ประวัติเล็กน้อย - ไดรฟ์ไฮบริดของโตโยต้าพัฒนาอย่างไร?

เราใช้ C-HR ในห้องข่าวมาระยะหนึ่งแล้ว ทุกวันเราชื่นชมประโยชน์ของไดรฟ์แบบไฮบริดในเมือง แต่ในขณะที่เราสงสัยว่า Hybrid Synergy Drive ไปไกลแค่ไหนก่อนที่จะมาถึงรุ่นล่าสุด? หากคุณสนใจอ่านต่อ

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าประวัติของไดรฟ์ไฮบริดมาไกลแค่ไหนแล้ว? ตรงกันข้ามกับรูปลักษณ์ การประดิษฐ์ประเภทนี้ไม่ใช่โดเมนของทศวรรษที่ผ่านมาหรือประมาณนั้น สิทธิบัตรแรกสำหรับระบบขับเคลื่อนที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในและมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นของ William H. Patton และปรากฏว่า ... ก่อน 128 ปีที่แล้ว! สิทธิบัตรนี้พัฒนา Patton Motor Car ซึ่งเป็นระบบส่งกำลังไฮบริดที่ใช้สำหรับขับเคลื่อนรถรางและหัวรถจักรขนาดเล็ก ในปี พ.ศ. 1889 มีการสร้างรถต้นแบบขึ้น และแปดปีต่อมาได้มีการขายหัวรถจักรรุ่นต่อเนื่องให้กับบริษัทรถไฟ

หนึ่งปีก่อนหน้านั้น Phaeton ออกสู่ท้องถนนก่อนการผลิตรถเคเบิลของ Patton ไม่ ไม่ใช่ Volkswagen-Bentley คันนี้ อาร์มสตรอง ฟีตัน. อาจเป็นรถยนต์ไฮบริดคันแรกหรือค่อนข้างเป็นวีลแชร์ในประวัติศาสตร์ บนเครื่องมีเครื่องยนต์สันดาปภายในขนาด 6,5 ลิตร 2 สูบ เช่นเดียวกับมอเตอร์ไฟฟ้า มู่เล่ยังทำหน้าที่เป็นไดนาโมที่ชาร์จแบตเตอรี่ Armstrong Phaeton ฟื้นพลังงานจากการเบรกแล้ว แต่ในวิธีที่ต่างไปจากรถไฮบริดในปัจจุบันเล็กน้อย มอเตอร์ไฟฟ้าถูกใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับหลอดไฟและสตาร์ทเครื่องยนต์สันดาปภายใน และอาจจะไม่น่าแปลกใจหากไม่ใช่เพราะว่ามันแซงหน้าสตาร์ทเตอร์อัตโนมัติของคาดิลแลคไปได้ถึง 16 ปี

สนใจ? แล้วเกียร์กึ่งอัตโนมัติ 3 สปีดล่ะ? ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเกียร์ด้วยมือทั้งหมด นานก่อนที่ระบบซิงโครไนซ์จะถูกประดิษฐ์ขึ้นและเทคนิคคลัตช์คู่ถูกลืมไป มอเตอร์ไฟฟ้าจะสั่งงานคลัตช์โดยอัตโนมัติเมื่อเปลี่ยนเกียร์ อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ Armstrong Phaeton นั้น… ทรงพลังเกินไป เขาทำให้ล้อไม้เสียหายอย่างต่อเนื่อง ซึ่งต่อมาถูกกำจัดโดยการเพิ่มกำลังเสริมให้กับล้อ

เฟอร์ดินานด์ปอร์เช่ยังมีบุญในประวัติศาสตร์ของรถยนต์ Lohner-Porsche Mixte Hybrid เป็นรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าในรุ่นต่อๆ มา หนึ่งคันสำหรับล้อแต่ละล้อ มอเตอร์เหล่านี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และแรงบิดของเครื่องยนต์สันดาปภายใน รถยนต์คันนี้สามารถบรรทุกคนได้มากถึงสี่คนและเคลื่อนที่โดยใช้พลังงานไฟฟ้าหรือใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในเท่านั้น

