Eräässä toisessa ketjussa tuli puheeksi eri valmistajien käyttämät hybriditekniikat, ja niiden mahdollinen "edistyksellisyys" tai sen puute. Tarjoamani ajatus Fordin ja Toyotan käyttämän tekniikan paremmuudesta muihin nähden ei ainakaan alkuun saanut kovin ihastunutta vastaanottoa, mikä toki onkin ymmärrettävää VAG-foorumilla.
Kyseisessä ketjusssa lupailin kirjoittavani tarkemmin kyseisestä tekniikasta omaan säikeeseen, kunhan ehdin. Tässäpä tuo sepustus nyt tulee. Tästä tekniikasta ei tahdo löytyä netistä yhtään hirveän hyvää kuvausta edes englanniksi, joten ei ihme jos satunnaiselle lukijalle homma ei avaudu. Jos mielenkiintoa riittää, niin alta löytyy melko tarkkaa kuvausta tekniikan mahdollisuuksista, (toivottavasti) selkeällä suomenkielellä. Olen yrittänyt oikolukea tekstini parhaani mukaan, mutta virheitä on voinut lipsahtaa joukkoon. Jos jokin asia mättää, niin ei kun kommenttia.
Fordin ja Toyotan käyttämä hybriditekniikka tunnetaan virallisesti nimellä sarja-rinnakkaishybridi. Nimitys tulee siitä, että siinä energian siirtyminen polttomoottorista vetäviin pyöriin voi tapahtua joko energiakonversion (mekaaninen energia -> sähköenergia -> mekaaninen energia) kautta, ilman sitä, tai molempia yhtä aikaa. Puhtaassa sarjahybridissä mennään aina konversion kautta, kun taas yleisimmässä hybridityypissä eli rinnakkaishybridissä vain ilman konversiota.
Kaikista sähköhybrideistä löytyy polttomoottori, tasauspyörästö, vetoakselit ja vetävät pyörät. Se mitä löytyy polttomoottorin ja tasauspyörästön välistä, eroaa eri hybridityypeissä merkittävästi. Puhtaassa sarjahybridissä sieltä löytyy generaattori ja sähkömoottori, eikä lainkaan mekaanista yhteyttä. Veto tapahtuu aina sähköllä, polttomoottori pyörittää vain generaattoria joka tekee sähkömoottorille sähköä. Usein kuitenkin sarjahybrideissä on lisänä kytkin, jolla generaattorin ja sähkömoottorin akselit voidaan yhdistää, ja saada maantienopeuksissa aikaiseksi suora mekaaninen energian siirtotie. Tämä siksi, että puhdas sarjahybridi tuhlaa maantieajossa energiaa turhaan energiakonversioon.
Tyypillisessä rinnakkaishybridissä (vaikkapa VAG-hybridissä) sieltä löytyy automaattivaihteisto (usein kaksoiskytkinvaihteisto) sähköhydraulisine ohjauslaitteineen, yksi sähkömoottori sekä irrotuskytkin, jolla polttomoottori voidaan erottaa sähkömoottorin ja vaihteiston sisältävästä paketista. Sähkömoottori vetää tyypillisesti automaattivaihteiston läpi, eli silläkin on käytettävissä useita vaihteita, toisin kuin täyssähköautoissa tyypillisesti.
Sarja-rinnakkaishybridissä polttomoottorin ja tasauspyörästön välissä on kaksi sähkömoottoria, sekä yksi planeettapyörästö. Tässä käytössä planeettapyörästöä kutsutaan nimellä "tehonjakolaite", englanniksi Power Split Device (PSD). Sitä kutsutaankin myös PSD-hybridiksi, mitä nimitystä käytän tässä selostuksessa tästä eteenpäin. Jos planeettapyörästön toimintaperiaate ei ole tuttu, YouTubesta löytyy lukuisia asiaa selventäviä videoita. Hakusanaksi voi laittaa vaikkapa "planetary gear set". Tärkeää on ymmärtää, miten laite pystyy jakamaan tehoa portaattomasti. Kun planeettapyörästölle tuodaan sisään vääntömomenttia yhdeltä akselilta, se jakautuu kahdelle muulle akselille pyörästön rattaiden hammaslukumäärien määrittämällä kiinteällä jakosuhteella. Koska teho on tunnetusti vääntömomentti kertaa kierrosluku, tarkoittaa se, että tehon jakautumiseen vaikuttavat tämän kiinteän jakosuhteen lisäksi myös eri osien pyörimisnopeudet.
