ma cosa leggo mai , strano questo thread non l'ho iniziato io.
cià , vi posto un lunghissimo trattato del Dr Vanquish che vi spiega come funziona :
io ti ho spiegato (con le mie limitate conoscenze che non rendono giustizia alla complessità del ths toyota) il funzionamento del solo sistema 'ev' (solo elettrico) che è quello che è dato ufficialmente per percorrere 2 kilometri *senza* il supporto del motore a benzina.
come avrai capito l'ev' è una cosa e grava solo sulla batteria la quale in questo caso trae energia solo dal recupero in fase di frenata grazie all'inverter; il funzionamento dell' *intero* sistema ibrido un'altra: se hai un po' di pazienza a leggermi proverò a descrivere anche questo! ;-)))
premetto che ?prius for ever? ha già riassunto i concetti (che sto per elencare) più che bene.
il motore termico sviluppa 76cv, quello elettrico principale ne eroga altri 67 mentre l'output della batteria di trazione è di 28cv benchè toyota l'abbia volutamente depotenziata rispetto allo standard panasonic per evitare inutili stress.
che l'energia non si possa creare dal nulla lo avevo scritto anch'io, prima, ma avevo anche sottolineato che essa si può riutilizzare se si trova il modo di conservarla o reindirizzarla: questo lo scrivo per ricordare uno dei principi dietro il ths di toyota, non per risponderti direttamente.
a velocità costante, dato un cx di 0,26 è chiaro che molto fa la resistenza all'avanzamento dell'automezzo in oggetto più che il carico di passeggeri il quale invece è determinante in condizioni di bassa/media velocità e pendenze sfavorevoli (i due casi da te citati, giusto per essere precisi).
la risposta al tuo quesito è abbastanza semplice se si considera il gruppo elettrico 'dipendente' da quello endotermico, ovvero sia assumendo che l'energia alle batterie provenga direttamente dal motore a scoppio e dalle batterie ritorni ad alimentare il propulsore elettrico.
finita l'energia dell'accumulatore, ciao al motore elettrico, si avanza solo a pistoni. questo schema è definito ?mild hybrid? cioè ?ibrido leggero? e rientra, infatti, nella categoria più bassa degli ibridi seriali: l'elettrico viene usato 'solo' nella fase di spunto. questo sistema, poco costoso, è già stato integrato in numerose berline giapponesi di alcune marche e consente l?indiscutibile vantaggio di poter spegnere automaticamente il motore a benzina una volta fermi al semaforo o nelle soste o nelle file a bassa velocità (stop and go) per aiutarlo a ripartire dopo che la macchina, grazie alla prima spinta dell?elettrico, ha già fatto alcuni metri. questa applicazione è destinata a ?tagliare? il consumo inutile di carburante.
gli ibridi di secondo tipo sono quelli che rientrano in una categoria superiore e che assistono il motore endotermico nella partenza, ne consentono lo spegnimento una volta fermi e lo aiutano, limitatamente alla carica della batteria, nelle fasi in cui è richiesta una potenza maggiore, anche in marcia e a velocità sostenute. la tecnologia 'ima' della honda civic (e della futura honda accord americana) significa 'integrated motor assist' (assistenza integrata al motore) e appartiene a questa categoria.
l'ima della honda (che assomiglia concettualmente al modello che tu hai in mente) o assiste il motore termico o ricarica le batterie poichè può fare solo una delle due cose per volta. risultato: finita la carica della batteria, finita la spinta del motore elettrico. è necessario attendere che il motore elettrico produca energia e che l?inverter la trasformi in carica per l?accumulatore onde consentire che l?elettrico stesso, grazie a questa energia immagazzinata, possa ripartire.
gli schemi appena descritti hanno molto in comune: è il motore a benzina che svolge la parte più importante poiché è preposto al movimento della vettura in ogni condizione. la parte elettrica ha il compito secondario di assistere e non di sostituire. nella honda, l??ima? può anche *affiancare* il motore a scoppio ma non per lungo tempo. terzo ed ultimo: entrambi i sistemi (mild hybrid e ibrido di classe 1) possiedono un gruppo trasmissione e cambio (manuale o automatico) che *assorbono* energia; in entrambi i sistemi è quindi il motore endotermico a trasmettere il moto alle ruote (anteriori o posteriori) attraverso la trasmissione.
fin qui è chiaro, spero! ;-) scusa se è lungo ma è necessario più che altro perché altrimenti si continua a muoversi nella confusione che, mi rendo conto essere molta: ne abbiamo sentite così tante sugli ibridi che adesso ?sembra? siano tutti la stessa cosa. e non è così!
