NAPĘDY HYBRYDOWE W MOTORYZACJI Opracował na podstawie materiałów TMC Mgr inż. Stanisław Kucharski

Historia 1899 – pierwszy samochód z napędem hybrydowym - F. Porsche. Silnik spalinowy napędzał generator, który zasilał silniki elektryczne umieszczone w bębnach przednich kół.

Historia 1997 - wprowadzenie do sprzedaży pierwszych seryjnie produkowanych samochodów z napędem hybrydowym Toyota Prius.

Historia 2004 - pierwszy Lexus z napędem hybrydowym

Rodzaje napędów hybrydowych Równoległy hybrydowy układ napędowy Silnik Akumu. Przet. Skrzynia biegów Silnik elektryczny / prądnica Silnik elektryczny Sprzęgło/skrzynia biegów Silnik spalinowy Koła samochodu

Rodzaje napędów hybrydowych Szeregowy hybrydowy układ napędowy Silnik Prądnica Akum. Przet. Silnik elektryczny Silnik spalinowy Silnik elektryczny Koła samochodu Prądnica

Rodzaje napędów hybrydowych Hybrydowy układ napędowy Toyoty (szeregowy/równoległy/szeregowo-równoległy) Silnik spalinowy Silnik elektryczny Prądnica Koła samochodu Silnik spalinowy Silnik elektryczny Prądnica

Prius

Hybrydowy układ Toyoty - Prius Napędy hybrydowe Hybrydowy układ Toyoty - Prius Zespół akumulatorów HV Prądnica Przetwornik napięcia Silnik spalinowy Przekładnia planetarna Silnik elektryczny

Basic components Motor MG 2 (Wheel Drive Motor / Generator) THS II Basic components MG 2 (Wheel Drive Motor / Generator) Drives vehicle Performs regenerative braking Max. Output: 50 kW Max. Torque: 400 Nm ! (wide maximum torque distribution range) Motor When the vehicle is started-off and during acceleration the electric motor drives the vehicle to achieve excellent dynamic performance. During deceleration, the electric motor converts the vehicle’s kinetic energy into electrical energy, which is then stored in the HV battery (regenerative braking). The new high-output electric motor developed exclusively by Toyota produces a high level of power (50 kW ) with the world’s highest level of output to weight/volume. With 400 Nm of torque, the new electric motor delivers torque to compete with V6 diesel power plants. The wide maximum torque distribution range (0 – 1200 rpm) allows the vehicle to run till a relatively high speed on only electric power. Additional info: The ultra-efficient electric motor is now more powerful than most 1.0- to 1.2-litre internal combustion engines in the market (50kW (68hp) / 1,040-5,600rpm) and features an amount of torque which is enough to surpass the values produced by V6 diesels (400Nm / 0-1,200rpm). Reference: Max. output 1,0 l Yaris engine : 48 kW / 6000 rpm Max. torque 2,0 l Avensis Common-rail diesel engine: 280 Nm / 2000 – 2200 rpm

RX400h

Układ napędowy – RX400h Podstawowe elementy THS-II MG1 MGR Planetarny zespół rozdzielający Silnik HV Zespół akumulatorów Przetwornik Planetarny zespół redukujący prędkość MG2

Dane MG2 MG2 Typ Synchroniczny, wzbudzenie od magnesów trwałych Funkcja Napęd przednich kół, Generator Napięcie V Mak. AC 650 Mak. Moc kW / rpm 123 / 4,500 Mak. Moment N·m / rpm 335 / 0 ~ 1,500 Mak. obroty 12,400 Układ chłodzenia Wodny Alternating current permanent magnet synchronous type motor

GS450h

Układ napędowy – GS450h Przetwornik HV Zespół akumulatorów Silnik MG1 MG2 HV Zespół akumulatorów Silnik Planetarny zespół rozdzielający 2 biegowa skrzynia redukująca

LS600h

Układ napędowy – GS600h Przetwornik HV Zespół akumulatorów Silnik MG1 MG2 HV Zespół akumulatorów Silnik Planetarny zespół rozdzielający 2 biegowa skrzynia redukująca

Wirnik z magnesami trwałymi MG (Silnik/Prądnica) *: Moment jest podnoszony 3.90 razy przy niskim przełożeniu i 1.90 razy przy wysokim przełożeniu. Dane MG1 i MG2 LS600hL / LS600h GS450h MG1 Typ Wirnik z magnesami trwałymi  Napięcie znamionowe AC 650 V MG2 Type Max. Output [kW (HP] 165 kW (221 HP) 147 kW (197 HP) Max. Torque 300 Nm (221 ftlbf) 275 Nm Układ chłodzenia Chłodzenie cieczą MG (Silnik prądnica) MG1 MG2 Cooling performance of the hybrid transmission is increased by adoption of the ATF cooler. As a result, Max. output and torque of the MG2 are increased. [MG2] Max. Output: 165 kW (221 HP) @ 6,400 to 10,752 rpm Max. Torque: 300 N·m (221 ft·lbf) @ 0 to 4,352 rpm