Yleisin käyttö planeettapyörästölle lienee perinteisissä automaattivaihteistoissa, joissa sitä käytetään on/off-tyyppisesti. Yksi osa lukitaan, jolloin kahden muun avulla saadaan tietty välityssuhde. PSD-hybridissä sen käyttö eroaa tästä merkittävästi, koska on/off-tyyppisen osien lukituksen sijaan sen välityssuhdetta säädetään portaattomasti. Seuraavasta linkistä voit ladata PDF-dokumentin, jossa esitetään yksinkertainen malli PSD-hybridin rakenteesta, sekä sen mahdollistamista erilaisista toimintamoodeista:
https://drive.google.com/file/d/1EG8QNN3hjzLe-zp9QxQjFmklpSB2dEe3/view?usp=sharing
Dokumentin kuvista on jätetty pois tasauspyörästö, koska sen toiminta ei poikkea millään lailla perinteisen polttomoottoriauton tasauspyörästöstä. Kuvien alaosassa oleva musta rengas kuvaa auton vetäviä pyöriä. Vihreällä kuvatut kaksi sähkömoottoria on nimetty Toyotan käyttämän periaatteen mukaisesti nimillä MG1 ja MG2. Nimitys on lyhenne sanasta moottorigeneraattori, mikä kuvaa sitä, että kumpikin niistä voi toimia joko moottorina tai generaattorina, tilanteesta riippuen. Ford käyttää niistä nimiä latausgeneraattori ja ajomoottori, niiden yleisimpien toimintaroolien mukaan. MG2 (ajomoottori) on koneista isompi ja tehokkaampi.
Polttomoottorin ja vetäviä pyöriä kuvaavan renkaan välissä näkyy planeettapyörästö, jonka eri osat on kuvattu eri väreillä. Vihreä aurinkopyörä on kytketty generaattoriin (MG1), punaiset planeettapyörät (kuvissa näkymättömän kannattimen avulla) polttomoottoriin, ja musta kehäpyörä ajomoottoriin (MG2) sekä tasauspyörästön kautta vetäviin pyöriin. Planeettapyörästö ja sähkökoneet löytyvät auton konepellin alta polttomoottorin kupeessa olevasta "vaihdelaatikosta", kuten myös kuvissa näkymätön tasauspyörästö. Joissain PSD-hybrideissä, lähinnä Toyota RAV4-lataushybridissä, on sähköisellä takavedolla toteutettu neliveto. Sen toiminta ei liity tähän selostukseen millään lailla, nämä kaksi sähkökonetta ovat aina auton etupäässä.
Planeettapyörästön (PSD) ja kahden sähkökoneen lisäksi auton "vaihdelaatikossa" ei juuri muuta olekaan, tiettyjä apulaitteita kuten voiteluöljypumppua lukuun ottamatta. Ei mekaanisia vaihteita, ei kytkimiä, ei hydrauliikkaa. Kaikki osat ovat mekaanisesti aina yhteydessä toisiinsa, oli auto sitten liikkeellä tai paikallaan. Mitään ei irroiteta tai kytketä missään vaiheessa.
Seuraavassa listataan erilaiset moodit, jotka PSD-hybridi mahdollistaa. Selityksissä viitataan edellä linkatun dokumentin kuviin, joten se kannattaa pitää näkyvillä ainakin tästä eteenpäin lukiessa, jotta seuraavat kuvaukset aukeavat paremmin. Kuvissa esitetään sähköenergian siirto sinisillä ja mekaanisen energian siirto mustilla nuolilla. Nämä moodit eivät välttämättä ole kaikki käytössä kaikissa PSD-hybridiautoissa, eli kuvaukset eivät kuvaa minkään tietyn auton toimintaa, vaan yleisesti laitteiston mahdollistamia toimintoja.