veniamo ora alla terza categoria di ibridi, quelli serie/paralleli o di classe 2. perché ?serie? e ?paralleli?: ?serie? perché il motore elettrico può inserirsi dopo o prima di quello endotermico a seconda delle necessità; ?paralleli? perché, sempre secondo necessità, il motore (o i motori) elettrico principale può funzionare insieme e a tempo indeterminato a fianco di quello endotermico facendo in modo che la spinta di supporto del secondo motore elettrico venga sempre garantita.
lo schema del sistema ths è ibrido serie-parallelo, cioè l'elettrico interviene prima, dopo, durante, in qualunque situazione ne sia necessario l'impiego. per far si che ciò avvenga senza soluzione di continuità e per tempi lunghi (fin quando il termico non si ferma) è necessario concepire un sistema che contempli l'elettrico e il termico come una sola cosa e non come due entità a parte interdipendenti (i due casi precedenti di sistemi ibridi).
per il motivo di cui sopra, a differenza del sistema honda che vede il benzina in presa diretta con le ruote anteriori attraverso la trasmissione i cui rapporti dipendono dalla scalatura delle marce (come una qualunque auto), nell'ibrido toyota l'endotermico non trasmette *mai* il moto alle ruote: lo fa comunque il motore elettrico secondario (che è anche il più grosso dei due) attraverso l?ingranaggio planetario del quale fanno parte anche quelli del motore elettrico primario (più piccolo) e di quello a scoppio e che simula un perfetto cvt (continuous variable transmission) pur non essendolo.
non esiste quindi nessun tipo di trasmissione: niente frizione, elementi della frizione, marce, cinghie, niente di tutto questo; il risultato è anche quello di avere ?meno? cose su cui intervenire in fase di manutenzione oltrechè un insieme meccanico più leggero. attraverso questa scelta progettuale è stato possibile eliminare il motorino d?avviamento, l?alternatore, la maggior parte delle cinghie di trasmissione e anche la pompa del servo sterzo (che nelle normali auto è alimentata sempre dal motore a combustione interna).
e qui viene il bello: l'ima della honda (che assomiglia concettualmente al modello che tu hai in mente) o assiste il motore termico o ricarica le batterie. può fare solo una delle due cose per volta. risultato: finita la carica della batteria, finito il motore elettrico.
la risposta alla tua domanda (finalmente!) si chiama ?patents number 5,914,575 e 6,067,801?: sono i brevetti con i quali toyota ha registrato il sistema che connette il motore a scoppio e i due motori elettrici tra loro. il sistema è quello di ingranaggi planetari che ho nominato velocemente prima e che è in grado di splittare (o dividere, distribuire) l?energia generata dal motore endotermico.
in breve: la prius utilizza due motori/generatori elettrici a magnete permanente trifase, il più grande dei due (quello da 67cv, il cosiddetto secondario) comanda direttamente le ruote motrici, gira ad una velocità di 5 volte maggiore rispetto ad esse ed è connesso, come detto, all?anello esterno del sistema di ingranaggi planetario. il motore elettrico più piccolo (il primario) è collegato direttamente al ?sole? del sistema planetario e gira insieme al motore a scoppio generando energia elettrica che quindi *non* potrà mai mancare al sistema.
entrambi i motori elettrici sono alimentati da corrente trifase proveniente dall?inverter.
attraverso i controlli elettronici viene applicata coppia ai motori elettrici in qualunque senso ed ogni motore elettrico può funzionare da generatore.
il sistema planetario somma la rotazione delle varie fonti (motore a scoppio, motore elettrico principale ?1? e secondario ?2?) secondo queste formule:
ns=nr-(nr-nc)(1+p)/p
o
nc=nr-(nr-ns)*p/(1+p)
do ve ns è la velocità rotazionale del ?sole? del sistema planetario (e quindi del motore/generatore ?1?), nr è la velocità dell?ingranaggio ad anello del sistema planetario (e quindi del motore ?2? e proporzionale alla velocità dell?automobile) e nc è la velocità del carrier dell?ingranaggio planetario (e del motore a scoppio). p è il rapporto tra il numero dei denti dell?ingranaggio del ?sole? e quello dei denti dell?ingranaggio dell?anello.
quindi, data una certa velocità dell?autovettura, la velocità di rotazione del motore elettrico più piccolo (mg1) controlla quella del motore a scoppio. ad una data velocità (marcia avanti) della prius, il generatore (mg1) può girare velocemente in avanti consentendo al motore a scoppio di girare ad un alto numero di giri e di generare efficientemente molta energia; in retromarcia e nelle fasi di stop, il generatore (mg1) può girare molto più piano o al contrario permettendo al motore di restare spento.
in retromarcia infatti è il motore elettrico più grande (secondario o mg2) a garantire la trazione sulle ruote anteriori: contemporaneamente il motore elettrico più piccolo mg1 (connesso al sole dell?ingranaggio planetario) gira al contrario e permette al motore a scoppio di rimanere fermo.
