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Dissecando o híbrido mais bem sucedido do Planeta, o Prius, encontram-se todas as razões para aprofundar o tema.
De facto, só tenho um texto da minha autoria e com fontes referidas. Trata-se, portanto, por palavras minhas tentar expor as características mais importantes e que orgulham a Toyota.
O sistema híbrido teve algumas aproximações no passado. Nas locomotivas diesel é o caso mais generalizado. Porém, nos automóveis, as caixas de velocidades chegavam para toda a transmissão necessária. Em 1993/94 o espírito inquieto dalguns directores da Toyota chegaram à conclusão que seria hora de reinventar o conceito automóvel. Quando apresentaram o resultado, espantou o mundo, e é inegável o contributo da nossa marca no futuro da sustentabilidade.
Como funciona o híbrido?
O sistema híbrido utilizado no Prius – HSD- permite, em praticamente todas as condições de funcionamento, a utilização separada ou simultânea da fonte motriz térmica e eléctrica. Com isto atinge-se a eficiência mais elevada possível:
1 - O motor de combustão térmica a gasolina (Atkinson com compressão 13:1 a partir de 4 tempos Otto) funciona sempre no seu regime de carga/rotação óptimo, permitindo uns belos 225g/kwh. Este rendimento pode ombrear com um turbodiesel actual.
2 – O motor eléctrico (que são na realidade 2, mas que adiante se verá porquê no HSD) tem um elevadíssimo rendimento, e funciona como gerador nas situações de captura/regeneração
Porém, a condição de carga óptima do motor térmico obriga a alguns detalhes. Entre os quais, calar o motor quando não é essencial ao movimento, ou até “forçar” a potência debitada, com a evacuação de energia para a bateria quando em cargas menos francas.
Este facto faz com que em qualquer levantar do pé do acelerador o motor de combustão interna (doravante designado por MCI) se cale. O motor eléctrico (adiante MG – acrónimo de motor-gerador) actua então como travão-motor, imitando o mesmo comportamento de desacelaração ao pedido do condutor, enviando carga à bateria. Nas travagens, aumenta o poder de desaceleração, contribuindo para a travagem efectiva do veículo, até ao máximo de 11kw – convém acrescentar que estas travagens têm sempre uma componente hidráulica (travões convencionais) quer para apoio instantâneo em caso de actuação do ABS, nos picos de travagem, e quando a velocidade é inferior a 6km/h.
Portanto, quebrando o mito de “onde carregar a bateria?” ainda tão disseminado, é evidente que acontece que a energia só é encaminhada para lá nos excessos do sistema: desaceleração por levantar o pé, travagem regenerada e optimização do funcionamento do MCI por acerto de carga na zona de maior eficiência.
A energia eléctrica é também usada nos periféricos, incluindo o ar condicionado, permitindo no trânsito, com o MCI parado, o seu funcionamento autónomo.
Mas onde reside um belo resultado é na actuação simultânea do MG + MCI, soma um resultado do MCI à carga máxima com a capacidade da bateria via MG. Neste conjunto o Prius II tinha 110cv combinados, e o Prius III 136cv (geridos pelos 99cv MCI + 80cv MG limitados pela capacidade de descarga da bateria). Esta vantagem é bem consistente, sendo equivalente ou superior a alguns “overboost” no mercado. O 1.8 do Prius III, devido à maior capacidade unitária face às gerações anteriores do Prius 1.5, é contra a corrente generalizada de redução de cilindrada, bem como permite o desempenho em AE com menores rotações, mantendo uma boa eficiência.
Como conduzir e tirar superior proveito dos modos à disposição?
Regra quase geral: o condutor só com o acelerador pode determinar a acção dos motores. Em baixa carga é natural que o MG faça tudo. Carregando mais forte, entra em acção o MCI. A fundo, entram os dois. É tudo automático e mas inerente à vontade do condutor.
1. A gestão de energia a bordo pode ser ainda beneficiada por diversos comportamentos com impacto significativo nos consumos (alguns são exclusivos dos híbridos!):
2. Limitando quando possível travagens desnecessárias - qualquer travagem, mesmo com regeneração, incorre em perdas
3. Evitar acelerações fortes, que obriguem o MCI a operar num regime de rpm acima da zona óptima
Antevisão do plano de inclinação da estrada – ao chegar a uma zona que se sabe vai iniciar descida, umas centenas de metros antes da chegada ao topo pode ser forçada a descarga da bateria (usando modo eléctrico somente, i.e. com MCI parado e consumo zero), e dar espaço à regeneração que irá inevitavelmente ocorrer na descida subsequente.
