(video) Sistemele de propulsie Toyota. Câte are în palmares în prezent şi cum funcţionează
Răspunsul la provocările privind mediul înconjurător se bazează pe electrificarea progresivă a sistemelor de propulsie, prin introducerea unuia sau mai multor motoare electrice, în diferite combinații sau în locul motorului tradiţional.
Toyota s-a angajat pe drumul dezvoltării soluțiilor electrificate de mai bine de 20 de ani și grație celor peste 15 milioane de vehicule hibride vândute a câștigat o experiență considerabilă în popularizarea vehiculelor electrificate.
Producătorul auto încă insistă că viitorul este al hibridelor decât a celor complet electrice, deşi, pentru a fi în pas cu moda şi a nu fi criticat că nu întreprinde nimic în ceea ce priveşte electrificarea într-o proporţie mai mare, pregătește şi o linie dedicată de electromobile – bZ (beyond Zero).
Prin aplicațiile sale variate în lumea automobilului, componenta electrică are un rol din ce în ce mai însemnat în reducerea emisiilor de dioxid de carbon și, implicit, în transformarea mediului înconjurător într-unul mai sănătos pentru noi. Ne aflăm în plin proces de tranziție către un viitor fără emisii, iar asta înseamnă că în acest moment ne bucurăm de o gamă variată de soluții de electrificare, de la cele mai simple la cele mai complexe.
În funcție de buget și, la fel de important, în funcție de facilitățile în utilizarea automobilului, avem de ales între mai multe tipuri de motorizări, pornind de la cele convenționale, precum motorul termic, până la cele mai sofisticate – motorul electric alimentat cu hidrogen lichid. În cele ce urmează le vom enumera pe cele utilizate de Toyota, de la simplu la complex, identificând particularitățile fiecăruia.
Modificările motoarelor tradiţionale
Până și motorul termic obişnuit – fie pe benzină, fie diesel – a primit, pe lângă inginerii tehnice dezvoltate de-a lungul timpului, un sistem electric al cărui scop este reducerea emisiilor, cunoscut sub denumirea Start & Stop, iar autovehiculele care îl au se clasifică în categoria celor numite micro hybrid. Acesta sistează temporar funcționarea motorului cât timp mașina staționează pe durate scurte (de exemplu, la semafor), cu mențiunea că folosirea sistemelor auxiliare, precum cel de aer condiționat, va dezactiva sistemul. Chiar și așa, contribuția sistemului Start & Stop la reducerea emisiilor nu trebuie ignorată.
Tipuri de sisteme de propulsie
Cele trei componente ale sistemelor electrice
- Unul sau mai multe motoare electrice care contribuie în întregime sau parțial la tracțiune, a căror mărime și putere depind de tipul sistemului electric.
- O baterie care stochează energia necesară funcționării/alimentării motorul electric.
- Un invertor care transformă puterea furnizată de baterie din curent continuu în curent alternativ, pentru a alimenta motorul electric și, care, efectuează, de asemenea, procesul invers, de recuperare a energiei cinetice a mașinii în cazul decelerării/frânarii.
Cum se diferențiază hibridul „Mild” de hibridul integral?
Prima treaptă de electrificare a devenit în prezent în industria auto hibridizarea ușoară. Un sistem mild hybrid – aplicabil atât motoarelor pe benzină, cât și celor diesel – înlocuiește starterul clasic și alternatorul cu un mic motor electric de 48 V, alimentat de o mică baterie litiu-ion cu o capacitate infimă, care se încarcă folosind energie captată din frânarea regenerativă. Această baterie nu poate fi nicicum încărcată din surse externe.
Sistemul mild hybrid (MHEV) ajută în mod electric motorul termic atunci când se află în sarcină (de exemplu, la demaraje), însă acest ajutor de scurtă durată nu poate fi considerat drept contribuție la rularea fără emisii. Un alt atribut al sistemului mild hybrid este acela că, în timpul staționărilor, alimentează sistemele auxiliare, astfel că motorul termic rămâne oprit pentru mai mult timp atunci când mașina staționează la semafor, iar climatizarea, de exemplu, continuă să funcţioneze.
