Een benzinemotor en twee motor-generators, gemengd via één planetair tandwiel — een computer kiest elke milliseconde de mix.
1997·1,5 L Atkinson-viercilinder·2 motorgeneratoren·Eén planetair tandwielstelsel — geen schakelingen·~half zoveel brandstof als vergelijkbare motoren
1· HET VERHAAL
Twee motoren, één slim tandwiel
De Prius uit 1997 bouwde een kleine benzinemotor en twee elektrische motor-generators rond één planetair tandwielstelsel, en liet een computer honderden keren per seconde beslissen waar elke kilowatt naartoe moest. De motor kan de wielen aandrijven, een generator laten draaien, of helemaal uitschakelen; remmen laat een motor achterstevoren draaien en vult de accu weer bij. Het leek een oefening in zuinigheid; het was in werkelijkheid een nieuwe aandrijflijnarchitectuur, en elke hybride sindsdien stamt ervan af.
1,5 L Atkinson-viercilinderElektromotor2 motorgeneratorenMotoren
2· WAAROM HET ERTOE DEED
Eén tandwielstelsel, elke overbrengingsverhouding
Een planetair tandwielstelsel heeft drie assen: zonnewiel, ringwiel en drager. Zet de motor op de ene, een motor-generator op de andere en de wielen op de derde, en het variëren van het toerental van de generator verandert vloeiend de effectieve overbrengingsverhouding — een versnellingsbak zonder te schakelen versnellingen. De motor kan op zijn zuinigste toerental blijven draaien, terwijl de rijsnelheid doet wat ze wil.
3· WAAROM HET ERTOE DEED
De motor ontsnapt aan het verkeer
Stop-en-ga-verkeer — de slechtste habitat voor een benzinemotor — wordt overgelaten aan de accu en de elektromotor, en de motor schakelt gewoon uit. Wanneer hij wel draait, draait hij belast en efficiënt, op een zachte Atkinson-cyclus die piekvermogen (dat neemt de elektromotor voor zijn rekening) inruilt voor thermisch rendement.
4· WAAROM HET ERTOE DEED
Remmen wordt brandstof
Elke stop in een gewone auto zet beweging om in remwarmte. De Prius laat zijn aandrijfmotor in plaats daarvan achterstevoren draaien, pompt de energie de accu in en bewaart de wrijvingsremmen voor noodgevallen. Regeneratief remmen is de reden dat hybrides juist daar floreren waar andere auto's lijden — in de stad.
Kies een rijmoment en volg de kilowatts: door het planetaire stelsel naar de wielen, achterstevoren de accu in, of allebei tegelijk — de mix die de computer elke milliseconde opnieuw tekent.
Uitlezing
Motor22 kW
MG1 (generator)generating
MG2 (aandrijfmotor)assisting lightly
Accucharging
Illustratieve kilowatts voor een eerste-generatie Prius. De truc is dat geen van die standen echt apart bestaat — de planetaire overbrenging mengt ze voortdurend, zodat de auto tussen deze plaatjes glijdt zonder één schakeling, en zonder dat de bestuurder er iets van merkt.
Verdieping · De vermogenssplitsing· geopend vanuit Toyota Prius (THS)
Tijdlijnen · Motoren · ga dieper · Toyota Prius (THS)
De vermogenssplitsing1997
Eén planetair tandwielstelsel, drie assen — en ineens heeft de motor nooit meer een versnellingsbak nodig.
één planetair tandwielstelsel·op de planeetdrager·zonnewiel / ringwiel·allemaal, continu
1· HET IDEE
Zonnewiel, planeetwielen en ringwiel: de motor op de drager, elektromotoren op de andere twee assen
Een planetair tandwielstelsel heeft drie aansluitpunten: het zonnewiel in het midden, het ringwiel eromheen, en de drager die de planeetwielen ertussenin vasthoudt. Hun snelheden liggen vast aan één simpele regel — een gewogen gemiddelde. Zet de motor op de drager, een motor-generator op het zonnewiel en de wielen op het ringwiel, en er rolt iets opmerkelijks uit: door de snelheid van de generator te variëren, kan ELK motortoerental elke rijsnelheid bedienen. Een traploze transmissie zonder riemen, zonder koppelingen en zonder schakelmomenten — gewoon één tandwielstelsel, slim gebruikt.
2· WAAROM HET ERTOE DOET
De snelheidsregel
De wet van het tandwielstelsel is dat de snelheid van de drager een vaste mix is van de snelheden van zonnewiel en ringwiel. Leg er twee vast en de derde volgt vanzelf. Dus als de computer de motor op zijn zuinigste toerental wil houden terwijl de wielen doen wat de weg vraagt, laat hij MG1 op het zonnewiel gewoon draaien op de snelheid die de vergelijking sluitend maakt — honderden keren per seconde, naadloos.
3· WAAROM HET ERTOE DOET
Vermogen splitst zich in twee paden
Het vermogen van de motor verlaat het tandwielstelsel deels als mechanische aandrijving naar het ringwiel, en deels als elektriciteit die MG1 opwekt — die naar MG2 stroomt om terug de wielen in te worden geduwd, of naar de accu voor later. Die splitsing is waarom de Prius aanvoelt als noch een benzineauto, noch een elektrische auto: hij is allebei tegelijk, in een verhouding die elk moment opnieuw wordt getekend.
4· WAAROM HET ERTOE DOET
Waarom het de markt veroverde
Geen koppeling die slijt, geen schakeling die het koppel onderbreekt, een motor die ofwel belast en zuinig draait, ofwel helemaal niet — en regeneratief remmen dat er vanzelf bij hoort, omdat MG2 al op de as zit. Elke volledige hybride sindsdien is een variatie op dit ene tandwielstelsel, en Toyota reed er de top van de industrie mee binnen.
5· PROBEER HET
Sluit zelf de vergelijking
Kies een rijsnelheid en een motortoerental — het toerental van het zonnewiel volgt automatisch uit de ene regel van het tandwielstelsel. Kijk hoe MG1 draait, stilstaat, of zelfs omkeert, terwijl de motor blijft draaien op het toerental waar hij het gelukkigst is.
Uitlezing
MG1 (zonnewiel)1,020 tpm
MG1 iswekt vooruit op
Gebruikte schakelingen0
Zie hoe MG1 elk verschil opvangt — hij draait zelfs achteruit zodra de wielen sneller lopen dan de bijdrage van de motor toelaat. Die vrijheid is de hele versnellingsbak: geen koppeling, geen schakelen, alleen één vergelijking die honderden keren per seconde weer klopt.