady na životní prostředí
• Extrémně účinný elektromotor je nyní nejdůležitější součástí pohonného ústrojí
• 10,9 s pro zrychlení z 0 na 100 km/h při kombinované spotřebě 4,3 l/100 km
• Režim EV umožňuje přepnout model Prius na plně elektrický pohon
• Vysokonapěťový zdroj elektřiny umožňuje dosažení vyššího výkonu při menších ztrátách
• Elektromotor dosahuje ve své objemové a hmotnostní kategorii největšího výkonu
• Zážehový motor s Atkinsonovým cyklem je nejúčinnějším motorem ve světové produkci
• Promyšlený systém regenerativního brzdění využívá kinetickou energii k úsporám paliva
• Inteligentní řídicí jednotka dokáže plynule měnit poměr mezi jednotlivými zdroji energie
• Zážehový motor se samočinně vypíná při zastavení, například v dopravní špičce

Nový Prius s novým hybridním systémem pohonu Hybrid Synergy Drive je lepší ve všech směrech: v technologii, výkonech, ekonomice provozu, prostoru, výbavě, dynamice a jízdě. Stávající systémy využívají jako hlavní zdroj síly spalovací motor, jemuž elektrický motor spíše pomáhá. V konceptu Hybrid Synergy Drive‚ ale hraje elektromotor a jeho síla v pohonu celého automobilu mnohem větší úlohu.

Kromě toho, že Prius byl od počátku zamýšlen jako velmi ekologický automobil, musel rovněž být automobilem příjemným na jízdu. Byl navržen jako plnohodnotná alternativa současných zážehových a vznětových automobilů. Hybrid Synergy Drive poskytuje při jízdě potěšení a zároveň má minimální negativní dopad na životní prostředí. Hybrid Synergy Drive má 530 registrovaných patentů.

Výkonnější 1,5litrový zážehový motor nyní spolupracuje s menším a účinnějším elektromotorem a společně nabízejí dynamiku na úrovni vozů střední třídy. Ve skutečnosti je použitý elektromotor výkonnější než konvenční zážehový motor o objemu 1,0 až 1,2 l, přičemž točivým momentem 400 N.m v rozmezí 0-1200 ot./min předčí většinu šestiválcových dieselů. Výsledkem je zrychlení z 0 na 100 km/h za 10,9 sekund, což je o 3 s méně než u předchozího modelu a zároveň srovnatelné s konvenčním vozem střední třídy, vybaveným dvoulitrovým dieselem.

Vzhledem k tomu, že elektronická řídicí jednotka vozu používá elektromotor jako hlavní zdroj síly, automobil vyniká mimořádnou jemností jízdy. Akcelerace je silná, ale velmi lineární. Zvukový projev, stejně jako vibrace, je přitom minimální.

Poprvé v hybridním automobilu má řidič možnost přepnutí tlačítkem EV (Electric Vehicle) pouze do elektrického režimu pohonu. Díky tomu se z modelu Prius stává elektromobil s nulovou produkcí škodlivin a mimořádně tichým provozem, což jsou ideální vlastnosti pro pohyb po městě.

Vysokonapěťový zdroj elektřiny je revoluční novinkou, která významně pomáhá k dosažení větší účinnosti. Dosažení vyššího výkonu se v novém modelu nyní dosahuje zvyšováním elektrického napětí z 202 V až na 500 V při současném udržování stejného proudu. Tímto řešením, kdy se v pohonném elektrickém ústrojí zvýšilo napětí, bylo dosaženo menších energetických ztrát, které v konečném důsledku znamenají celkově vyšší účinnost. Tohoto výsledku bylo dosaženo díky speciálnímu bipolárnímu tranzistoru IGBT.