L110F HYBRID TRANSMISSION 2-stage Motor Speed Reduction Device Realize high speed and high torque by compact MG2 NOTE: These are fundamental charts. Torque NORMAL DRIVING EXAMPLE Range of Lo Gear Drive (for high torque) Hi Gear Position Range of Hi Gear Drive (for high speed) Lo By the adoption of 2-stage motor speed reduction device, high speed and high torque driving with compact MG2 is realized. For -A 73.0 (45.3) 42.3 (26.3) 85.2 (52.9) 49.3 (30.6) For -W Vehicle Speed [km (mph)] Vehicle Speed

Przetwornik napięcia Schemat układu Moduł akumulatorów HV Przetwornik HV ECU Moduł akumulatorów HV Przetwornik Battery Modules MG ECU SMR Boost Converter (DC 288 V  DC 650 V [max.]) Przetwornik (DC  AC) DC/DC Przetwornik [Akumulator pomocniczy] (DC288V  DC 12 V) dla MG1 dlaMG2 MG1 MG2 Akumulator pomocniczy Sprężarka klimatryzacji Zespół hybrydowy

Przetwornik Schemat układu Przetwornik Wzmacniacz (DC) Przetwornik (AC) IGBT IGBT IPM IPM Reactor MG1 Zespół akumulatorów (DC) IPM: Intelligent Power Module IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor MG2

LS600h

Steering Motor (brushless type) concentric with rack shaft, Chassis Steering Motor (brushless type) concentric with rack shaft, consists of rotation angle sensor, stator and rotor Coil Rotation Angle Sensor Stator Motor The motor is high power output, brushless type motor that is driven by a voltage of 42V. DC-DC converter converts the voltage of the HV battery from 288V to 42V and supplies this power source to the motor via the EPS ECU. Magnet Rack Shaft Rotor

STEERING System Diagram AC 33 – 46 V DC 33 – 46 V DC 12 V DC 288 V Steering Gear Unit Rotation Angle Sensor EPS Motor Torque Sensor System Diagram Lock Solenoid VGRS Actuator Motor AC 33 – 46 V Rotation Angle Sensor Steering Control ECU Power Steering ECU Parking Assist ECU DC 33 – 46 V DLC3 DC/DC Converter [EPS /Active Stabilizer Suspension] HV ECU Combination Meter DC 12 V DC 288 V EPS System Power steering ECU, steering control ECU, steering angle sensor, skid control ECU, speed sensors, parking assist ECU (model with intelligent parking assist system), HV ECU and combination meter (PS warning light, multi-information display, master warning light and buzzer) VGRS System Steering control ECU, power steering ECU, suspension control ECU, yaw rate and deceleration sensor, skid control ECU, speed sensors, steering angle sensor, driving support ECU (model with pore-collision system) and combination meter (multi-information display, master warning light and buzzer) Auxiliary Battery HV Battery Skid Control ECU Suspension Control ECU Speed Sensors Steering Angle Sensor Yaw Rate Sensor Driving Support ECU Deceleration Sensor

System aktywnej stabilizacji zawieszenia To decrease rolling angle during cornering Active stabilizer suspension system is equipped for all models except VIP??? Package model as STD. This system controls an amount of roll. AVS (Adoptive Variable Suspension System) controls a speed of roll : Stabilizer bar effect : Active stabilizer suspension system effect

ACTIVE STABILIZER SUSPENSION SYSTEM Active Stabilizer Actuator DC brushless motor and reduction gear twist stabilizer bar on both sides NOTE: Active stabilizer actuator is non-disassemble parts Stator Coil Rotor Gear Reduction Mechanism (Strain Wave Gearing Mechanism) Front Stabilizer Bar (LH) Front The motor is high power output, brushless type motor that is driven by a voltage of 46 V. Front Stabilizer Bar (RH) Brushless Motor Motor Rotation Sensor (3 Hall ICs)

ACTIVE STABILIZER SUSPENSION SYSTEM Active Stabilizer Actuator Reduction mechanism Both stabilizer bar shifts 2 teeth per wave generation 1 rotation Front Stabilizer Bar (RH) 402 teeth 400 teeth Front Stabilizer Bar (LH) Reduction mechanism is the same as the mechanism for VGRS on LS460L/LS460. Rotor Gear Wave Generator Flexible Gear Circular Gear Gear Ratio : 1/200