della coppia generata dal motore a scoppio + quello elettrico, il 28% proviene da quest?ultimo e il restante 72% da quello a combustione interna. il motore secondario mg2 (il più grande) può anche dare il suo apporto trasmettendo una coppia maggiore soprattutto alle basse velocità e traendo se necessario energia dalla batteria.
nella sola modalità elettrica ?ev?, è il motore secondario mg2 (e più grande) a girare: in questo caso, come per la retromarcia, il motore elettrico primario (il più piccolo) deve girare in senso opposto per mantenere fermo il motore a scoppio. quì (modalità ?ev?) è la batteria che fornisce l?energia ad mg2.
l'hsd della toyota di motori elettrici ne ha due, quindi, non uno: un motore viene usato per creare elettricità e ricaricare la batteria attraverso l?inverter o per alimentare l?altro propulsore elettrico fungendo da generatore, l'altro è utilizzato per ottenere spinta o aggiungerne a quella del motore termico sia nello start-up che nelle fasi di accelerazione o anche a velocità costante sotto sforzo (volgarmente detto ?acceleratore a tavoletta?). ambedue i motori possono essere usati *insieme* in modo da evitare di scaricare la batteria: uno genera energia elettrica e l?altro la usa per funzionare e affiancare l?unità endotermica.
cosa accade quando si va su per una strada di montagna (è peggio questa dell'autostrada, dammi retta ;-))) ).
come avremo capito la prius è in grado di generare elettricità nello stesso tempo in cui la consuma e ciò vuol dire che una volta arrivati in cima la riserva della batteria non è stata poi ridotta di molto. ciò è possibile poichè questo sistema ibrido ha due motori elettrici.
quando la richiesta di energia è molto alta, il motore a benzina girerà alla massima velocità: l'effetto è quello di muovere il motore elettrico più piccolo e fare in modo che generi energia elettrica. il motore elettrico secondario mg2 consumerà a sua volta la maggior parte dell'energia elettrica generata dal propulsore elettrico mg1 più piccolo per muovere le ruote insieme al supporto del motore endotermico.
l'energia rimanente (se c'è) viene convogliata verso il pacco batterie da 30kg ricaricandolo.
l'energia contenuta nella batteria di trazione viene utilizzata fino a quando non raggiunge la soglia del 40% della carica totale: da allora in poi è l'energia elettrica prodotta dal motore mosso dall'endotermico ad alimentare il propulsore elettrico più grande attraverso il quale il moto arriva alle ruote anteriori. viene sempre mantenuta la percentuale 28-72 (elettrico-termico).
a questo punto è facile capire perchè il pacco batterie non rimane *mai* a secco: pur con la batteria completamente scarica (caso teorico) o non in uso la prius andrà *comunque* sia con il motore a scoppio che con quello elettrico poichè quest'ultimo verrà alimentato dalla stessa energia prodotta dal moto del propulsore elettrico primario.
motore a benzina = ice (internal combustion engine)
motore elettrico principale = mg1
motore elettrico secondario = mg2
ice = usato da solo per muovere l'auto
mg2 = usato da solo per muovere l'auto
ice+mg2 = usati insieme per muovere l'auto
mg1 = usato per ricaricare la batteria e/o alimentare mg2
se l'energia per alimentare il motore elettrico fosse provenuta 'solo' dalle batterie, ti avrei subito risposto che quando finiva la 'pila' (come sulle macchinette radiocomandate) il motore a scoppio era 'solo' a spingere. il moto dell'ice induce mg1 a produrre energia elettrica la quale alimenta mg2 'salvando' la batteria e riducendone lo stress, il numero di interventi e via di seguito. il sistema controlla in ogni momento la richiesta di potenza e adegua la produzione di energia elettrica di conseguenza: è chiaro che tutto ha un limite e quindi, arrivati ad un certo punto, oltre non si va.
nella pratica il 'limite' è molto lontano visto che personalmente, nel mio test drive di 4 giorni e 670 kilometri ho percorso andata e ritorno in autostrada tra roma e avezzano (piena di salite) ad andature sostenute (160-180 km/h) senza mai notare affaticamenti, mancanze in termini di risposta eccetera. anche nella prova in salita su strada di montagna è stata la stessa cosa.
la mia modesta prova la trovi qui:
http://www.quattroruote.it/c lub/forum/read.cfm?forum=184&id=546018&thr ead=162890
la prius è l?unica vettura venduta al di fuori del giappone che rientra nella categoria di classe 2 degli ibridi: in sostanza è il veicolo di serie più avanzato del mondo.
concludo dicendo che non sono un ingegnere meccanico né uno scienziato e che mi ci è voluto un po? per capire bene il funzionamento del sistema ths. se ho sbagliato qualcosa vogliate quindi perdonarmi, se, invece, questo post vi è stato utile, vi ringrazio per averlo apprezzato.
autore Vanquish di ZF , altro cliente Prius. a lui arriva a fine mese , maledetto !
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