Toyotě se podařilo zvýšit výkon střídavého synchronního elektromotoru 1,5krát oproti původnímu modelu Prius – z 33 kW na 50 kW a přitom se nezvětšily jeho rozměry. Permanentní magnety jsou v něm nainstalovány v optimální konfiguraci ve tvaru V, což zajišťuje špičkový točivý moment a také celkový výkon. Příkon elektromotoru se zvedl díky vyššímu napětí o 150 %. Souhrn všech řešení má za následek, že elektromotor modelu Prius je nejvýkonnějším ve své rozměrové a hmotnostní kategorii. Protože již předchozí motor vynikal značným výkonem v nízkých nebo naopak vysokých otáčkách, zaměřila se Toyota dokonalejším řízením šířky pulzů především na výkon ve středních otáčkách. Zvýšení má hodnotu 30 %.

Stejně tak jako elektromotor, je i generátor střídavého synchronního typu. Generátor je schopen při tvorbě energie dosahovat až 10 000 otáček za minutu. Tyto otáčky jsou nadprůměrné (konvenční alternátory točí cca 6500 ot./min) a vyžádaly si zesílení rotoru tak, aby vydržel větší odstředivé síly. Vysoké otáčky zajišťují výrobu dostatku energie i při středních rychlostech, z čehož vyplývá agilnější akcelerace v tomto režimu jízdy.

Zážehový motor nové Toyoty Prius s Atkinsonovým cyklem zaručuje mimořádnou účinnost a dosahuje vyšší výkon při nižší spotřebě benzinu.

Oproti motoru používaného v předchozím modelu byl významně modernizován. Jedná se o následující modifikace:

• Nový tvar spalovacích prostorů
• Tloušťka stěn válců byla optimalizována pro snížení hmotnosti a těžiště
• Pístní kroužky mají menší předpětí a ventilové pružiny jsou měkčí
• Zmenšena byla tloušťka stěn výfukového potrubí
• Řídicí jednotka motoru byla posílena na 32bitovou architekturu
• Bylo dosaženo zvýšení nejvyšších otáček motoru o 500 ot./min při současném zvýšení výkonu o 4 kW (5 k). Točivého momentu se dosahuje v nižších otáčkách než dříve.

Vysokonapěťová řídicí jednotka v sobě obsahuje invertor stejnosměrného proudu akumulátoru na střídavý proud pro elektromotor, stejně tak jako invertor napětí stejnosměrného proudu na 12 V. Tato jednotka dále obsahuje vysokonapěťový elektrický zdroj, který vytváří napětí od 202 do 500 V. Zvýšení napětí zajišťuje snížení proudu a právě nižší proud dovolil zmenšit celkové rozměry tohoto měniče. Ani přes integraci všech řídicích a převodných funkcí do jediného celku nedošlo ke zvětšení původního invertoru.

Nový vysokovýkonný nikl-metal hydridní akumulátor byl vyvinut speciálně pro model Prius. Je o 14 % lehčí než verze použitá v první generaci modelu Prius, ovšem jeho účinnost je o 35 % vyšší. Všechna zlepšení mají za následek, že tento hydridní akumulátor má nejvyšší úroveň výkonu ve své objemové a rozměrové kategorii. Zlepšení bylo dosaženo díky redukci vnitřních ztrát akumulátoru, které zajistil nový materiál elektrod a nová konstrukce spojovacích struktur mezi jednotlivými články akumulátoru. Dalším velmi důležitým zlepšením je o 23% nižší samovybíjení. To znamená, že akumulátor vydrží delší dobu nabitý v případě, že není používán.

V běžném automobilu se při brzdění kinetická energie automobilu přemění na teplo a zmizí. U Priusu tomu tak není, protože je díky generátoru převedena na elektrickou energii a uschována v akumulátoru. Největší výhody tohoto systému se projevují především při jízdě ve městě.

Během brzdění se z elektromotoru stává generátor, který přeměňuje kinetickou energii automobilu na elektřinu a snaží se tak neustále doplňovat akumulátor. V každém okamžiku, kdy se řidič dotkne brzdy, začne koordinace mezi elektronicky ovládanými brzdami (ECB) a řízením toku elektrické energie tak, že automobil i při zpomalování v malých rychlostech nabíjí akumulátory. Právě ECB (elektronický brzdový systém) přináší značné zefektivnění regenerativního brzdění.

