القليل من التاريخ - كيف تطور محرك تويوتا الهجين؟

لقد قمنا بتشغيل C-HR في غرفة الأخبار لفترة من الوقت الآن. كل يوم نقدر فوائد القيادة الهجينة في المدينة ، ولكن لفترة من الوقت كنا نتساءل إلى أي مدى ذهب Hybrid Synergy Drive قبل أن يصل إلى أحدث طراز؟ إذا كنت مهتمًا أيضًا ، فتابع القراءة.

هل تساءلت يومًا عن المدى الذي وصل إليه تاريخ محركات الأقراص الهجينة؟ على عكس المظاهر ، فإن هذا النوع من الاختراع ليس مجالًا للعقود الماضية أو نحو ذلك. إن أول براءة اختراع لنظام قيادة يستخدم محرك احتراق داخلي ومحرك كهربائي تعود ملكيتها إلى William H. Patton ، وظهرت ... قبل 128 عامًا! طورت براءة الاختراع هذه سيارة باتون موتور ، وهي مجموعة توليد هجينة تم استخدامها لتشغيل عربات الترام والقاطرات الصغيرة. في عام 1889 ، تم إنشاء نموذج أولي ، وبعد ثماني سنوات تم بيع النسخة التسلسلية للقاطرة لشركة السكك الحديدية.

قبل عام ، انطلقت سيارة فايتون على الطرق قبل إنتاج التلفريك في باتون. لا ، ليس هذا فولكس فاجن بنتلي. ارمسترونج فايتون. ربما تكون أول سيارة هجينة ، أو بالأحرى كرسي متحرك ، في التاريخ. كان على متنها محرك احتراق داخلي بسعة 6,5 لتر 2 أسطوانة ، بالإضافة إلى محرك كهربائي. تعمل دولاب الموازنة أيضًا كدينامو يشحن البطارية. استعاد أرمسترونج فايتون بالفعل الطاقة من الكبح ، ولكن بطريقة مختلفة قليلاً عن السيارات الهجينة الحالية. تم استخدام المحرك الكهربائي لتشغيل المصابيح وتشغيل محرك الاحتراق الداخلي ، وربما لم يكن هذا مفاجئًا لولا حقيقة أنه تفوق على بداية كاديلاك الأوتوماتيكية بمقدار 16 عامًا.

يستفد؟ ماذا عن ناقل حركة نصف أوتوماتيكي بثلاث سرعات؟ لم يكن من الضروري تغيير التروس يدويًا بالكامل. قبل اختراع المزامنات بوقت طويل ونسيان تقنية القابض المزدوج ، قام محرك كهربائي بتشغيل القابض تلقائيًا عند تغيير التروس. ومع ذلك ، كان محرك Armstrong Phaeton ... قويًا جدًا. لقد دمر العجلات الخشبية باستمرار ، والتي تم التخلص منها لاحقًا بإضافة تعزيزات إلى العجلات.

كان لفرديناند بورش أيضًا مزاياه في تاريخ السيارات. كانت Lohner-Porsche Mixte Hybrid سيارة ، في الإصدارات الأحدث ، كانت تعمل بمحركات كهربائية ، واحدة لكل عجلة. كانت هذه المحركات تعمل بالبطاريات وعزم دوران محرك الاحتراق الداخلي. يمكن لهذه السيارة أن تحمل ما يصل إلى أربعة أشخاص وتتحرك فقط من خلال طاقة الكهرباء أو باستخدام محرك احتراق داخلي فقط.

يبدو عظيما؟ ليس تماما. تتكون بطاريات Mixte من 44 خلية بقوة 80 فولت وتزن 1,8 طن. لم تكن الروابط قوية جدًا ، لذلك تم إغلاقها في علبة مناسبة وتعليقها على الينابيع. ومع ذلك ، هذه هي البطارية نفسها ، ودعنا نضيف إليها الكثير من المحركات الكهربائية. وزن اختراع لونر وبورشه أكثر من 4 أطنان. على الرغم من أنه من وجهة نظر اليوم يبدو وكأنه خطأ كامل ، إلا أن Mixte جعل العديد من المهندسين يفكرون. على سبيل المثال ، أولئك من Boeing و NASA الذين درسوا هذا الجهاز بعناية شديدة. مع التأثيرات ، لأن LRV التي استخدمتها بعثات أبولو 15 و 16 و 17 للالتفاف حول القمر لديها العديد من الحلول المأخوذة من هجين Lohner-Porsche Mixte.

إن تاريخ السيارات الهجينة طويل جدًا ، لذا دعنا ننتقل مباشرة إلى الحاضر من البداية. أصبحت السيارات الهجينة كما نعرفها مشهورة فقط في أواخر التسعينيات عندما دخلت تويوتا بريوس السوق اليابانية. في ذلك الوقت ، ولأول مرة - في عام 90 - تم استخدام اسم "Toyota Hybrid System" ، والذي أصبح فيما بعد "Hybrid Synergy Drive". كيف بدت الأجيال الفردية؟

أول سيارة تويوتا بريوس - نظام تويوتا هايبرد

نحن نعلم بالفعل أن فكرة السيارة الهجينة ليست جديدة. ومع ذلك ، فقد استغرق الأمر أكثر من 100 عام حتى أصبح هذا المفهوم مشهورًا حقًا. أصبحت تويوتا بريوس أول سيارة هجينة منتجة بكميات كبيرة. ربما هذا هو السبب في أن جميع السيارات الهجينة مرتبطة بوضوح بسيارة بريوس. لكن دعونا نلقي نظرة على الحلول التقنية.