Sähköajo ja peruutus
Sähköajo niin eteen- kuin taaksepäin tapahtuu isomman sähkökoneen MG2 avulla. Koska voimansiirrossa ei ole kytkimiä tai vaihteita, ei polttomoottorilla pysty peruuttamaan - se toimii vain yhteen suuntaan pyöriessään. Katkoviivanuolet kuvaavat sitä, että MG2:n tuottama vääntömomentti välittyy PSD:n kautta MG1:lle. Se ei tuota eikä käytä sähköä, vaan pyörii vapaasti. Näin ollen se ei tuota vastamomenttia PSD:lle, joten teho ohjautuu kaikki MG1:n pyörittämiseen, ja polttomoottori ei pyöri.
Nopea sähköajo
Kun sähköajoon tarvitaan lisätehoa (joko suuren nopeuden tai vaikkapa kiihdytyksen takia), molemmat sähkökoneet voivat tuottaa tehoa vetäville pyörille. Katkoviivanuoli kuvaa sitä, että tässä moodissa polttomoottorille päin välittyy myös vääntömomenttia, pyrkien pyörittämään sitä väärin päin. Tämä estetään polttomoottorin akselilla olevalla vapaakytkimellä, joka kytkee akselin hybridivaihteiston runkoon, sallien pyörimisen vain yhteen suuntaan. Kaikissa PSD-hybrideissä ei tällaista vapaakytkintä ole, joten tämä moodi ei ole niissä mahdollinen. Tiettävästi ainakin sekä Fordin että Toyotan uusimmissa lataushybrideissä vapaakytkin on, mahdollistaen molempien sähkökoneiden käytön ajamiseen.
Käynnistys ajossa
Kun sähköajossa halutaan käynnistää polttomoottori, se tapahtuu generoimalla sähköä (jo valmiiksi pyörivän) MG1:n avulla. Tämä aiheuttaa sen akselille vastamomentin, joka jarruttaa aurinkopyörää. Tämän seurauksena MG2:n tuottama teho alkaa pyörittää polttomoottoria. Moottorin saavutettua sopivan käyntinopeuden, käynnistetään polttoaineen suihkutus ja sytytys, jolloin siirrytään hybridi- tai polttomoottoriajoon.
Käynnistys paikallaan
Polttomoottori voidaan käynnistään myös auton ollessa paikallaan. Tämä tapahtuu MG1:llä, käyttämällä sitä sähkömoottorina akusta syötettävän sähkön avulla. Katkoviivanuoli kuvaa sitä, että myös vetäville pyörille välittyy vääntömomenttia tässä tilanteessa. Autoa pidetään kuitenkin paikallaan jarrujen avulla, joten tehoa ei pyörille välity, vaan kaikki teho päätyy pyörittämään polttomoottoria.
Lataus paikallaan
Polttomoottorilla voidaan ladata akustoa MG1:n avulla auton ollessa paikallaan. Tällöin polttomoottorin tuottamaa vääntömomenttia välittyy myös auton vetäville pyörille, mitä kuvaa katkoviivanuoli. Koska autoa pidetään paikallaan jarruilla, tehoa ei kuitenkaan välity pyörille, vaan se menee kaikki generaattorin sähköntuotantoon. Tästä aiheutuu kuitenkin se, että auto käyttäytyy kuten perinteinen momentinmuuntimella varustettu automaattivaihteinen auto - se pyrkii ryömimään voimakkaasti eteenpäin heti, kun jarru vapautetaan.
Polttomoottoriajo
Kun polttomoottori käy ja auto liikkuu, polttomoottorin ja vetävien pyörien välistä välityssuhdetta säädetään portaattomasti MG1:n sähköntuottoa säätelemällä. Mitä enemmän MG1 tuottaa sähköä, sitä suuremman vastamomentin se tuottaa akselilleen, jarruttaen aurinkopyörää. Mitä enemmän aurinkopyörä hidastuu, sitä pienemmäksi muuttuu polttomoottorin ja vetävien pyörien välinen välityssuhde - eli sitä nopeammin auto liikkuu samalla polttomoottorin kierrosnopeudella. MG1:n tuottama sähkö syötetään ajoakkuun.