Navíc díky minimalizaci třecích ztrát v pohonném systému (například převodovce) se větší množství kinetické energie přemění na elektrickou. Právě minimalizace mechanických ztrát má značný podíl na zvýšení celkové účinnosti regenerované energie.

Planetová převodovka, zajišťující přenos pohonné síly mezi elektromotor, spalovací motor a generátor, je uložená v jednom celku s elektromotorem a převody. Planetová převodovka má za úkol přenášet sílu spalovacího motoru na mechanickou a elektrickou část, zároveň zajišťuje dodávku točivého momentu elektromotoru na hnaná kola. V planetové převodovce se nachází planetové soukolí (název je odvozen z toho, že kolem ozubeného centrálního kola, zvaného sluneční krouží satelity či planety, což připomíná sluneční soustavu). Unášeč satelitů planetové převodovky je pevně spojen s klikovou hřídelí spalovacího motoru a přes satelity přenáší sílu motoru na korunové a také sluneční kolo převodovky. Zatímco korunové kolo přenáší sílu motoru na hnaná kola, sluneční centrální kolo ji vede do generátoru, kde slouží k výrobě elektřiny.

Stop & Go

Jakmile se Prius zastaví, například na semaforu či v dopravní zácpě, dojde k vypnutí spalovacího motoru. Tato funkce má překvapivý vliv na úsporu energie a také na spotřebu paliva. Jakmile je potřeba zrychlit nebo pokud to požadavek na zrychlení vyžaduje, dojde k samočinnému nastartování spalovacího motoru a k jeho jemnému zapojení do systému s cílem poskytnout maximální výkon.

Jak to vlastně všechno funguje?

• Jakmile systém zjistí horší účinnost spalovacího motoru, přepne se na pohon pouze elektromotorem (spalovací motor přitom stále nabíjí akumulátory). V běžných podmínkách pohání kola jak spalovací motor, tak elektromotor. Systém neustále kontroluje účinnost obou typů pohonů a volí mezi nimi tak, aby celková účinnost byla maximální.
• S vyšší účinností elektromotoru se zvýšila také jeho použitelnost v rámci pohonu modelu Prius. Spalovací motor tak může být častěji přepojen pouze na výrobu elektrické energie.
• Výkonnější elektromotor schopný zároveň větší účinnosti jako alternátor ve spojení s výkonnějšími akumulátory umožňuje účinnější regeneraci kinetické energie automobilu a tím i nižší spotřebu paliva. Ve výsledku je pohonné ústrojí modelu Prius nejúčinnější na světě.

Funkce systému

Zrychlení z klidu a jízda malými či středními rychlostmi: Spalovací motor se zastaví jakmile je zaznamenána jeho nízká účinnost; nezáleží přitom, zda automobil zrychluje či se nachází v nízkých a středních rychlostech. V tom okamžiku je Prius poháněn elektromotorem.

Jízda za běžných podmínek: Síla generovaná spalovacím motorem je rozdělována planetovou převodovkou na dvě části. Jedna putuje k generátoru, který pohání elektromotor, a druhá část je použita přímo ke pohonu kol. Konkrétní míra distribuce je elektronicky ovládaná s cílem maximalizace celkové účinnosti.

Náhlá akcelerace: Při potřebě náhlé akcelerace dodá zvláštní energii akumulátor a spalovacímu motoru významně pomůže elektromotor, který se vyznačuje jemným nárůstem výkonu a značným točivým momentem.

Zpomalování a brzdění: Při zpomalování nebo brzdění se z elektromotoru stává generátor, který velmi efektivně vytváří elektrickou energii. Vytvořená elektřina je poté uložena ve vysokovýkonném akumulátoru.

Nabíjení vysokovzpětového akumulátoru: Systém neustále v akumulátorech udržuje určité minimální napětí. Jakmile je úroveň nabití příliš nízká, generátor začne samočinně dobíjet.

Zastavení automobilu: spalovací motor se automaticky vypne.