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THS Nレンジについて
プリウスのTHS トランスミッション機構では、前輪とモータは、ギアとチェーンを介して直接つながっています。
また遊星歯車機構を介して、エンジン・発電機ともつながっています。
(↓トヨタHP)
http://www.toyota.co.jp/jp/tech/environment/ths2/hybrid.html

この構成でどのようにN(ニュートラル)レンジを作っているかです。(まずは機構について・・・)

従来のトランスミッションであれば、クラッチを開放とすることで、動力を分断してニュートラルを作っています。
THSの場合、機械的なクラッチがないですから、
駆動力0状態を作り出すために、
各接続要素がフリーで回転できるようにします。

Nレンジにて、交流同期モータの各コイルの励磁を停止している記載が、
NHW-20 新型車解説書にありました。
Nレンジ状態では、モーター・発電機をそれぞれフリーで回転できるようにインバーターのパワートランジスタをOFFしているようです。

Nレンジになると、全パワートランジスタがOFFとなり、電流経路がなくなるため、
この場合、モーターは空回り(無負荷回転)となります。

速度の変動でモーター回転数が変わったとしても、
モーターは空回り、発電機も空回り、エンジンはクランキングトルクがあるので、
0rpmのまま、というかたちで、前輪車軸につながっている要素の駆動力が0となります。

(↓共線図 Nレンジ 50km/h 平坦路走行)




この場合、モータ/発電機ともに消費・発電がないので、
電力消費としては、コントロールユニットや、DC−DCコンバータで消費される分(基礎代謝分)になると思います。

なお、駆動力0状態とは言っても、走行抵抗(転がり抵抗・空気抵抗・勾配抵抗)と
内部的な駆動抵抗が作用しているため、減速してくことになります。


以上のように、機構面からNレンジを考えましたが、
Nレンジ使用における各動作については、
実際の走行での状況を教えていただければ幸いです。
▼ この記事へのコメント ▼
まえからプリウスの場合ニュートラルってどういう状態?と思っていました。
気になっていたのでそれなりの方に何度か聞いてみたこともあったのですが、いまひとつ納得のいく答えを得ていませんでした。

さんの説明は非常に解りやすいです。ありがとうございます。

ところがですね〜

57〜8km/hほどの速度域だけ、回生しちゃうんですが…^^;
それと、Nレンジを酷使すると臭うんです。
57〜8km/hというと通常走行で強制的にエンジン回転が始まるぐらいの速度域ですか?
いえ、プレミアム以前ですので
71km/h以上でエンジン回ります。
さん、さん、こんばんは。

実は、あるお方とのメッセのやり取りにおいても、
全く同じ、
・充電電流の観測
・焦げる臭い
についてご指摘ありました。

Nレンジの機構面については、上記でほぼ間違いないと思うのですが、
この2つの現象についえは、モーター、インバータの素子・制御上の
条件、制約が絡んでいるような気がします。
この2点を検討するのは、非常に面白いことだと思います。

できましたら、この2現象について、
発生の条件、状況、観測されたデータ等を
教えていただけましたら幸いです。
走行中のNレンジは、やりませんが。松さんの作った10型のプリウス・ドライビングシミュレータでは、さんの言われたような挙動を示します。

松さんのシミュレータの場合、基礎代謝に相当する部分が無いので実際とは違うと思いますが、発電機=空転 モーター=空転し、バッテリーの充放電は見られませんでした。

http://www.wind.sannet.ne.jp/m_matsu/prius/ThsSimu/index.html
以下は、EPV師匠のところに書いたものです(ほぼ1年前)。

----------------------------------------------------------
ヘッドライトつけていつもは電流値が1.6Aなのが、50km/hを超えたら1.2、1.0と減っていくではないですか。

もうちょっとスピードアップしてきたら、ついに充電電流が・・・

速度は55km/hぐらいだったように思います。
----------------------------------------------------------

なお、殿のプリは私のプリよりスピードメータが3km/h高めに表示されます。
>Nレンジにて、交流同期モータの各コイルの励磁を停止している記載が、
>NHW-20 新型車解説書にありました。

すみません。 どの項目にありましたでしょうか? 教えて下さい。
(単に、私が見逃していただけかなぁ。。。)

擬似?ニュートラルにする仕組み自体は、私の推定範囲内でした。

高速域での「焦げ臭い」の正体は、
「開放された電路に発生する高電圧に耐え切れなくなった部品が焼ける?」
のではないかと推定していましたが、故障していないようなので、ハズレかなぁ。。。