Nopea polttomoottoriajo
Edellä kuvattu välityssuhteen muutos MG1:n sähköntuottoa lisäämällä (ja siten kierroslukua laskemalla) onnistuu vain tiettyyn rajaan asti - pysäyksiin asti generaattoria ei voi jarruttaa sähköntuottoa lisäämällä. Jos autolle halutaan vielä lisää nopeutta ilman, että polttomoottorin kierroksia täytyy nostaa, on siirryttävä ns. "negative split" -moodiin, jossa aurinkopyörää pyöritetään takaperin, käyttäen MG1:tä generaattorin sijasta moottorina. Tämä mahdollistaa välityssuhteen pienentämisen entisestään, mikä tarkoittaa vielä suurempaa auton nopeutta samalla polttomoottorin kierrosluvulla. MG1:n tarvitsema sähkö tuotetaan MG2:n avulla, käyttäen sitä vuorostaan generaattorina. Tässä moodissa voimalinjan häviöt lisääntyvät kuitenkin selvästi, koska energiaa kierrätetään "hullunkiertona" konversion (mekaaninen-sähkö-mekaaninen) kautta takaperin. Tätä moodia käytetäänkin vain suurella nopeudella ajossa, jossa voimaa tarvitaan vähän. Sen avulla polttomoottorin kierrosluku saadaan pidettyä alhaisena myös suurissa nopeuksissa. Katkoviivanuoli ajoakustoon kuvaa sitä, että sähköa voidaan periaatteessa tuottaa myös enemmän kuin MG1 tarvitsee, ja ladata sitä akustoon.
Hybridiajo
Hybridiajossa käytetään poltto- ja sähkömoottoria yhdessä auton liikuttamiseen. Polttomoottorin välityssuhteen säätö tapahtuu MG1:n avulla, samalla tavalla kuin polttomoottoriajossa. MG2 toimii sähkömoottorina, tuottaen lisää tehoa vetäville pyörille. Koska MG1 tuottaa vaihtelevia määriä sähköä ajotilanteen mukaan, sitä johdetaan tilanteesta riippuen joko MG2:lle tai ajoakkuun. Silloin kun MG1:n tuottama sähkö ei riitä MG2:n käyttöön, sitä otetaan lisää ajoakusta. Tätä kuvaavat katkoviivanuolet ajoakuston ja invertteriyksikön välillä.
Regeneratiivinen jarrutus
Kun auton nopeutta hidastetaan jarruttamalla, jarrutus tapahtuu tiettyyn pisteeseen asti pelkästään generoimalla sähköä MG2:n avulla, ja syöttämällä se ajoakustoon. Katkoviivanuolet kuvaavat sitä, että osa auton liike-energiasta välittyy PSD:n kautta MG1:lle, joka pyörii vapaasti tuottamatta tai kuluttamatta sähköä.
Tehojarrutus
Regeneratiivista jarrutusta on mahdollista tehostaa myös oikean moottorijarrutuksen avulla. Tämä tapahtuu generoimalla MG1:llä sähköä, joka syötetään ajoakustoon kuten MG2:n tuottama sähkökin. Koska MG1 tuottaa vastamomentin aurinkopyörään, osa auton liike-energiasta välittyy polttomoottorille, saaden sen pyörimään. Polttomoottorille ei syötetä polttoainetta, joten sen kitkat ja pumppaushäviöt lisäävät hidastuvuutta, kuten tavallisessa polttomoottoriautossa.
Kaikki edellä esitetyt PSD-hybridin erilaiset toiminnot tapahtuvat siis yhden polttomoottorin ja kahden sähkökoneen vääntömomentteja säätelemällä. Polttomoottorin tapauksessa säätö tapahtuu lähinnä polttoaineen suihkutusta säätelemällä, sähkökoneilla taas säätämällä niiden tuottamaa tai kuluttamaa sähköenergiaa invertterien avulla. Laakerit ovat periaatteessa ainoita kuluvia osia voimansiirrossa, koska mitään mekaanisia kytkentäliikkeitä ei tehdä.
Kyseisessä ketjusssa lupailin kirjoittavani tarkemmin kyseisestä tekniikasta omaan säikeeseen, kunhan ehdin. Tässäpä tuo sepustus nyt tulee. Tästä tekniikasta ei tahdo löytyä netistä yhtään hirveän hyvää kuvausta edes englanniksi, joten ei ihme jos satunnaiselle lukijalle homma ei avaudu. Jos mielenkiintoa riittää, niin alta löytyy melko tarkkaa kuvausta tekniikan mahdollisuuksista, (toivottavasti) selkeällä suomenkielellä. Olen yrittänyt oikolukea tekstini parhaani mukaan, mutta virheitä on voinut lipsahtaa joukkoon. Jos jokin asia mättää, niin ei kun kommenttia.