ฟังดูดี? ไม่สมบูรณ์. แบตเตอรี่ Mixte ประกอบด้วยเซลล์ 44 โวลต์ 80 เซลล์และหนัก 1,8 ตัน ข้อต่อไม่แข็งแรงมากนักจึงปิดในกรณีที่เหมาะสมและแขวนไว้กับสปริง อย่างไรก็ตาม นี่คือตัวแบตเตอรี่เอง และขอเพิ่มมอเตอร์ไฟฟ้าเข้าไปอีกมาก การประดิษฐ์ของ Lohner และ Porsche มีน้ำหนักมากกว่า 4 ตัน แม้ว่าจากมุมมองของวันนี้จะดูเหมือนเป็นความผิดพลาดโดยสมบูรณ์ แต่ Mixte ก็ทำให้วิศวกรหลายคนคิด ตัวอย่างเช่น จากโบอิ้งและนาซ่าที่ศึกษาเครื่องมือนี้อย่างระมัดระวัง ด้วยเอฟเฟกต์เนื่องจาก LRV ที่ภารกิจ Apollo 15, 16 และ 17 ใช้ในการเดินทางรอบดวงจันทร์มีวิธีแก้ปัญหามากมายที่นำมาจากไฮบริด Lohner-Porsche Mixte

ประวัติของลูกผสมนั้นค่อนข้างยาว เรามาเริ่มกันที่ปัจจุบันกันตั้งแต่ต้นเลย ไฮบริดที่เรารู้จักนั้นได้รับความนิยมในช่วงปลายยุค 90 เมื่อ Toyota Prius เข้าสู่ตลาดญี่ปุ่นเท่านั้น ตอนนั้นเป็นครั้งแรก - ในปี 1997 มีการใช้ชื่อ "ระบบไฮบริดของโตโยต้า" ซึ่งต่อมาได้กลายเป็น "ไดรฟ์ไฮบริดซินเนอร์จี้" แต่ละรุ่นมีลักษณะอย่างไร?

Toyota Prius คันแรก - ระบบไฮบริดของ Toyota

เรารู้แล้วว่าแนวคิดของรถยนต์ไฮบริดไม่ใช่เรื่องใหม่ อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ต้องใช้เวลามากกว่า 100 ปีจึงจะได้รับความนิยมอย่างแท้จริง Toyota Prius กลายเป็นรถยนต์ไฮบริดรุ่นแรกที่มีการผลิตจำนวนมาก บางทีนั่นอาจเป็นเหตุผลว่าทำไมลูกผสมทั้งหมดจึงมีความเกี่ยวข้องกับ Prius อย่างชัดเจน แต่มาดูวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคกัน

แม้ว่าการผลิต Prius จะเริ่มขึ้นในปี 1997 แต่การขายส่วนนี้มีไว้สำหรับตลาดญี่ปุ่นเท่านั้น การส่งออกไปยังตลาดอื่น ๆ โดยเฉพาะสหรัฐอเมริกา เริ่มในปี 2000 เท่านั้น อย่างไรก็ตาม โมเดลการส่งออก NHW11 ได้รับการอัพเกรดเล็กน้อยจากรุ่นก่อน (NHW10)

ภายใต้ประทุนของไฮบริดญี่ปุ่นเป็นเครื่องยนต์ 1.5 VVT-i พร้อมวาล์วแปรผันซึ่งทำงานบนวงจร Atkinson สมมติฐานก็เหมือนกับตอนนี้มากหรือน้อย - เครื่องยนต์เบนซินได้รับการสนับสนุนโดยมอเตอร์ไฟฟ้าสองตัว - ตัวหนึ่งทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และอีกตัวขับเคลื่อนล้อ เฟืองดาวเคราะห์ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกียร์ CVT แบบแปรผันอย่างต่อเนื่องมีหน้าที่ในการกระจายการทำงานของเครื่องยนต์ที่ถูกต้อง

ไม่ใช่รถที่เร็วมากด้วยกำลัง 58 แรงม้า และ 102 นิวตันเมตรที่ 4000 รอบต่อนาที ดังนั้นอัตราเร่งจึงค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัวเช่นเดียวกับความเร็วสูงสุด 160 กม. / ชม. สิ่งที่ทำให้ฉันพอใจก็คือการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ต่ำ ซึ่งโดยเฉลี่ยแล้วอาจต่ำกว่า 5 ลิตร / 100 กม.

