Nowy Lexus RX450h z napędem Lexus Hybrid Drive drugiej generacji

Nowy Lexus RX 450h , następca wprowadzonego w 2005 roku nowatorskiego modelu RX 400h, jako pierwszy pojazd z rodziny RX, został wyposażony w napęd hybrydowy Lexus Hybrid Drive drugiej generacji.

Nowy, hybrydowy samochód crossover o sportowych osiągach to flagowy model rodziny RX. Jest on przedstawicielem trzeciej generacji najlepiej sprzedającego się na świecie samochodu crossover klasy premium. W Europie zadebiutuje na tegorocznych targach motoryzacyjnych w Genewie, a do sprzedaży trafi latem 2009 roku. Napęd hybrydowy Lexus Hybrid Drive zastosowany w modelu RX 450h to zmodernizowana wersja pierwszej na świecie jednostki hybrydowej o sportowych osiągach, stosowanej w modelu RX 400h. Była to jednostka, która jako pierwsza pozwoliła połączyć sportowe osiągi z zaletami napędu hybrydowego, niskim zużyciem paliwa i niskim poziomem emisji zanieczyszczeń. Zrewolucjonizowała ona również technologie stosowane w układach napędowych samochodów klasy premium. Szeroki zakres zmian, jakie objęły napęd hybrydowy Lexus Hybrid Drive, doskonale odzwierciedla dwa elementy filozofii Lexusa: kaizen i myślenie perspektywiczne („forward thinking”). Wprowadzone zmiany pozwoliły na zwiększenie mocy zespołu napędowego, znaczące obniżenie zużycia paliwa i nieporównywalne obniżenie emisji CO2. Dodatkowo, w hybrydowym układzie napędowym zastosowanym w nowym RX 450h, wprowadzono znaczące ulepszenia poprawiające jego sprawność podczas pracy w niskich temperaturach i w odczuwalnym stopniu właściwości trakcyjne. W tym celu zmianie uległa charakterystyka silnika elektrycznego i sposób sterowania skrzynią biegów, które pozwalają w optymalny sposób wykorzystać jednostkę napędową. Trzy nowe tryby pracy zespołu napędowego ECO, EV i SNOW dodatkowo obniżają zużycie paliwa i poprawiają właściwości trakcyjne.

Napęd hybrydowy Lexus Hybrid Drive nowej generacjiW przeciwieństwie do samochodów półhybrydowych, które wykorzystują niewielki silnik elektryczny do wspomagania silnika spalinowego, w modelu RX 450h zastosowano układ w pełni hybrydowy. Pozwala on na korzystanie z obu silników w sposób niezależny (albo silnik elektryczny albo spalinowy) lub równoczesny. Oznacza to oszczędność energii, tak jak w przypadku układów szeregowych i pozwala uzyskać wysokie osiągi tak, jak w przypadku układów równoległych.Do napędu RX 450h zastosowano szeregowo-równoległy napęd hybrydowy, składający się z widlastego, sześciocylindrowego silnika benzynowego i dwóch, pracujących w układzie równoległym, silników elektrycznych dużej mocy, umożliwiających „inteligentne” przekazanie napędu na 4 koła.Szeroki zakres zmian, jakie objęły napęd hybrydowy Lexus Hybrid Drive, pozwolił na zwiększenie mocy zespołu napędowego, znaczące obniżenie zużycia paliwa i nieporównywalne obniżenie emisji CO2.

Najważniejsze zmiany:

•    zastosowanie cyklu Atkinsona, pozwalającego na obniżenie zużycia paliwa,
•    modernizacja silnika spalinowego, mająca na celu zwiększenie mocy i obniżenie zużycia paliwa,
•    wprowadzenie recyrkulacji schładzanych gazów spalinowych - Cooled Exhaust Gas Recirculation (EGR), obniżającej zużycie paliwa,
•    wprowadzenie odzyskiwania ciepła z układu wydechowego - Exhaust Heat Recovery (EHR), obniżającego zużycie paliwa,
•    ograniczenie strat wynikających z tarcia w zblokowanym układzie napędowym, obniżając zużycie paliwa,
•    wprowadzenie sterowania AI-SHIFT, poprawiającego osiągi pojazdu i jego właściwości trakcyjne,
•    wprowadzenie nowego zespołu sterującego mocą (Power Control Unit) poprawiającego osiągi i obniżającego zużycie paliwa,
•    rozszerzenie zakresu maksymalnego momentu obrotowego przedniego i tylnego silnika elektrycznego w celu poprawy osiągów,
•    wprowadzenie trybu ECO w celu obniżenia zużycia paliwa,
•    wprowadzenie trybu EV w celu obniżenia zużycia paliwa,
•    wprowadzenie trybu SNOW poprawiającego osiągi pojazdu i jego właściwości trakcyjne.