Fordin ja Toyotan käyttämä hybriditekniikka tunnetaan virallisesti nimellä sarja-rinnakkaishybridi. Nimitys tulee siitä, että siinä energian siirtyminen polttomoottorista vetäviin pyöriin voi tapahtua joko energiakonversion (mekaaninen energia -> sähköenergia -> mekaaninen energia) kautta, ilman sitä, tai molempia yhtä aikaa. Puhtaassa sarjahybridissä mennään aina konversion kautta, kun taas yleisimmässä hybridityypissä eli rinnakkaishybridissä vain ilman konversiota.
Kaikista sähköhybrideistä löytyy polttomoottori, tasauspyörästö, vetoakselit ja vetävät pyörät. Se mitä löytyy polttomoottorin ja tasauspyörästön välistä, eroaa eri hybridityypeissä merkittävästi. Puhtaassa sarjahybridissä sieltä löytyy generaattori ja sähkömoottori, eikä lainkaan mekaanista yhteyttä. Veto tapahtuu aina sähköllä, polttomoottori pyörittää vain generaattoria joka tekee sähkömoottorille sähköä. Usein kuitenkin sarjahybrideissä on lisänä kytkin, jolla generaattorin ja sähkömoottorin akselit voidaan yhdistää, ja saada maantienopeuksissa aikaiseksi suora mekaaninen energian siirtotie. Tämä siksi, että puhdas sarjahybridi tuhlaa maantieajossa energiaa turhaan energiakonversioon.
Tyypillisessä rinnakkaishybridissä (vaikkapa VAG-hybridissä) sieltä löytyy automaattivaihteisto (usein kaksoiskytkinvaihteisto) sähköhydraulisine ohjauslaitteineen, yksi sähkömoottori sekä irrotuskytkin, jolla polttomoottori voidaan erottaa sähkömoottorin ja vaihteiston sisältävästä paketista. Sähkömoottori vetää tyypillisesti automaattivaihteiston läpi, eli silläkin on käytettävissä useita vaihteita, toisin kuin täyssähköautoissa tyypillisesti.
Sarja-rinnakkaishybridissä polttomoottorin ja tasauspyörästön välissä on kaksi sähkömoottoria, sekä yksi planeettapyörästö. Tässä käytössä planeettapyörästöä kutsutaan nimellä "tehonjakolaite", englanniksi Power Split Device (PSD). Sitä kutsutaankin myös PSD-hybridiksi, mitä nimitystä käytän tässä selostuksessa tästä eteenpäin. Jos planeettapyörästön toimintaperiaate ei ole tuttu, YouTubesta löytyy lukuisia asiaa selventäviä videoita. Hakusanaksi voi laittaa vaikkapa "planetary gear set". Tärkeää on ymmärtää, miten laite pystyy jakamaan tehoa portaattomasti. Kun planeettapyörästölle tuodaan sisään vääntömomenttia yhdeltä akselilta, se jakautuu kahdelle muulle akselille pyörästön rattaiden hammaslukumäärien määrittämällä kiinteällä jakosuhteella. Koska teho on tunnetusti vääntömomentti kertaa kierrosluku, tarkoittaa se, että tehon jakautumiseen vaikuttavat tämän kiinteän jakosuhteen lisäksi myös eri osien pyörimisnopeudet.