Până la 50% din distanța pe care o parcurgi în oraș poate fi făcută cu ajutorul energiei electrice. Toate mașinile hibride au o alimentare pe benzină și una electrică. În comparație cu cele mild hybrid, principalul beneficiu al hibridelor integrale Toyota este faptul că cele două surse de alimentare funcționează complet independent una de cealaltă.
Mașinile mild hybrid își folosesc compactele motoarele electrice pentru a susține motorul termic doar în timpul accelerației și al călătoriei. Agregatele electrice nu pot alimenta de unele singure vehiculul. De cealaltă parte, într-un hibrid integral Toyota sau într-un hibrid care se încarcă singur, vă puteți bucură de energie electrică până la 50% din călătoria pe care o parcurgeți dumneavoastră în oraș atunci când viteza nu depășește 50 km/h. La viteze mai mari, motorul pe benzină și cel electric lucrează împreună pentru a va oferi un boost de putere.
Ce este și cum funcționează tehnologia Toyota Hybrid
Hibridele Toyota (HEV) folosesc, pe lângă motorul termic și cel electric cu rol de starter-generator, și un motor electric de propulsie, cuplat unei baterii ceva mai mari decât în cazul hibridelor mild. Probabil aţi văzut cât de mare este această baterie într-un Prius, de exemplu. Astfel, hibridele integrale sunt capabile să ruleze și în mod pur electric, dar pe distanțe scurte.
Şi, nici în cazul lor, încărcarea bateriei Li-ion nu se poate face din surse externe – deci nu este condiționată de încărcarea la priză – ci de recuperarea energiei la frânare. În cazul unui sistem hybrid exploatat corespunzător, rularea în mod electric poate depăși chiar și 50% din timpul total de rulare. În momentul de față, din punct de vedere al raportului eficienţă/confort, cea mai bună mașină hibridă de pe piaţă este considerată cea cu sistem de încărcare din regenerare.
Toyota are un istoric bogat aici, fiind lider în dezvoltarea tehnologiilor hibride: Prius, model lansat în 1997, a fost primul astfel de exercițiu de eficientizare a consumului și emisiilor. În cele peste două decenii de perfecționare, sistemul a ajuns să fie implementat și pe alte modele Toyota, devenind una dintre semnăturile mărcii. Cele 15 milioane de hibride vândute în tot acest timp sunt poate cel mai convingător argument al eficienței hibridelor full. Lista este completată de beneficiile raportului preț/calitate: au preț competitiv, costuri reduse de mentenanță și valoare mare la revânzare.
Din ce este compus sistemul hibrid al Toyota?
Sistemul Toyota Hybrid combină două surse de putere: un motor termic eficient pe benzină și un motor electric puternic, alimentat de o baterie electrică de mare capacitate. Fiecare componentă a fost proiectată special pentru sistemul Toyota Hybrid și funcționează sinergic cu celelalte elemente.
În centrul sistemului Toyota Hybrid se află un motor pe benzină cu ciclu Atkinson. Acesta utilizează un ciclu diferit de motoarele Otto convenționale, care produce mai puțină căldură și este mai eficient, comparativ cu motoarele tradiționale, în zona de turații medii – mari, având un consum optim.
A două sursă de putere este un motor electric compact de înaltă eficiență, ce completează perfect motorul termic. La viteze mici-medii ale autovehiculului, când eficiența motorului termic este mică, cuplul motor al motorului electric asigură integral propulsia vehiculului. La viteze medii-mari, motorul electric asistă deja motorul termic, asigurând o accelerație puternică și rafinată, dar și o excelentă economie de carburant.
Rezervorul de înaltă capacitate a sistemului hibrid Toyota este o baterie Ni-MH (nichel metal hidrid) sau Li-ion (litiu ion). Bateria stochează energia electrică generată de către sistem și alimentează motorul electric pentru a propulsa mașina. Nu necesită încărcare de la o sursă externă.
Cum să conduci eficient o Toyota Hybrid?
Să conduci o Toyota Hybrid este simplu și plăcut. Sistemul hibrid a fost proiectat pentru utilizarea preponderentă a motorului electric în detrimentul celui termic. Fie că pleci de la semafor, ieși din parcare sau te deplasezi în trafic, propulsia este asigurată de motorul electric, în regim urban de viteză regulamentară. Mai mult, în regim electric, deplasarea se face silențios și fără emisii. Pentru un maxim de eficienţă, apasă ușor pedala de accelerație, iar motorul termic nu va porni până când viteza de deplasare nu va crește.