REFERENCE (ACTIVE STABILIZER SUSPENSION SYSTEM) Reduction Mechanism Construction Stator Gear Flexible Gear Wave Generator Ball Bearing is between flexible gear and wave generator Meshing Flexible gear is oval shaped by wave generator NOTE: Indicate this is the reduction mechanism as VGRS system for GS430 example View from stator gear side (Steering wheel side) Not meshing

REFERENCE (ACTIVE STABILIZER SUSPENSION SYSTEM) Reduction Mechanism Operation of strain wave gearing Motor Shaft Flexible Gear (100 teeth) Wave Generator Ball Bearing (Between flexible gear and wave generator) Stator Gear (102 teeth)

REFERENCE (ACTIVE STABILIZER SUSPENSION SYSTEM) Reduction Mechanism Operation of strain wave gearing [Operation of strain wave gearing] 1. Flexible gear is flexed into an oval shape by wave generator 2. Flexible gear teeth meshes with stator gear teeth and driven gear 3. During wave generator rotation, the meshed area of the flexible gear and stator gear / driven gear moves in sequence 4. After the wave generator makes one turn, the flexible gear is shifted by 2 teeth because the flexible gear has 2 fewer teeth than the stator gear 5. The driven gear and flexible gear have the same number of teeth, so their rotational movements are identical 6. The flexible gear is shifted by 2 teeth = The driven gear shifted by 2 teeth (= Actuator output) Stator gear fixed View from stator gear side (Steering wheel side)

Wyposażenie Equipment Items for Exterior Object Recognition Camera for Pre-crash Safety System for Dynamic Radar Cruise Control System (Full-speed Following Function) Equipment Items for Exterior Enhanced Safety and Comfort Systems Pre-crash Safety System Dynamic Radar Cruise Control System World First LED Headlight (Lo-beam) Object Recognition Camera - Object recognition camera has a detection range wider than a milliwave radar sensor. Therefore, it will become possible to detect the interruption vehicle early.

Wyposażenie Equipment Items for Exterior Power Trunk Lid Parking Assist / Monitoring Intelligent Parking Assist Rear View Monitor LEXUS Parking Assist-sensor Intelligent Parking Assist To assist the driver in parking the vehicle by monitoring the rear view, and controlling the steering wheel automatically to target parking position. Rear Pre-crash Safety System LED Type Tail and Stoplight

Wyposażenie Equipment Items for Safety [Rear Pre-crash Safety System] Enhanced Pre-collision Safety System [Pre-crash Safety System (Front)] Obstacle Detection Cooperative Control Pre-crash Intelligent Headrest [VGRS / Air Suspension Control] [Object Recognition Camera / Millimeter Wave Radar Sensor] Brake Operation [Operation / Assist Standby] Driver Monitor Camera

Napęd hybrydowy - Toyota Highlander Hybrid 50 231 samochodów (od 2005 roku) Camry Hybrid 25 959 samochodów (w 2006 roku) Prius 605 600 samochodów (od 1997 roku, w 2005 roku 175 157 samochodów)

Napęd hybrydowy - Lexus RX400h 63 710 samochodów (od 2005 roku) GS450h 5 330 samochodów (w 2006 roku)

Napęd hybrydowy – pozostali producenci Honda INSIGHT Honda ACCORD Honda CIVIC

Napęd hybrydowy – pozostali producenci Saab - BioPower Hybrid (model studyjny)

Napęd hybrydowy – pozostali producenci BMW X3 Efficient Dynamic (od 2010 roku)

Napęd hybrydowy – pozostali producenci Audi Q7 hybrid (od 2008 roku na rynek US)

Napęd hybrydowy – pozostali producenci Mercedes F500 MIND S-Class (pojazd studyjny)                                                                                                                                                 

Napęd hybrydowy – pozostali producenci Hybrydowy Ford Escape (tylko na rynek US) Sprzedaż - 12 927 samochodów w 2006 roku

Napęd hybrydowy – pozostali producenci Volvo Truck FM z napędem hybrydowym (w fazie badań)

Napęd hybrydowy – pozostali producenci Solaris Urbino z napędem hybrydowym (premiera 2006)

Zużycie paliwa RX300 RX400h GS460 GS450h LS460 LS600h Wielkość emisji CO2 (w ruchu miejskim) [g/km] 383 215 388 265 Wielkość emisji w CO2 (w ruchu poza miejskim) 186 168 187 188 Zużycie paliwa (w ruchu miejskim) [l/100km] 9,1 16,3 16,5 11,3 Zużycie paliwa (w ruchu poza miejskim) [l/100km] 7,6 7,9 7,1 8,0