Yleisin käyttö planeettapyörästölle lienee perinteisissä automaattivaihteistoissa, joissa sitä käytetään on/off-tyyppisesti. Yksi osa lukitaan, jolloin kahden muun avulla saadaan tietty välityssuhde. PSD-hybridissä sen käyttö eroaa tästä merkittävästi, koska on/off-tyyppisen osien lukituksen sijaan sen välityssuhdetta säädetään portaattomasti. Seuraavasta linkistä voit ladata PDF-dokumentin, jossa esitetään yksinkertainen malli PSD-hybridin rakenteesta, sekä sen mahdollistamista erilaisista toimintamoodeista:
https://drive.google.com/file/d/1EG8QNN3hjzLe-zp9QxQjFmklpSB2dEe3/view?usp=sharing
Dokumentin kuvista on jätetty pois tasauspyörästö, koska sen toiminta ei poikkea millään lailla perinteisen polttomoottoriauton tasauspyörästöstä. Kuvien alaosassa oleva musta rengas kuvaa auton vetäviä pyöriä. Vihreällä kuvatut kaksi sähkömoottoria on nimetty Toyotan käyttämän periaatteen mukaisesti nimillä MG1 ja MG2. Nimitys on lyhenne sanasta moottorigeneraattori, mikä kuvaa sitä, että kumpikin niistä voi toimia joko moottorina tai generaattorina, tilanteesta riippuen. Ford käyttää niistä nimiä latausgeneraattori ja ajomoottori, niiden yleisimpien toimintaroolien mukaan. MG2 (ajomoottori) on koneista isompi ja tehokkaampi.
Polttomoottorin ja vetäviä pyöriä kuvaavan renkaan välissä näkyy planeettapyörästö, jonka eri osat on kuvattu eri väreillä. Vihreä aurinkopyörä on kytketty generaattoriin (MG1), punaiset planeettapyörät (kuvissa näkymättömän kannattimen avulla) polttomoottoriin, ja musta kehäpyörä ajomoottoriin (MG2) sekä tasauspyörästön kautta vetäviin pyöriin. Planeettapyörästö ja sähkökoneet löytyvät auton konepellin alta polttomoottorin kupeessa olevasta "vaihdelaatikosta", kuten myös kuvissa näkymätön tasauspyörästö. Joissain PSD-hybrideissä, lähinnä Toyota RAV4-lataushybridissä, on sähköisellä takavedolla toteutettu neliveto. Sen toiminta ei liity tähän selostukseen millään lailla, nämä kaksi sähkökonetta ovat aina auton etupäässä.
Planeettapyörästön (PSD) ja kahden sähkökoneen lisäksi auton "vaihdelaatikossa" ei juuri muuta olekaan, tiettyjä apulaitteita kuten voiteluöljypumppua lukuun ottamatta. Ei mekaanisia vaihteita, ei kytkimiä, ei hydrauliikkaa. Kaikki osat ovat mekaanisesti aina yhteydessä toisiinsa, oli auto sitten liikkeellä tai paikallaan. Mitään ei irroiteta tai kytketä missään vaiheessa.
Seuraavassa listataan erilaiset moodit, jotka PSD-hybridi mahdollistaa. Selityksissä viitataan edellä linkatun dokumentin kuviin, joten se kannattaa pitää näkyvillä ainakin tästä eteenpäin lukiessa, jotta seuraavat kuvaukset aukeavat paremmin. Kuvissa esitetään sähköenergian siirto sinisillä ja mekaanisen energian siirto mustilla nuolilla. Nämä moodit eivät välttämättä ole kaikki käytössä kaikissa PSD-hybridiautoissa, eli kuvaukset eivät kuvaa minkään tietyn auton toimintaa, vaan yleisesti laitteiston mahdollistamia toimintoja.
Sähköajo ja peruutus
Sähköajo niin eteen- kuin taaksepäin tapahtuu isomman sähkökoneen MG2 avulla. Koska voimansiirrossa ei ole kytkimiä tai vaihteita, ei polttomoottorilla pysty peruuttamaan - se toimii vain yhteen suuntaan pyöriessään. Katkoviivanuolet kuvaavat sitä, että MG2:n tuottama vääntömomentti välittyy PSD:n kautta MG1:lle. Se ei tuota eikä käytä sähköä, vaan pyörii vapaasti. Näin ollen se ei tuota vastamomenttia PSD:lle, joten teho ohjautuu kaikki MG1:n pyörittämiseen, ja polttomoottori ei pyöri.