În timpul deplasării, motorul electric și cel termic funcționează împreună în cea mai bună configurație. Vei obține o excelentă economie de carburant, fără echivalent la vehiculele non-hibride. Sistemul comută și combină fluid funcționarea celor două surse de putere pentru a-ți asigura deplasarea în cel mai eficient mod posibil. Nu trebuie să faci nimic și s-ar putea nici să nu sesizezi tranzițiile – sunt foarte rafinate și creează o experiență plăcută de condus. Apasă pedala de accelerație cu blândețe, astfel încât să rămâi cât mai mult în zona „eco” și să menții o eficienţă energetică ridicată.
La apăsarea pedalei de accelerație vei angaja puterea combinată a celor două motoare. Împreună, acestea asigură un maximum de putere atunci când este necesar, de exemplu, în depășiri sau în deplasări pe autostradă. Pentru cel mai eficient consum, atinge cât mai rapid viteză dorită, apoi redu apăsarea pedalei de accelerație pentru a te menține în zona „eco”.
În timp ce încetinești, motorul termic se va opri din nou. Mai mult, odată cu apăsarea pedalei de frână, sistemul recuperează energia cinetică a autovehiculului și o redirecționează spre baterie, încărcând astfel bateria. Aceasta se numeşte reciclarea energiei. Dacă dorești că mașina ta Toyota să stocheze un maxim de energie frânează ușor și din timp, acționând pedala de frână, pe cât de mult timp posibil.
La coborârile lungi și abrupte, pe drumuri în pantă, selectează modul B pentru a utiliza frână de motor. Reține însă că acesta nu este la fel de eficient în recuperarea energiei ca frânarea normală.
Alege stilul preferat de condus
Tehnologia Toyota Hybrid le redă șoferilor plăcerea de a conduce. Aceasta rulează incredibil de lin și este extrem de receptivă – iar atunci când conduci prin oraș, te poți bucura de liniștea motorului electric.
Sistemul Toyota Hybrid gestionează schimbările și tranzițiile în mod autonom, fără să fie nevoie de intervenția șoferului. Prin transmisia automată cu variație continuă controlată electronic (e-CVT), condusul este simplificat și mai mult, devine intuitiv, ușor.
Te-ai gândit la o Toyota Plug-In Hybrid?
Sistemul hibrid de tip plug-in (PHEV) se deosebește de cel self-charging în primul rând prin capacitatea sa de a se alimenta și din surse externe. Bateria de mare capacitate (cel puțin în comparație cu cea a unui HEV) permite rularea în mod electric pe distanțe mai mari, de ordinul a zecilor de kilometri. Prius PHEV poate rula, de exemplu, până la 50 de kilometri cu un plin de baterie electrică. Utilizarea corespunzătoare a unui PHEV poate reduce dramatic emisiile, consumul și, implicit, costurile de utilizare ale maşinii: în cazul unui hibrid plug-in, rularea cu zero emisii, în raport cu timpul total de utilizare, se poate încadra între 50% și 100%.
HEV – HYBRID ELECTRIC VEHICLE (AUTOVEHICUL CU PROPULSIE HIBRIDĂ)
Autovehiculul cu propulsie hibridă este echipat cu un motor termic (pe benzină, în cazul Toyota) și un motor electric. În funcție de tipul motorului electric, acesta poate să funcționeze independent de cel termic, pentru a mări eficiența și a reduce emisiile. Motorul termic poate să fie alimentat atât de carburanți tradiționali, precum benzină sau motorină, dar și carburanți alternativi, precum gaz-metan sau GPL (gaz petrolier lichefiat).
În funcție de performanță sau în funcție de metodele sau principiile de funcționare, autovehiculele cu propulsie hibridă pot fi clasificate în mai multe feluri.
O primă clasificare le cuprinde pe următoarele:
- Hibrid în serie, unde doar motorul electric pune în mișcare roțile folosind electricitatea generată de motorul termic. Motorul termic funcționează doar ca un generator pentru încărcarea bateriei.
- Hibrid paralel, unde ambele motoare, atât cel termic cât și cel electric, participă la tracțiune. Scopul motorului electric este în principal de a aduce energie suplimentară celei generate de motorul termic, în funcție de necesități.
