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Il sistema Hybrid Synergy Drive di Toyota

Il sistema Hybrid Synergy Drive di Toyota – La Toyota è il brand che prima di tutti ha creduto nella tecnologia ibrida. L’esperienza pluri-decennale in questo campo ha consentito di creare un sistema particolarmente evoluto, l’Hybrid Synergy Drive (HSD), che associa l’azione di un motore endotermico di 1.8 litri, alimentato a benzina e con funzionamento secondo il ciclo Atkinson, a due motori elettrici. Si tratta di un sistema che lavora in due modalità, una in serie con la connessione diretta tra il motore a benzina (MED) ed il primo motore elettrico (G1) che normalmente funge da generatore, una in parallelo con un secondo motore elettrico (G2) che funziona separatamente in parallelo principalmente come motore di propulsione.

Toyota Hybrid Synergy Drive

Il motore termico sviluppa 98 CV di potenza massima e 142 Nm di coppia massima. Il motore elettrico di tipo sincrono a magneti permanenti sviluppa, invece, 72 CV e 163 Nm grazie a una tensione di alimentazione di 650 Volt. Tensione generata da un pacco batterie di tipo Nichel-Metallo idruro della capacità di 6.5 Ah e dalla tensione nominale di 206,1 Volt. L’intero powertrain sviluppa in definitiva ben 122 CV. Il collegamento dei due sistemi, che di fatto porta anche il moto alle ruote, avviene tramite un rotismo epicicloidale e un riduttore planetario denominato “Power Split Device” e appositamente studiati da Toyota.  Questo tipo di trasmissione consente tre diversi gradi di libertà che vengono selettivamente bloccati da una centralina elettronica in base allo stato di carica della batteria e alle fasi di guida.

Toyota Hybrid Synergy Drive

Il primo grado di libertà è occupato dal motore termico e dal motore-generatore elettrico, il secondo grado dal secondo motore elettrico deputato alla trazione e il terzo dalla trasmissione finale alle ruote. Variando continuamente il bloccaggio dei tre gradi di libertà il rotismo epicicloidale va a mimare o il funzionamento seriale oppure quello parallelo consentendo alla Toyota Prius HSD di poter avanzare in solo elettrico, in solo termico o con la combinazione di entrambi i propulsori. Il sistema HSD di Toyota quindi sostituisce quindi il classico cambio automatico con una trasmissione definita elettromeccanica che si comporta come un CVT controllato elettronicamente che per similitudine la Toyota chiama e-CVT (electronic continuously variable transmission),  gestito da un unica unità di controllo. A completare il tutto c’è un inverter e una batteria che fornisce energia per la marcia.

Toyota Hybrid Synergy Drive

Toyota Hybrid Synergy Drive

Per quanto il sistema HSD di Toyota consente in certe condizioni di poter viaggiare anche in full elettrico con un azionamento manuale, il massimo dell’efficienza si ha quando il driver affida completamente la gestione automatica al  computer che provvede a decidere da solo quanta potenza deve usare ognuno dei tre motori, tenendo sempre carica la batteria e decidendo in tutta autonomia  quando conviene andare in modalità completamente elettrico. La modalità di funzionamento prevede l’intervento del G2 in solitaria nelle condizioni di funzionamento da zero fino a richieste di media potenza e prevede l’intervento del motore endotermico accoppiato a G1 da media potenza fino al massimo. Gli eccessi di coppia generati, vanno a ricaricare le batteria, cosa che avviene anche quando il veicolo è in fase di frenata mediante l’azione frenante di G1.

Toyota Hybrid Synergy Drive

Toyota Hybrid Synergy Drive

Bisogna dire che, per quanto complesso,  il sistema HSD di Toyota ha il pregio di essere quello che in assoluto sfrutta al massimo l’efficienza del motore endotermico facendoci ottenere consumi ridotti al minimo. Il computer gestisce, infatti, i tre motori in modo che si possa avere sempre la massima coppia utilizzando al minimo la richiesta di energia sia che si tratti di benzina che di carica elettrica.

Archivio foto: Toyota Italia.

Author

Matteo Di Lallo

http://www.matteodilallo.tech
Laureato in Ingegneria Meccanica e forte appassionato di motori. Collabora attualmente per alcune realtà del mondo dell'editoria automotive: Autotecnica, Trasporto Commerciale, Giornale del Meccanico, La Mia Auto, Omniauto, Quattroruote, Motori Agricoli, Evo Italia, Automobilismo ed EngBook.