Silnik benzynowy V6Do napędu modelu RX 450h zastosowano zmodernizowaną jednostkę napędową z Lexusa RX 350. Ten sześciocylindrowy, widlasty silnik o pojemności 3,5 litra i układzie rozrządu DOHC został specjalnie dostosowany do potrzeb hybrydowego układu napędowego. Tak jak w przypadku modelu RX 350 wprowadzono w nim szereg ulepszeń, zwiększając moc do 183 kW/249 KM przy 6000 obr./min. oraz wartość maksymalnego momentu obrotowego do 317 Nm przy 4800 obr./min.Dodatkowo w silniku spalinowym zastosowano trzy elementy, które Lexus wprowadził jako pierwszy - cykl Atkinsona, układ recyrkulacji schładzanych gazów spalinowych (EGR) i układ odzyskiwania ciepła z układu wydechowego (EHR). Mają one na celu obniżenie zużycia paliwa.

W cyklu Atkinsona zawory dolotowe zamykają się z pewnym opóźnieniem, co powoduje skrócenie suwu sprężania. Dzięki temu mimo krótszego suwu ssania uzyskujemy dłuższy suw pracy/rozprężania, ograniczając straty w układach dolotowym i wylotowym oraz zwiększając wydajność silnika. W wyniku takiego działania temperatura gazów wylotowych jest niższa niż w przypadku silników tradycyjnych.Za pomocą specjalnie opracowanego kolektora, układ EGR dostarcza do układu dolotowego dokładnie określoną ilość gazów wylotowych schłodzonych do 150°C - ich początkowa temperatura wynosi 880°C - dodatkowo obniżając temperaturę procesu spalania. Równocześnie układ EGR ogranicza straty doprowadzania mieszanki do cylindra obniżając podciśnienie w kolektorze dolotowym.Razem z cyklem Atkinsona, układ recyrkulacji schładzanych gazów spalinowych ogranicza występowanie sytuacji, w której powstaje potrzeba wzbogacenia mieszanki paliwowo-powietrznej w celu obniżenia temperatury procesu spalania i ochrony reaktora katalitycznego przed przegrzaniem. Obniżeniu ulegają również zużycie paliwa i emisja zanieczyszczeń.Zaraz po rozruchu silnika, układ EHR wykorzystuje ciepło pochodzące z gazów wylotowych do ogrzania płynu chłodzącego. Pozwala to skrócić czas osiągnięcia przez silnik odpowiedniej temperatury pracy, dzięki czemu wcześniej można włączyć napęd elektryczny. Jest to ważna zaleta szczególnie w okresie zimowym. Przeprowadzone badania w warunkach niskich temperatur dowodzą, że w porównaniu z modelem RX 400h silnik spalinowy wyłączany jest ok. 15 minut wcześniej. Oznacza to obniżenie zużycia paliwa podczas pracy w niskiej temperaturze o 23% w porównaniu z poprzednikiem.Zblokowany układ napędowy

Zadziwiająco zwarty zblokowany układ napędowy stanowiący serce układu hybrydowego Lexus Hybrid Drive również został poddany kilku modyfikacjom. Zastosowanie tarczy rozprowadzającej olej, pozwoliło ograniczyć opory pracy pompy oleju. Wprowadzono chłodnicę oleju, a w ważniejszych miejscach zamontowano łożyska o obniżonym tarciu. Wiele innych elementów zostało zmodernizowanych i przeprojektowanych. Wszystkie te zmiany przyczyniły się do zwiększenia momentu obrotowego i sprawności przekładni.W kole zamachowym zamontowano ulepszony tłumik drgań -amortyzator dwustopniowego działania - tłumiący nie tylko wahania momentu obrotowego, ale również drgania silnika spalinowego towarzyszące jego rozruchowi i zatrzymaniu. To rozwiązanie w znaczący sposób ogranicza drgania i hałas. Największe korzyści przynosi podczas jazdy miejskiej, kiedy silnik jest najczęściej zatrzymywany i uruchamiany.Układ sterowania z elementami sztucznej inteligencji AI-SHIFT został po raz pierwszy specjalnie dostosowany do potrzeb pojazdu hybrydowego. Układ ocenia czy RX 450h podjeżdża pod górę czy zjeżdża ze wzniesienia porównując rzeczywistą prędkość jazdy z położeniem pedału przyspieszenia. Na tej podstawie dobierany jest odpowiedni zakres przełożeń, od 3 do 6 tak, aby utrzymać prędkość obrotową silnika na optymalnym poziomie. Dzięki temu silnik będzie pracował z wyższą prędkością obrotową podczas podjazdu pod górę, natomiast podczas zjazdu ze wzniesienia z niższą.Kierowca może zmieniać biegi w sposób sekwencyjny po naciśnięciu przycisku „S” znajdującego się obok dźwigni wyboru zakresów. W ten sposób kierowca może wybrać dowolny z sześciu biegów tak, aby uzyskać lepsze osiągi lub skuteczniejsze hamowanie silnikiem.