ある筋から、「Nレンジでは、オイルポンプが回らないので、ギヤが潤滑油切れを起こして焼け付く危険がある」との情報を得ました。 焦げ臭い匂いの正体の一つかも。

・・・ もったいぶった書き方をしましたが、g-monさんがトヨタさんに質問して、直接、電話で回答を貰ったそうです。
クリープ速度域ならギヤが焼け付くことも無いので、Nレンジ滑空してもok。
中高速域では、焼け付き防止の為、15秒以内が目安らしいです。
>ある筋から、「Nレンジでは、オイルポンプが回らないので、ギヤが潤滑油切れを起こして焼け付く危険がある」との情報を得ました。

遊星ギアには、オイルポンプはなかったような…。

特別な潤滑をしているのではなく、デフ・MTミッションと同じと
思ってよろしいかと。

>中高速域では、焼け付き防止の為、15秒以内が目安らしいです。

とゆー事は…
180km/hでも、15秒以内ならNレンジ滑空もアリか〜( ̄ー ̄)
さん、こんばんは。
>> Nレンジにて、交流同期モータの各コイルの励磁を停止している記載が、
>> NHW-20 新型車解説書にありました。
> どの項目にありましたでしょうか? 教えて下さい。
----------
(1.ハイブリッドシステム、1.1THSII概要 【3】THSII機構上の特徴)
の部分に記載がありました。

> ある筋から、「Nレンジでは、オイルポンプが回らないので、
> ギヤが潤滑油切れを起こして焼け付く危険がある」との
> 情報を得ました。 焦げ臭い匂いの正体の一つかも。
----------
THSのトランスミッションは、
遊星歯車のプラネタリーキャリア(エンジン接続)につながる軸で、
オイルポンプが駆動されているようです。
(3.シャシー 3.1 トランスミッション 【3】オイルポンプ)

たしかにエンジンが回転しないケースでは、
オイルポンプが回らないので、Nレンジも同じになりますね。


ここで別トピック、
『何故、実速65km/h以上の滑空・アクセルOFFではエンジンを空転させているのか? 』
でも同様に潤滑の要因が考えられますね。
エンジン出力軸を回転させることで、オイルポンプを回し、
高回転域でのトランスミッション内の潤滑を確保する。
・・・う〜ん、この要因、かなりウェイトが高いように思われますね。
70km/h以下のエンジン停止Nレンジ走行で結構電流値が変化するのを観察しています。
まだ謎の多いシステムですね。

>中高速域では、焼け付き防止の為、15秒以内が目安らしいです。

http://prius.sns.fc2.com/prius/diary/index.php?vid=57&categ=1&year=2006&month=8&id=1156932165_57
平均速度29km/hの例ですが、53分間26kmの下りのほとんどはNレンジでした。
イヤな匂いを経験しましたが、ブレーキパッドの焼ける匂いだったと想像しています。
なお、その後もプリウスは好調です。(笑

>遊星ギアには、オイルポンプはなかったような…。

エンジンで起動されるオイルポンプがありますよ。
>遊星歯車のプラネタリーキャリア(エンジン接続)につながる軸で、
オイルポンプが駆動されているようです。

へぇ〜、知らなんだ〜!

ちなみに、どんな潤滑経路なんでしょ?


>エンジン出力軸を回転させることで、オイルポンプを回し、
高回転域でのトランスミッション内の潤滑を確保する。


エンジンの回っていない、実測65km/h以下で延々と滑空を続けると
遊星ギアは焼きつく可能性アリ?

この場合、焦げ臭いニオイが発生した記憶がないし。
>エンジンで起動されるオイルポンプがありますよ。

これは、エンジンの潤滑用じゃないんですか?
>この場合、焦げ臭い臭いが発生した記憶がないし。

わたしもイヤな匂いの潤滑不足犯人説には懐疑的…
>これは、エンジンの潤滑用じゃないんですか?

エンジン自身の潤滑用オイルポンプは、オイルパン付近のエンジン内部にあり、遊星ギヤ用は、トランスアクスルの端にあるんです。
電子技術マニュアルを見てもらおうかなぁ…
さん、さん さん

横着して電子技術マニュアルを見ずに書き込んだので、皆様のレスを見て慌てて確認しました。 (^^;

やはり、「エンジンで駆動されるオイルポンプでギヤトレーンを潤滑する」ようですね。
トヨタさんのさんへの回答は、何だったのかしら?