على الرغم من أن إنتاج Prius بدأ في عام 1997 ، كان هذا الجزء من المبيعات للسوق اليابانية فقط. الصادرات إلى الأسواق الأخرى ، ولا سيما الولايات المتحدة ، بدأت فقط في عام 2000. ومع ذلك ، فقد تمت ترقية نموذج التصدير NHW11 قليلاً عن سابقه (NHW10).

تحت غطاء المحرك الياباني الهجين ، كان هناك محرك 1.5 VVT-i مع توقيت صمام متغير ، يعمل على دورة أتكينسون. كانت الافتراضات هي نفسها إلى حد ما كما هي الآن - كان محرك البنزين مدعومًا بمحركين كهربائيين - أحدهما يعمل كمولد والآخر يقود العجلات. كان الترس الكوكبي ، الذي كان بمثابة ناقل حركة متغير باستمرار CVT ، مسؤولاً عن التوزيع الصحيح لعمل المحركات.

لم تكن سيارة سريعة للغاية ، بقوة 58 حصان. و 102 نيوتن متر عند 4000 دورة في الدقيقة. لذلك ، كان التسارع متواضعاً إلى حد ما ، حيث كانت السرعة القصوى 160 كم / ساعة. ما أسعدني هو انخفاض استهلاك الوقود ، والذي يمكن أن ينخفض ​​في المتوسط ​​إلى أقل من 5 لتر / 100 كم.

في إصدار NHW11 ، تم تحسين معظم المكونات لتقديم أداء أفضل. تمت زيادة قوة المحرك الكهربائي بمقدار 3 كيلوواط وعزم الدوران بمقدار 45 نيوتن متر. تم تقليل الخسائر الميكانيكية وتقليل الضوضاء. كما تمت زيادة السرعة القصوى للمحرك بمقدار 500 دورة في الدقيقة.

ومع ذلك ، لم تكن أول سيارة بريوس خالية من العيوب - لم تكن موثوقة مثل طرز اليوم ، وكانت هناك مشاكل مع ارتفاع درجة حرارة البطاريات ، وكانت بعض المكونات الكهربائية (مثل المحرك الكهربائي) صاخبة للغاية.

بريوس الثاني ، أو محرك التآزر الهجين

في عام 2003 ، ظهرت سيارة بريوس أخرى بمحرك من الجيل الثاني من طراز THS. كان يطلق عليه لأول مرة محرك التآزر الهجين. قبل أن ندخل في القيادة ، يجدر ذكر الشكل الأيقوني. لم تنشأ من الصفر بل لها اسمها الخاص - "كامباك". تم تطويره في الثلاثينيات من قبل مهندس الديناميكا الهوائية Wunibald Kamm. الجسم ذو الجزء الخلفي المرتفع أكثر انسيابية ، ولا يوجد اضطراب خلف السيارة.

أثناء العمل على الجيل الثاني من بريوس ، سجلت تويوتا ما يصل إلى 530 براءة اختراع. على الرغم من أن المفهوم على هذا النحو كان مشابهًا لمحرك أقراص THS ، إلا أنه لم يتم استخدام إمكانات نظام القرص بشكل صحيح إلا في HSD. تمت موازنة إمكانات المحرك الكهربائي ومحرك الاحتراق الداخلي ، على عكس الفكرة السابقة ، وهي زيادة قوة محرك الاحتراق الداخلي لزيادة الإنتاجية. بدأت السيارة الثانية من طراز Prius وتسارعت جزئيًا بمساعدة محرك كهربائي. تزداد قوة الجزء الكهربائي للمحرك بنسبة 50٪.

شهد هذا الجيل أيضًا إدخال ضاغط تكييف الهواء الكهربائي الذي لا يتطلب محرك احتراق داخلي لتبريد أو تدفئة الداخل. لقد ظل كذلك حتى يومنا هذا. كما تلقت بريوس بطاريات نيمه أخف في عام 2003. تم تقليل عدد الخلايا وزيادة كثافة المنحل بالكهرباء. أيضًا ، في هذا النموذج ، تم تقديم وضع EV لأول مرة ، والذي يسمح لك بالقيادة فقط على المحرك الكهربائي.

طورت لكزس بدائلها الخاصة من مجموعة نقل الحركة لهذا الجيل. في عام 2005 ، استخدم محركًا كهربائيًا آخر على المحور الخلفي ، وبالتالي ابتكر محركًا هجينًا رباعي الدفع. كان المحرك الثالث يعمل بشكل مستقل عن الأمر في المحور الأمامي - على الرغم من أنه ، بالطبع ، تم التحكم فيه بواسطة وحدة تحكم تنظم عزم الدوران والسرعة التفاضلية.