Funcionamento do Hybrid Sinergy Drive
O sistema HSD é o sistema híbrido da Toyota (e Lexus), bem como de algumas marcas que licenciaram o seu uso nos seus modelos híbridos - caso por exemplo de alguns modelos da Ford e da Nissan.
Ddiferencia-se de outros sistemas, como o sistema IMA da Honda por exemplo, por ser um sistema híbrido série/paralelo, a Toyota chama-lhe um sistema "puro híbrido", conhecido tecnicamente como Full-Hybrid.
As duas forças motoras principais em vez de apenas uma dos veículos tradicionais, provém de 2 motores-geradores (MG1 e MG2) e do motor de combustão MCI.
Os principais componentes do sistema HSD, no caso do Prius 3G são:
- MCI. No caso do 3G é um motor de 1800cc de ciclo Atkinson;
- MG1. Este motor-gerador é o coração da transmissão híbrida, controlando o grau de desmultiplicação de binário do MCI junto do MG2, carrega a bateria por acção do MCI quando necessário, e faz de motor de arranque para iniciar a marcha do MCI;
- MG2. Este motor-gerador é responsável pela força principal de locomoção do Prius, estando ligado às rodas de tracção do veículo através de redutoras, recarrega também a bateria por regeneração na travagem, e produz energia para alimentar o MG1 em cruzeiro;
- Bateria HV. A bateria de tracção armazena toda a energia produzida pelos MGs, que normalmente seria desperdiçada num veículo tradicional não híbrido, disponibilizando-a de volta aos MGs quando estes dela necessitam para locomover o veículo;
- Inversor. O inversor é a central de redireccionamento da energia eléctrica entre os diversos componentes. É o inversor que faz de "agulheiro" obedecendo aos comandos da centralina híbrida principal que solicita o reencaminhamento de energia entre os diversos componentes. Também é o inversor que converte a corrente contínua da bateria em corrente alterna trifásica que os MGs utilizam, bem como rectifica a corrente gerada ou regenerada pelos MGs em corrente contínua para poder ser armazenada pela bateria HV;
- PSD. O Power Split Device (unidade divisora de potência) é o coração do sistema HSD. É o componente mecânico para onde as forças dos 3 motores convergem. É no PSD que todas as forças se conjugam para fazer locomover o veículo da forma mais eficiente possível, através da sua actuação de forma independente mas coordenada;
- SRU. A Speed Reduction Unit (unidade planetária de redução de velocidade) é um componente destina-se a reduzir a rotação do MCI (relação fixa com o PSD).
Porém, é no PSD reside o verdadeiro Ovo de Colombo do híbrido da Toyota. Esta unidade divisora da potência funciona com o MG1 a fazer de variador de relação, pelo efeito epicicloidal, tanto para um sentido como para o outro. O MCI pode estar parado com o veículo em movimento, bastando para tal o MG1 rodar para trás.
É um sistema de funcionamento não muito intuitivo, mas que pode ser compreendido com o recurso a um gráfico de 3 entradas. O ICE é o MCI, e para cada rotação deste deverá passar um segmento de recta ligando a velocidade das rodas (MG2) obtendo a rotação do MG1 que o sistema deverá requerer. Este gráfico permite compreender também a rotação no sentido negativo do MG1 quando o MCI está parado e o veículo em funcionamento. A verde uma situação de 20mph (32km/h) e MCI parado, o MG1 roda a -3000rpm, a azul à mesma velocidade, com o MCI a 1700rpm o MG1 roda a +3000rpm. A linha vermelha é à mesma rotação do MCI (1700rpm) a uma velocidade de 52mph (82km/h), implicando -2000rpm do MG1.
(como não consegui o link, amanhã edito e coloco-o)
A actuação do PSD como caixa de variação contínua é particularmente suave, controlada electronicamente e de efeito linear. De facto, a Toyota caracteriza-a como E-CVT, e tem como particular impacto numa aceleração contínua, sem falhas, desde parado até à velocidade máxima, com fluxo de energia constante, carregando ou descarregando bateria, parando ou arrancando o MCI.
Vantagens:
Dispensa embraiagem, caixa de velocidades tradicional e motor de arranque
Total controlo e liberdade de movimentos autónomos do MCI e MG1/2.
Desvantagem única: um caminho eléctrico nos MG1 e MG2 que induz uma pequena perda, embora teoricamente equivalente às perdas numa transmissão convencional.
Fontes:
http://www.allhybridcars.com/how-hybrid-cars-work.html
http://www.allhybridcars.com/hybrid-car-technology.html
http://autospeed.com.au/cms/title_Br...6/article.html
http://www.techno-fandom.org/~hobbit/cars/sweet/
http://prius.ecrostech.com/
http://www.fueleconomy.gov/feg/tech/...ius1_5_01b.pdf
http://john1701a.com/
De facto, só tenho um texto da minha autoria e com fontes referidas. Trata-se, portanto, por palavras minhas tentar expor as características mais importantes e que orgulham a Toyota.