>『何故、実速65km/h以上の滑空・アクセルOFFではエンジンを空転させているのか? 』

発電機の過回転防止だとばかり思っていましたが、他の要因(=潤滑)もありそうですね。
過回転防止にしては、計算が合わないし 。。。
(トヨタさんの説明では10,000回転だが、計算上は6〜7,000回転程度にしかならない。)
.さん、
>> 遊星歯車のプラネタリーキャリア(エンジン接続)につながる軸で、
>> オイルポンプが駆動されているようです。
> へぇ〜、知らなんだ〜!
> ちなみに、どんな潤滑経路なんでしょ?
---------
潤滑経路そのものの解説、図示はないんですが、
・プラネタリーギヤ(遊星歯車機構)の潤滑を行う
・減速機構部、ディファレンシャル機構部は同室
との記述があります。
多分、さんは、オイルのリターン経路が気にかかっていると思うのですが、その辺りについての記述はありませんでした。

さん、さん。
なるほど
潤滑不足 が『臭い』の要因とするのは難ありのようですね。
実速65km/h以上のアクセルOFFのエンジン空転の要因としてはいかがですか?
>潤滑不足 が『臭い』の要因とするのは難ありのようですね。

そもそも、密封?されているはずのギヤボックスから臭うほどのことになれば、ただごとぢゃ無いでしょう (^^ゞ
的外れな書き込み、すみませんでした m(_ _)m
さん、
> やはり、「エンジンで駆動されるオイルポンプでギヤトレーンを潤滑する」ようですね。
> トヨタさんのさんへの回答は、何だったのかしら?
------------
Nレンジではエンジン回転数も0なので、オイルポンプが駆動されず
「Nレンジでは、オイルポンプが回らない・・・」の部分には合致すると思います。
臭いの要因としてはご指摘の点もありますね・・・。

65km/h以上のエンジン空転の要因としては、
潤滑保持もまだ検討候補だと思っています。

さん
> 平均速度29km/hの例ですが、53分間26kmの下りのほとんどはNレンジでした。
> イヤな匂いを経験しましたが、ブレーキパッドの焼ける匂いだったと想像しています。
----------
Nレンジだと、
 ・エンジン停止なので、エンジンブレーキ負担分なし
 ・パワートランジスタがOFFしているので、電流経路なく、
  回生ブレーキも発生しない
ということから、
100%油圧ブレーキであった(通常の使用ではまずない)ことになります。
ですからブレーキパッドの焼け説というのも整合するのですが、
他の発生事例があったら、教えていただけますでしょうか。
◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇
THSについては、皆さん、興味が尽きないようですね(^^;

(1) Nレンジの機構
(2) THSトランスミッションの潤滑機構
(3) 高速 Nレンジ使用時の 臭いについて

(4) ある速度域での充電電流の観測
(5) 実速65km/h以上でのアクセルOFF時のエンジン停止

とネタが交錯していますので、
このトピックとしては、(1)〜(3)の議論とし、
(4)は新たな別トピック『50km/h台 Nレンジ 回生現象について』
(5)は『何故、実速65km/h以上の滑空・アクセルOFFではエンジンを空転させているのか?』
に振り分けたいと思います。
よろしくお願いいたします。
さん
THSトランスミッションのオイルポンプですが、
さんご紹介のアメリカのHP
http://www.autoshop101.com/forms/Hybrid02.pdf

の9P 図T071f209c にオイルポンプ位置の記載がありましたので、
ご参考に・・・
http://www.autoshop101.com/forms/Hybrid02.pdf

見ましたが、電子技術マニュアルの図が英語版のなっただけで
オイルラインまでは、確認できませんね。
>Nレンジだと、
> ・エンジン停止なので、エンジンブレーキ負担分なし
> ・パワートランジスタがOFFしているので、電流経路なく、
  回生ブレーキも発生しない

ブレーキ使用時にも回生しないのでしょうか?
Nレンジ走行中でも発電機は回転しているわけですから回生可能な気がしますが。
さん
http://www.autoshop101.com/forms/Hybrid02.pdf
> 見ましたが、電子技術マニュアルの図が英語版のなっただけで
> オイルラインまでは、確認できませんね。
-----------
さんも、電子技術マニュアルを確認できる方だったんですね。
(電子技術マニュアルをお持ちでない他の方に、参照していただければ幸いです)

オイルラインについては、カットモデル写真等も見てみましたが
やはりよくわかりませんね。
さん
> ブレーキ使用時にも回生しないのでしょうか?
> Nレンジ走行中でも発電機は回転しているわけですから回生可能な気がしますが。
---------------
20型新技術解説書の3.シャシー 3.7ECB2 の項目を参照すると
やはりNレンジ中は100% 油圧ブレーキとなっているとの記述があります。

たしかにNレンジ走行中は発電機のローターは回転していますが、電流の流れない、無負荷の状態なのですね。
プリウスのモータ、インバータ部の回転・トルク制御についても、触れたほうがよさそうですが、こちらも難敵です・・・。