ในเวอร์ชัน NHW11 ส่วนประกอบส่วนใหญ่ได้รับการปรับปรุงเพื่อให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น กำลังของมอเตอร์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 3 กิโลวัตต์ และแรงบิด 45 นิวตันเมตร การสูญเสียทางกลลดลงและเสียงรบกวนลดลง ความเร็วสูงสุดของเครื่องยนต์ยังเพิ่มขึ้นอีก 500 รอบต่อนาที

อย่างไรก็ตาม Prius รุ่นแรกนั้นไม่ได้ไร้ข้อบกพร่อง มันไม่น่าเชื่อถือเท่ากับรุ่นปัจจุบัน มีปัญหาเกี่ยวกับแบตเตอรี่ที่ร้อนเกินไป และชิ้นส่วนไฟฟ้าบางอย่าง (เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า) มีเสียงดังเกินไป

Prius II หรือ Hybrid Synergy Drive

ในปี พ.ศ. 2003 พรีอุสอีกคันปรากฏตัวพร้อมกับเอ็นจิ้น THS รุ่นที่สอง ครั้งแรกเรียกว่า Hybrid Synergy Drive ก่อนที่เราจะลงจากรถ เราควรพูดถึงรูปทรงที่เป็นสัญลักษณ์เสียก่อน มันไม่ได้เกิดขึ้นตั้งแต่เริ่มต้นและมีชื่อเป็นของตัวเอง - "คัมบัก" ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ 30 โดยวิศวกรอากาศพลศาสตร์ Wunibald Kamm ตัวรถสูงคัตแบ็คคล่องตัวขึ้นไม่มีความปั่นป่วนหลังรถ

ในขณะที่ทำงานกับ Prius รุ่นที่สอง Toyota ได้จดทะเบียนสิทธิบัตรมากถึง 530 รายการ แม้ว่าแนวคิดดังกล่าวจะคล้ายกับไดรฟ์ THS แต่ใน HSD เท่านั้นที่ใช้ความสามารถของระบบดิสก์อย่างเหมาะสม ศักยภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องยนต์สันดาปภายในนั้นเท่าเทียมกัน ตรงกันข้ามกับแนวคิดก่อนหน้านี้ ซึ่งก็คือการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์สันดาปภายในเพื่อเพิ่มผลผลิต Prius ตัวที่สองเริ่มต้นและเร่งความเร็วบางส่วนด้วยความช่วยเหลือของมอเตอร์ไฟฟ้า กำลังของชิ้นส่วนไฟฟ้าของไดรฟ์เพิ่มขึ้น 50%

รุ่นนี้ยังเห็นการเปิดตัวของคอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศไฟฟ้าที่ไม่ต้องการเครื่องยนต์สันดาปภายในเพื่อทำให้ภายในเย็นหรือร้อนขึ้น มันยังคงเป็นอย่างนั้นมาจนถึงทุกวันนี้ Prius ยังได้รับแบตเตอรี่ NiMH ที่เบากว่าในปี 2003 จำนวนเซลล์ลดลงและความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ในรุ่นนี้ยังเปิดตัวโหมด EV เป็นครั้งแรก ซึ่งช่วยให้คุณขับด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเท่านั้น

Lexus ได้พัฒนารูปแบบต่างๆ ของระบบส่งกำลังของรุ่นนี้ ในปี 2005 เขาใช้มอเตอร์ไฟฟ้าอีกตัวหนึ่งกับเพลาล้อหลัง และสร้างระบบไฮบริดขับเคลื่อนสี่ล้อ เครื่องยนต์ตัวที่สามทำงานเป็นอิสระจากคำสั่งของเพลาหน้า แม้ว่าแน่นอนว่ามันถูกควบคุมโดยตัวควบคุมที่ควบคุมแรงบิดและส่วนต่างความเร็ว

Lexus GS 450h และ LS 600h รุ่นแรกแสดงให้เห็นว่า HSD สามารถทำงานร่วมกันกับเครื่องยนต์ทรงพลังและระบบขับเคลื่อนล้อหลังได้อย่างไร ระบบนี้ซับซ้อนยิ่งขึ้น - โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการส่ง กล่องเกียร์ดาวเคราะห์ Ravigneaux ที่มีสี่เพลา, คลัตช์สองตัวที่เปลี่ยนอัตราทดเกียร์ของเครื่องยนต์ที่สองเมื่อเทียบกับล้อ - มันไม่ชัดเจนที่จะลงรายละเอียด สิ่งนี้ควรอธิบายโดยวิศวกรเครื่องกล

ไฮบริด ซินเนอร์จี้ ไดรฟ์ III

เรามาถึงยุคสุดท้ายของไดรฟ์ไฮบริด นี่คือที่ที่เกิดการปฏิวัติอย่างแท้จริง เปลี่ยนอะไหล่ 90% เครื่องยนต์สันดาปภายในเพิ่มปริมาตรการทำงานเป็น 1.8 ลิตร แต่มอเตอร์ไฟฟ้าลดลง กำลังเพิ่มขึ้นเป็น 136 แรงม้า ในขณะที่การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงลดลง 9% ในรุ่นนี้ เราสามารถเลือกโหมดการขับขี่ได้ ทั้งแบบปกติ แบบประหยัด และแบบไดนามิก