O sistema híbrido teve algumas aproximações no passado. Nas locomotivas diesel é o caso mais generalizado. Porém, nos automóveis, as caixas de velocidades chegavam para toda a transmissão necessária. Em 1993/94 o espírito inquieto dalguns directores da Toyota chegaram à conclusão que seria hora de reinventar o conceito automóvel. Quando apresentaram o resultado, espantou o mundo, e é inegável o contributo da nossa marca no futuro da sustentabilidade.
Como funciona o híbrido?
O sistema híbrido utilizado no Prius – HSD- permite, em praticamente todas as condições de funcionamento, a utilização separada ou simultânea da fonte motriz térmica e eléctrica. Com isto atinge-se a eficiência mais elevada possível:
1 - O motor de combustão térmica a gasolina (Atkinson com compressão 13:1 a partir de 4 tempos Otto) funciona sempre no seu regime de carga/rotação óptimo, permitindo uns belos 225g/kwh. Este rendimento pode ombrear com um turbodiesel actual.
2 – O motor eléctrico (que são na realidade 2, mas que adiante se verá porquê no HSD) tem um elevadíssimo rendimento, e funciona como gerador nas situações de captura/regeneração
Porém, a condição de carga óptima do motor térmico obriga a alguns detalhes. Entre os quais, calar o motor quando não é essencial ao movimento, ou até “forçar” a potência debitada, com a evacuação de energia para a bateria quando em cargas menos francas.
Este facto faz com que em qualquer levantar do pé do acelerador o motor de combustão interna (doravante designado por MCI) se cale. O motor eléctrico (adiante MG – acrónimo de motor-gerador) actua então como travão-motor, imitando o mesmo comportamento de desacelaração ao pedido do condutor, enviando carga à bateria. Nas travagens, aumenta o poder de desaceleração, contribuindo para a travagem efectiva do veículo, até ao máximo de 11kw – convém acrescentar que estas travagens têm sempre uma componente hidráulica (travões convencionais) quer para apoio instantâneo em caso de actuação do ABS, nos picos de travagem, e quando a velocidade é inferior a 6km/h.
Portanto, quebrando o mito de “onde carregar a bateria?” ainda tão disseminado, é evidente que acontece que a energia só é encaminhada para lá nos excessos do sistema: desaceleração por levantar o pé, travagem regenerada e optimização do funcionamento do MCI por acerto de carga na zona de maior eficiência.
A energia eléctrica é também usada nos periféricos, incluindo o ar condicionado, permitindo no trânsito, com o MCI parado, o seu funcionamento autónomo.
Mas onde reside um belo resultado é na actuação simultânea do MG + MCI, soma um resultado do MCI à carga máxima com a capacidade da bateria via MG. Neste conjunto o Prius II tinha 110cv combinados, e o Prius III 136cv (geridos pelos 99cv MCI + 80cv MG limitados pela capacidade de descarga da bateria). Esta vantagem é bem consistente, sendo equivalente ou superior a alguns “overboost” no mercado. O 1.8 do Prius III, devido à maior capacidade unitária face às gerações anteriores do Prius 1.5, é contra a corrente generalizada de redução de cilindrada, bem como permite o desempenho em AE com menores rotações, mantendo uma boa eficiência.
Como conduzir e tirar superior proveito dos modos à disposição?
Regra quase geral: o condutor só com o acelerador pode determinar a acção dos motores. Em baixa carga é natural que o MG faça tudo. Carregando mais forte, entra em acção o MCI. A fundo, entram os dois. É tudo automático e mas inerente à vontade do condutor.
1. A gestão de energia a bordo pode ser ainda beneficiada por diversos comportamentos com impacto significativo nos consumos (alguns são exclusivos dos híbridos!):
2. Limitando quando possível travagens desnecessárias - qualquer travagem, mesmo com regeneração, incorre em perdas
3. Evitar acelerações fortes, que obriguem o MCI a operar num regime de rpm acima da zona óptima
Antevisão do plano de inclinação da estrada – ao chegar a uma zona que se sabe vai iniciar descida, umas centenas de metros antes da chegada ao topo pode ser forçada a descarga da bateria (usando modo eléctrico somente, i.e. com MCI parado e consumo zero), e dar espaço à regeneração que irá inevitavelmente ocorrer na descida subsequente.
Funcionamento do Hybrid Sinergy Drive
O sistema HSD é o sistema híbrido da Toyota (e Lexus), bem como de algumas marcas que licenciaram o seu uso nos seus modelos híbridos - caso por exemplo de alguns modelos da Ford e da Nissan.