Moduł sterujący mocą

Zespół sterujący mocą (PCU) spełnia podstawowe zadania w napędzie hybrydowym Lexus Hybrid Drive: przekształca prąd stały o napięciu 288V, jaki płynie z akumulatora, na prąd przemienny o napięciu 650V, który zasila silniki elektryczne, steruje funkcją silnik/alternator i zmniejsza napięcie prądu płynącego z akumulatorów do poziomu 14V, dzięki czemu możemy wykorzystać energię elektryczną do zasilania urządzeń zewnętrznych oraz ładowania akumulatora pomocniczego.

Pojemność modułu zmniejszono z 30 do 18,2 litra a jego masę z 30 do 22 kg. Nowy moduł PCU został wyposażony w nowy falownik o zmienionej, bardziej wydajnej konstrukcji, która umożliwia chłodzenie po obu stronach. Takie rozwiązanie pozwoliło zwiększyć gęstość mocy o 40%. Ograniczono również - o ponad 10% - straty mocy w module PCU, co przyczyniło się do obniżenia zużycia paliwa.

Dodatkowo, zmiana częstotliwości przełączania w obwodzie zasilania pozwoliły ograniczyć straty i obniżyć zużycie paliwa, a wyższe częstotliwości przełączania zmniejszyły głośność pracy falownika.

Silniki elektryczne

Moc silników elektrycznych, przedniego i tylnego, pozostała niezmieniona (odpowiednio 123 kW / 167 KM i 50 kW / 68 KM), ale dzięki bardziej wydajnemu chłodzeniu modułu PCU rozszerzono zakres prędkości jazdy, dla których moment obrotowy osiąga maksymalną wartość. Obecnie maksymalna wartość momentu obrotowego osiągana jest już podczas ruszania.

Przedni i tylny silnik elektryczny uzyskują, już od zerowej prędkości obrotowej, maksymalny moment obrotowy wynoszący odpowiednio 335 Nm i 139 Nm. Zakres prędkości jazdy, dla których moment obrotowy uzyskuje maksymalną wartość został rozszerzony o 15 km/h dla silnika przedniego i o 35 km/h dla silnika tylnego.

Trzy nowe tryby pracy zespołu napędowego

Zastosowanie trzech nowych trybów pracy zespołu napędowego: ECO, EV i SNOW pozwoliło obniżyć zużycie paliwa oraz poprawić osiągi modelu RX 450h.

W nowym trybie ECO, o którym kierowcę informuje lampka kontrolna na tablicy wskaźników, wprowadzono nieliniowy sposób sterowania przepustnicą oraz układem klimatyzacji, który umożliwia obniżenie zużycia paliwa. Kontrolowana jest zależność między ruchem pedału przyspieszenia a mocą przekazywaną na koła. Ograniczeniu podlega szybkość zmian położenia przepustnicy w wyniku gwałtownego wciskania pedału przyspieszenia. Takie sterowanie pozwoliło obniżyć zużycie paliwa i poprawić płynność jazdy. Podczas rozpędzania znacznie zostaje ograniczona praca układu klimatyzacji, co dodatkowo obniża zużycie paliwa.

Podczas ruszania oraz jazdy z niskimi i średnimi prędkościami, układ napędowy w sposób automatyczny przełącza się w tryb EV, który oznacza korzystanie wyłącznie z silników elektrycznych. Kierowca może włączyć ten tryb za pomocą przełącznika na kierownicy. Ten wyjątkowy tryb pracy jest niedostępny w przypadku samochodów półhybrydowych i wymaga pełnego napędu hybrydowego Lexus Hybrid Drive. Tryb EV pozwala na poruszanie się po mieście z minimalnym hałasem i zerową emisją zanieczyszczeń, przy czym zasięg pojazdu zależy od stopnia naładowania akumulatorów. Ponieważ podczas pracy układu napędowego w tym trybie silnik spalinowy jest wyłączony, przyczynia się on do obniżenia całkowitego zużycia paliwa w modelu RX 450h.

Tryb SNOW, wybierany za pomocą przełącznika na kierownicy, koryguje sygnał z pedału przyspieszenia zwiększając w ten sposób stabilność pojazdu podczas ruszania na śliskiej lub pokrytej śniegiem nawierzchni. Wartość sygnału z pedału przyspieszenia zostaje w sposób automatyczny skorygowana tak, aby ograniczyć poślizg kół, zmniejszając przekazywany moment napędowy. Rolą tylnego silnika elektrycznego jest poprawa własności trakcyjnych. Może natomiast się okazać, że mimo włączonego trybu SNOW przednie koła wpadną w poślizg.