أظهرت أول سيارة لكزس GS 450h و LS 600h كيف يمكن أن يعمل HSD مع المحركات القوية والدفع الخلفي. كان هذا النظام أكثر تعقيدًا - خاصة في مجال الإرسال. علبة التروس الكوكبية Ravigneaux مع أربعة أعمدة ، واثنان من القابضين يغيران نسبة التروس للمحرك الثاني بالنسبة للعجلات - لم يكن من الواضح الخوض في التفاصيل. يجب تفسير ذلك من قبل المهندس الميكانيكي.

محرك التآزر الهجين III

نصل إلى الجيل قبل الأخير من محرك الهجين. هذا هو المكان الذي حدثت فيه ثورة حقيقية. تم استبدال 90٪ من الأجزاء. زاد محرك الاحتراق الداخلي من حجم العمل إلى 1.8 لتر ، ولكن تم تقليل المحركات الكهربائية. زادت القوة إلى 136 حصانًا ، بينما انخفض استهلاك الوقود بنسبة 9٪. في هذا الجيل ، تمكنا من تحديد وضع القيادة - عادي وصديق للبيئة وديناميكي.

يحتوي HSD على نسبة تروس ثابتة ، لذا فإن الترس الكوكبي ، على الرغم من أنه مشابه لـ CVT ، فهو شيء مختلف تمامًا. الحلقة الخارجية للتروس هي محرك MG2 ، والعتاد الشمسي هو محرك MG1 ، ومحرك الجليد متصل بواسطة "كواكب". يمكن للسائق أن يؤثر بطريقة ما على تشغيل محرك الاحتراق الداخلي والمحرك الكهربائي ، لكن دواسة الوقود تستخدم فقط للتواصل مع الكمبيوتر. نقول كيف نود أن نتسارع ، وسيقوم الكمبيوتر بحساب ظروف الطريق وكيفية الجمع الأكثر فعالية بين عمل المحرك الكهربائي ومحرك الاحتراق الداخلي.

تويوتا C-HR أو HSD IV

ظهر الجيل الرابع من محرك الأقراص ... في الجيل الرابع من بريوس. ومع ذلك ، فقد نجح بالفعل في ترسيخ جذوره في نماذج أخرى - على سبيل المثال ، في C-HR. تعتمد الرباعية بشكل كبير على HSD III ، لكنها تضغط أكثر منه مع استهلاك أقل للوقود. ومع ذلك ، "المزيد" لا يعني القوة ، حيث تم تخفيضها إلى 122 حصان.

بادئ ذي بدء ، تم تحسين خصائص شحن البطاريات - فالهجائن الجديدة قادرة على امتصاص جرعات كبيرة من الطاقة في وقت أقصر. يحتوي العاكس على نظام تبريد منفصل ويشغل مساحة أقل بنسبة 30٪. يتم استبدال الترس الكوكبي بآخر أسطواني. تم إعادة تصميم علبة التروس بالكامل بحيث تولد نسبة أقل من الفاقد بنسبة 20٪.

خلاصة

لقد رأينا أجزاء من رحلة Toyota إلى السيارات التي تجمع بين مزايا المحركات الكهربائية وتعدد استخدامات محركات الاحتراق الداخلي. ومع ذلك ، ليس القرص نفسه هو الذي يتغير. يتغير مفهوم السيارة الهجينة أيضًا. توقفت هذه السيارة منذ فترة طويلة عن كونها بريوس وهي تشق طريقها إلى السيارات التي تبدو أكثر تقليدية قليلاً. أصبحت السيارات الهجينة تدريجيًا جزءًا من الحياة اليومية. نراهم في كل مكان في المدن الكبرى. 

إحداها هي Toyota C-HR ، والتي ستجذب أولئك الذين يرغبون في التنقل في جميع أنحاء المدينة في كروس أوفر مثير للاهتمام ، لكنهم يقدرون استهلاك الوقود المنخفض والضوضاء. هناك أيضًا وعي متزايد بالحاجة إلى الحد من التلوث - وعلى الرغم من أن السيارات ليست مصدر كل الشرور هنا ، فهي جزء منه ، لذا يجب القيام بشيء حيال ذلك. تسجل تويوتا نموًا كبيرًا في مبيعات السيارات الهجينة على أساس سنوي. ليس بفضل Prius - بفضل سيارات مثل Auris أو C-HR - التي لا تزال متوفرة في المحفظة ، في العبوة المعتادة ، ولكن مع نظام نقل الحركة المحسّن ، والقيمة المضافة التي أثبتت موثوقيتها.

متى الجيل القادم؟ لا نعلم. ربما سننتظر بضع سنوات أخرى. ومع ذلك ، فإن مجموعة نقل الحركة لأحدث سيارات تويوتا الهجينة وصلت بالفعل إلى مستوى عالٍ من التطور.