HSD มีอัตราทดเกียร์คงที่ ดังนั้นเฟืองของดาวเคราะห์ที่คล้ายกับ CVT นั้นแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง วงแหวนรอบนอกของเฟืองคือมอเตอร์ MG2 เฟืองซันคือมอเตอร์ MG1 และ ICE เชื่อมต่อด้วย "ดาวเคราะห์" คนขับสามารถมีอิทธิพลต่อการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในและมอเตอร์ไฟฟ้าได้ แต่แป้นคันเร่งใช้เพื่อสื่อสารกับคอมพิวเตอร์เท่านั้น เราพูดว่าเราต้องการเร่งอย่างไร และคอมพิวเตอร์จะคำนวณว่าสภาพถนนเป็นอย่างไรและจะรวมการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากับเครื่องยนต์สันดาปภายในได้อย่างไร

โตโยต้า C-HR หรือ HSD IV

ไดรฟ์รุ่นที่สี่ปรากฏขึ้น ... ในรุ่นที่สี่ของ Prius อย่างไรก็ตาม เขาสามารถหยั่งรากในรุ่นอื่นๆ ได้แล้ว - ตัวอย่างเช่นใน C-HR Quartet พึ่งพา HSD III อย่างหนัก แต่บีบให้มากขึ้นด้วยการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยลง อย่างไรก็ตาม "มากกว่า" ไม่ได้หมายถึงกำลัง เนื่องจากได้ลดกำลังลงเหลือ 122 แรงม้า

ประการแรก คุณลักษณะการชาร์จของแบตเตอรี่ได้รับการปรับปรุง - ลูกผสมใหม่สามารถดูดซับพลังงานปริมาณมากได้ในเวลาอันสั้น อินเวอร์เตอร์มีระบบระบายความร้อนแยกต่างหากและใช้พื้นที่น้อยลง 30% เฟืองดาวเคราะห์ถูกแทนที่ด้วยเฟืองทรงกระบอก กล่องเกียร์ทั้งหมดได้รับการออกแบบใหม่เพื่อลดการสิ้นเปลืองลง 20%

ผลรวม

เราได้เห็นส่วนหนึ่งของการเดินทางของโตโยต้าสู่ยานยนต์ที่ผสมผสานประโยชน์ของมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ากับความอเนกประสงค์ของเครื่องยนต์สันดาปภายใน อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ตัวดิสก์เองที่เปลี่ยนแปลง แนวคิดของรถยนต์ไฮบริดก็เปลี่ยนไปเช่นกัน คันนี้เลิกเป็นพรีอุสไปนานแล้วและกำลังเข้าสู่รถยนต์ที่ดูธรรมดากว่าเล็กน้อย ลูกผสมค่อยๆกลายเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวัน เราเห็นพวกเขาทุกที่ในเมืองใหญ่ 

หนึ่งในนั้นคือ Toyota C-HR ซึ่งจะดึงดูดผู้ที่ต้องการเดินทางรอบเมืองด้วยรถครอสโอเวอร์ที่น่าสนใจ แต่ชื่นชมการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ต่ำและไม่มีเสียง นอกจากนี้ยังมีความตระหนักที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับความจำเป็นในการลดมลพิษ - และในขณะที่รถยนต์ไม่ได้เป็นต้นเหตุของความชั่วร้ายทั้งหมดที่นี่ พวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของมัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องดำเนินการบางอย่างเกี่ยวกับเรื่องนี้ โตโยต้าบันทึกการเติบโตอย่างมีนัยสำคัญในยอดขายรถยนต์ไฮบริดปีต่อปี ไม่ต้องขอบคุณ Prius - ต้องขอบคุณรถยนต์อย่าง Auris หรือ C-HR ที่ยังคงมีอยู่ในกระเป๋าเงิน ในบรรจุภัณฑ์ปกติ แต่ด้วยระบบขับเคลื่อนที่ได้รับการปรับปรุง มูลค่าเพิ่มซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเชื่อถือได้

เมื่อไหร่จะเป็นรุ่นต่อไป? เราไม่รู้ เราอาจจะรออีกสองสามปี อย่างไรก็ตาม ระบบส่งกำลังของ Toyota Hybrid รุ่นล่าสุดนั้นมีความซับซ้อนอย่างเหลือเชื่ออยู่แล้ว