14 Replies to “Il sistema Hybrid Synergy Drive di Toyota”

  1. Complimenti per le belle descrizioni, dettagliate senza diventare noiose e rimanendo alla portata di tutti. Vorrei saper se questo power train è uguale a quello della Yaris ibrida o, se è diverso in cosa lo sia. Grazie

    1. Grazie Enzo, i tuoi complimenti non possono che farmi piacere.
      Il powertrain adottato dalla nuova Toyota Yaris Hybrid è il medesimo con alcune piccole differenze:
      il motore termico è un 1.5 litri e non un 1.8 litri e tutta la meccanica ma sopratutto l’elettronica
      è dimensionata per movimentare una vettura di minori dimensioni quale è la Toyota Yaris quindi pacco
      batterie di minori dimensioni, motore elettrico di minori dimensioni e intero sistema sotto dimensionato.

  2. Ho acquistato a luglio 2017 una Auris HSD di cui sono contentissimo e dopo aver letto il suo articolo lo sono ancora di più. Abito a Roma e nel traffico da “Arena del Colosseo” la mia Toyota fa 21 km con un litro. Il suo articolo è veramente esplicativo e le illustrazioni in 3D sono veramente fatte bene. Complimenti

    1. Buonasera Maurizio, la ringrazio per i complimenti perché non possono che farmi piacere. Nel limite del possibile cerco sempre di fare il massimo nel poco tempo libero che ho per portare avanti questo mio spazietto personale 😉

  3. Buonasera Matteo,
    complimenti per nozioni tecniche che rendono un può più edotti anche noi che non siamo del settore.
    Volevo approfittarne per chiederle se anche Lexus NX 300h Hybrid monti la stessa tecnologia per il suo 2.5 litri. Grazie.

  4. Sono un neo proprietario di una Toyota Yaris Hybrid. Ho apprezzato la tua spiegazione del sistema HSD di Toyota, ma avrei bisogno di un ulteriore chiarimento o conferma:
    – il generatore elettrico MG1 è in presa con il pignone solare del rotismo epicicloidale?
    – il motore termico è in presa con il porta satelliti del rotismo epicicloidale?
    – la corona dentata del rotismo epicicloidale è in presa con il motore elettrico MG2 e con le ruote del veicolo?
    Grazie

  5. Buongiorno Matteo, ho letto con molto interesse la descrizione del funzionamento della tecnologia ibrida di Toyota. sono da 11 anni possessore di Prius serie II e vorrei capire per quale ragione la potenza del motore termico non si somma algebricamente con quella del motore elettrico. Infatti nella nuova serie, come da Lei descritto, il motore termico sviluppa 98 CV di potenza massima e 142 Nm di coppia massima. Il motore elettrico di tipo sincrono a magneti permanenti sviluppa, invece, 72 CV e 163 Nm grazie a una tensione di alimentazione di 650 Volt. L’intero powertrain sviluppa in definitiva ben 122 CV. Dove vanno a finire i 28 CV mancanti? Grazie e ancora complimenti

    1. Il discorso è lungo e complesso ma per farla breve si ha l’unione di due motori molto diversi (termico ed elettrico) che hanno curve di coppia e potenza, quindi caratteristiche, molto diverse tra loro. Hanno range di funzionamento molto diversi, regimi massimi diversi e regimi ai quali vengono erogate la coppia e la potenza massima molto diversi. Quindi, semplificando di molto la spiegazione, è per questo motivo che non si può fare una semplice addizione tra le due potenze e le due coppie.

      1. mi scusi ancora se approfitto, molte case automobilistiche europee, nel caso di ibrido, hanno preferito montare il motore elettrico sull’asse posteriore invece che accoppiarlo col sistema epicicloidale come ha fatto Toyota. questa soluzione ha caratteristiche di natura economica oppure in qualche modo produce vantaggi sul rendimento totale? grazie

        1. Anche qui il discorso è lungo e complesso ma per semplificare le posso dire che il motore viene montato al posteriore per dare motricità alle ruote posteriori così da ricreare una sorta di trazione integrale con i due propulsori e di conseguenza i due assali completamente indipendenti ma gestiti dall’elettronica.

  6. Tecnico, e al contempo un linguaggio semplice e abbordabile! Complimenti! Una ultima curiosità, il nuovo power train TNGA, ha un rendimento di ben 41%! L’unico endotermico a benzina che riesce a superare questo rendimento, è il motore della F1 di Mercedes-Benz, che arriva a 50% di rendimento! Anche se si parla di un motore con in costo esorbitanti, a livello di un prototipo, che diversamente del TNGA, non vedrà mai la produzione in serie…

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