- Hibrid în serie/paralel – combinate, cunoscut și ca hibrid multi-modal, este un hibrid capabil să funcționeze atât în modul alimentat cu benzină, cât și în modul electric, dar și în baza unei combinații a ambelor moduri.
Cea de-a două clasificare, care este de altfel și cea mai întâlnită, folosește modurile sistemului de operare pentru a diferenția între următoarele tipuri de hibride:
- Full Hybrid este cel mai avansat sistem, unde motorul electric poate propulsa autovehiculul independent. Acesta permite ca mașina să poată fi condusă în modul EV, complet electric, cu anumite limitări de viteză. Sistemul Full Hybrid are o putere mai mare și funcționează cu tensiune electrică nominală de 650V, ceea ce îi permite să participe în mod semnificativ la tracțiunea implicită fiecărui mod de condus.
- Mild Hybrid, unde motorul electric poate fi folosit doar pentru a susține performanța motorului termic, dar nu poate propulsa autovehiculul de unul singur. Motorul electric este alimentat în mod normal de o tensiune electrică de până la 48V.
- Micro Hybrid, unde motorul termic este cuplat la un dispozitiv START&STOP, care poate să oprească motorul termic când mașina este într-o poziție neutră și să o repornească când cuplezi într-o treaptă de viteză pentru pornirea de pe loc. Micro Hybrid-ul este echipat cu frânare regenerativă, în vederea reîncărcării bateriei.
PHEV – AUTOVEHICUL PLUG-IN CU MOTOR HIBRID
Autovehiculul Plug-In hibrid este un sistem electric Full Hybrid care are o baterie de mare capacitate (în comparație cu Full Hybrid) care poare fi încărcată și de la o sursă externă (priză casnică, de exemplu), ceea ce face că mașina să meargă pe distanțe lungi folosind exclusiv motorul electric (tracțiune full electrică până la 50 km în cazul modelului Toyota Prius PHEV). Când bateria se consumă și nu este reîncărcată de la o sursă externă, mașina funcționează ca un Full Hybrid, cu performanțe și emisii în concordanță cu acest tip de autovehicul.
Comparativ cu beneficiile unui Full Hybrid, Plug-In-ul reduce și mai mult emisiile și consumul, grație autonomiei ridicate în modul electric.
BEV – AUTOVEHICUL CU MOTOR ELECTRIC
Autovehiculul 100% electric garantează zero emisii de gaze cu efect de seră sau poluanți pe tot parcursul operării sale. Când reîncărcarea se face din surse de energie regenerabile, împreună cu autovehiculele FCEV, devin cea mai eficientă soluție din punct de vedere ecologic.
Industria auto și-a intensificat eforturile de cercetare și de dezvoltare, însă în continuare răspândirea autovehiculelor full electrice este limitată de:
- Capacitatea bateriilor, care, din cauza restricțiilor de dimensiuni și greutate, nu sunt capabile încă să asigure o autonomie atât de mare precum asigură maşinile cu motorizări pur termice sau hibride.
- Lipsa unei infrastructuri adecvate și larg răspândite de stații de reîncărcare, care să aibă suficientă putere pentru a permite o reîncărcare rapidă.
- Costurile sunt în continuare foarte mari, mai ales cele ale bateriilor.
FCEV – AUTOVEHICUL CU HIDROGEN
Autovehiculul alimentat cu hidrogen este proiectat pe o platformă hibridă, unde rezervorul de combustibil și motorul cu combustie internă sunt înlocuite de un rezervor cu hidrogen și pile de combustie.
Aceasta este, așadar, o mașină electrică cu zero emisii poluante, care este alimentată cu hidrogen, cu un potențial foarte mare de a transporta energie (înmagazinată într-unul sau mai multe rezervoare situate sub cabină).
Hidrogenul reacționează chimic cu oxigenul în pilele de combustie pentru a produce electricitatea care alimentează motorul electric ce propulsează mașina. În urma acestui proces chimic rezultă, de asemenea, apă, care este eliminată printr-o „țeavă de eșapament”.
Din punct de vedere ecologic FCEV este o soluție ideală, alături desigur de BEV, autovehicul echipat doar cu motor electric şi baterie.
Cmentariile sunt închise