Ddiferencia-se de outros sistemas, como o sistema IMA da Honda por exemplo, por ser um sistema híbrido série/paralelo, a Toyota chama-lhe um sistema "puro híbrido", conhecido tecnicamente como Full-Hybrid.
As duas forças motoras principais em vez de apenas uma dos veículos tradicionais, provém de 2 motores-geradores (MG1 e MG2) e do motor de combustão MCI.
Os principais componentes do sistema HSD, no caso do Prius 3G são:
- MCI. No caso do 3G é um motor de 1800cc de ciclo Atkinson;
- MG1. Este motor-gerador é o coração da transmissão híbrida, controlando o grau de desmultiplicação de binário do MCI junto do MG2, carrega a bateria por acção do MCI quando necessário, e faz de motor de arranque para iniciar a marcha do MCI;
- MG2. Este motor-gerador é responsável pela força principal de locomoção do Prius, estando ligado às rodas de tracção do veículo através de redutoras, recarrega também a bateria por regeneração na travagem, e produz energia para alimentar o MG1 em cruzeiro;
- Bateria HV. A bateria de tracção armazena toda a energia produzida pelos MGs, que normalmente seria desperdiçada num veículo tradicional não híbrido, disponibilizando-a de volta aos MGs quando estes dela necessitam para locomover o veículo;
- Inversor. O inversor é a central de redireccionamento da energia eléctrica entre os diversos componentes. É o inversor que faz de "agulheiro" obedecendo aos comandos da centralina híbrida principal que solicita o reencaminhamento de energia entre os diversos componentes. Também é o inversor que converte a corrente contínua da bateria em corrente alterna trifásica que os MGs utilizam, bem como rectifica a corrente gerada ou regenerada pelos MGs em corrente contínua para poder ser armazenada pela bateria HV;
- PSD. O Power Split Device (unidade divisora de potência) é o coração do sistema HSD. É o componente mecânico para onde as forças dos 3 motores convergem. É no PSD que todas as forças se conjugam para fazer locomover o veículo da forma mais eficiente possível, através da sua actuação de forma independente mas coordenada;
- SRU. A Speed Reduction Unit (unidade planetária de redução de velocidade) é um componente destina-se a reduzir a rotação do MCI (relação fixa com o PSD).
Porém, é no PSD reside o verdadeiro Ovo de Colombo do híbrido da Toyota. Esta unidade divisora da potência funciona com o MG1 a fazer de variador de relação, pelo efeito epicicloidal, tanto para um sentido como para o outro. O MCI pode estar parado com o veículo em movimento, bastando para tal o MG1 rodar para trás.
É um sistema de funcionamento não muito intuitivo, mas que pode ser compreendido com o recurso a um gráfico de 3 entradas. O ICE é o MCI, e para cada rotação deste deverá passar um segmento de recta ligando a velocidade das rodas (MG2) obtendo a rotação do MG1 que o sistema deverá requerer. Este gráfico permite compreender também a rotação no sentido negativo do MG1 quando o MCI está parado e o veículo em funcionamento. A verde uma situação de 20mph (32km/h) e MCI parado, o MG1 roda a -3000rpm, a azul à mesma velocidade, com o MCI a 1700rpm o MG1 roda a +3000rpm. A linha vermelha é à mesma rotação do MCI (1700rpm) a uma velocidade de 52mph (82km/h), implicando -2000rpm do MG1.
(como não consegui o link, amanhã edito e coloco-o)
A actuação do PSD como caixa de variação contínua é particularmente suave, controlada electronicamente e de efeito linear. De facto, a Toyota caracteriza-a como E-CVT, e tem como particular impacto numa aceleração contínua, sem falhas, desde parado até à velocidade máxima, com fluxo de energia constante, carregando ou descarregando bateria, parando ou arrancando o MCI.
Vantagens:
Dispensa embraiagem, caixa de velocidades tradicional e motor de arranque
Total controlo e liberdade de movimentos autónomos do MCI e MG1/2.
Desvantagem única: um caminho eléctrico nos MG1 e MG2 que induz uma pequena perda, embora teoricamente equivalente às perdas numa transmissão convencional.
Fontes:
http://www.allhybridcars.com/how-hybrid-cars-work.html
http://www.allhybridcars.com/hybrid-car-technology.html
http://autospeed.com.au/cms/title_Br...6/article.html
http://www.techno-fandom.org/~hobbit/cars/sweet/
http://prius.ecrostech.com/
http://www.fueleconomy.gov/feg/tech/...ius1_5_01b.pdf
http://john1701a.com/
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