詳細はまた別トピとしますが、概略としては・・・
 プリウスで用いている交流同期式のモータ・発電機では
 ・回転数は交流の周波数、トルクは、電流値と関係する
 ・インバータのパワートランジスタ ブリッジ回路での
  スイッチングでバッテリの直流から、交流を生成している
 ・回生ブレーキは、インバータの制御で電流値を変えて
  ブレーキ力(負のトルク)を調節している
 ・交流同期式のモータで、電流経路がなければ、無負荷で空回りする
  (厳密には、モーター内部の鉄損等の損失は発生する)

Nレンジでは、モータ・発電機のパワートランジスタを全OFFして、
電流経路をなくしている(コイルの励磁をなくす)と思っています。

しかし、50km/h台で回生する現象、この時だけ、
何らかの理由で、インバータを駆動して、電流を流している・・・。
現在、いろいろ考えていますが、ちょっとデータ不足です。
さん:
>ブレーキ使用時にも回生しないのでしょうか?
>Nレンジ走行中でも発電機は回転しているわけですから回生可能な気がしますが。

難しく考え過ぎずに、Nレンジはエンジン出力・モータ・発電機・HVバッテリの「エネルギー伝達を完全に遮断する」モードだと考えては如何でしょうか。
なので、Nレンジでは、HVバッテリから補機バッテリへの充電さえ行われないのだ、と。

(57〜58km/h付近での回生現象? は謎です。)
さん、こんばんは。
> Nレンジでは、HVバッテリから補機バッテリへの充電さえ
> 行われないのだ、と。
---------
Nレンジだと、補機バッテリ(12V)系への充電って行われないのでしょうか?
(実際に”武器”がないので、計測データ等を持ち合わせていないのですが)
Nレンジでインバータ OFFで、モーター・発電機が無負荷回転(空回り)するようになっても、
HVバッテリ(201.6V)から補機バッテリ(12V)への
DC-DCコンバータは動作を続けているのではないかと思っていました。
(201.6V系を利用するエアコンも動作し続けるのでは?)

この辺り、いかがでしょうか?
Nレンジ使用時の臭いの問題については、
さんのケースからすると、
ご指摘のとおり、ブレーキが要因のような気がします。
(Nレンジで100%油圧ブレーキ状態。
 普通の車でエンブレを一切使わず 53分間 Ave.29km/hで下り坂走行のような感じ・・・、多分普通の車でもブレーキ焼け発生する状況?)

他の臭い発生事例がわからないのですが、
おおよそブレーキ多用が発生したケースと言えるのでしょうか?

さん

>おおよそブレーキ多用が発生したケースと言えるのでしょうか?

100%違います。
ブレーキの焼ける臭いではありません。
お騒がせしてしまったようで申し訳ありません

さん、ご挨拶が遅れ申し訳ございませんでした
皆様宜しくお願いいたします

Nレンジ走行の件、2度に渡りトヨタ担当さんから登録した携帯に直接電話を頂きました。

結果、Nレンジでの60km/h以下での走行において機構的問題は無いそうです。(数度確認し担当の方も技術者に確認したと申しておりました)
また、20分以上Nレンジ走行をすると記録に残ると言う指摘も受けました。

尚、私は65km/hあたりのNレンジ走行を一時期好んで行ってましたが異臭の経験は、ございません。
さん、こんばんは。

>> おおよそブレーキ多用が発生したケースと言えるのでしょうか?
> ブレーキの焼ける臭いではありません。
-------
こちらのレスに気づかず、
四日市オフでお伺いしてしましたが、
 ブレーキの焼ける臭いではないこと、
 Nレンジへの切り替わり時でなく、Nレンジでの走行中に発生すること
教えていただき、有難うございました。
g-monさん、こんばんは。
よろしくお願いいたします。

> 結果、Nレンジでの60km/h以下での走行において
> 機構的問題は無いそうです。
> (数度確認し担当の方も技術者に確認したと申しておりました)
> また、20分以上Nレンジ走行をすると記録に残ると言う
> 指摘も受けました。
-------------
貴重な情報、有難うございました。
このあたり、担当の技術者に確認するなど、トヨタは真摯な対応ですね。
ただ、少し気になったのが
『Nレンジでの60km/h以下での走行において機構的問題は無い』
ということだと、
60km/h以上では問題あるということでしょうか?

>100%違います。
>ブレーキの焼ける臭いではありません。

亀です。(汗
さんとは結構意見が合う場合が多かったのですが、今回は違うようです。
みなさんも是非臭いを経験して、発生源を見つけてください。
さんが嗅いだ臭いとさんの嗅いだ臭いは別物だと思っています。