Nopea sähköajo
Kun sähköajoon tarvitaan lisätehoa (joko suuren nopeuden tai vaikkapa kiihdytyksen takia), molemmat sähkökoneet voivat tuottaa tehoa vetäville pyörille. Katkoviivanuoli kuvaa sitä, että tässä moodissa polttomoottorille päin välittyy myös vääntömomenttia, pyrkien pyörittämään sitä väärin päin. Tämä estetään polttomoottorin akselilla olevalla vapaakytkimellä, joka kytkee akselin hybridivaihteiston runkoon, sallien pyörimisen vain yhteen suuntaan. Kaikissa PSD-hybrideissä ei tällaista vapaakytkintä ole, joten tämä moodi ei ole niissä mahdollinen. Tiettävästi ainakin sekä Fordin että Toyotan uusimmissa lataushybrideissä vapaakytkin on, mahdollistaen molempien sähkökoneiden käytön ajamiseen.
Käynnistys ajossa
Kun sähköajossa halutaan käynnistää polttomoottori, se tapahtuu generoimalla sähköä (jo valmiiksi pyörivän) MG1:n avulla. Tämä aiheuttaa sen akselille vastamomentin, joka jarruttaa aurinkopyörää. Tämän seurauksena MG2:n tuottama teho alkaa pyörittää polttomoottoria. Moottorin saavutettua sopivan käyntinopeuden, käynnistetään polttoaineen suihkutus ja sytytys, jolloin siirrytään hybridi- tai polttomoottoriajoon.
Käynnistys paikallaan
Polttomoottori voidaan käynnistään myös auton ollessa paikallaan. Tämä tapahtuu MG1:llä, käyttämällä sitä sähkömoottorina akusta syötettävän sähkön avulla. Katkoviivanuoli kuvaa sitä, että myös vetäville pyörille välittyy vääntömomenttia tässä tilanteessa. Autoa pidetään kuitenkin paikallaan jarrujen avulla, joten tehoa ei pyörille välity, vaan kaikki teho päätyy pyörittämään polttomoottoria.
Lataus paikallaan
Polttomoottorilla voidaan ladata akustoa MG1:n avulla auton ollessa paikallaan. Tällöin polttomoottorin tuottamaa vääntömomenttia välittyy myös auton vetäville pyörille, mitä kuvaa katkoviivanuoli. Koska autoa pidetään paikallaan jarruilla, tehoa ei kuitenkaan välity pyörille, vaan se menee kaikki generaattorin sähköntuotantoon. Tästä aiheutuu kuitenkin se, että auto käyttäytyy kuten perinteinen momentinmuuntimella varustettu automaattivaihteinen auto - se pyrkii ryömimään voimakkaasti eteenpäin heti, kun jarru vapautetaan.
Polttomoottoriajo
Kun polttomoottori käy ja auto liikkuu, polttomoottorin ja vetävien pyörien välistä välityssuhdetta säädetään portaattomasti MG1:n sähköntuottoa säätelemällä. Mitä enemmän MG1 tuottaa sähköä, sitä suuremman vastamomentin se tuottaa akselilleen, jarruttaen aurinkopyörää. Mitä enemmän aurinkopyörä hidastuu, sitä pienemmäksi muuttuu polttomoottorin ja vetävien pyörien välinen välityssuhde - eli sitä nopeammin auto liikkuu samalla polttomoottorin kierrosnopeudella. MG1:n tuottama sähkö syötetään ajoakkuun.
Nopea polttomoottoriajo
Edellä kuvattu välityssuhteen muutos MG1:n sähköntuottoa lisäämällä (ja siten kierroslukua laskemalla) onnistuu vain tiettyyn rajaan asti - pysäyksiin asti generaattoria ei voi jarruttaa sähköntuottoa lisäämällä. Jos autolle halutaan vielä lisää nopeutta ilman, että polttomoottorin kierroksia täytyy nostaa, on siirryttävä ns. "negative split" -moodiin, jossa aurinkopyörää pyöritetään takaperin, käyttäen MG1:tä generaattorin sijasta moottorina. Tämä mahdollistaa välityssuhteen pienentämisen entisestään, mikä tarkoittaa vielä suurempaa auton nopeutta samalla polttomoottorin kierrosluvulla. MG1:n tarvitsema sähkö tuotetaan MG2:n avulla, käyttäen sitä vuorostaan generaattorina. Tässä moodissa voimalinjan häviöt lisääntyvät kuitenkin selvästi, koska energiaa kierrätetään "hullunkiertona" konversion (mekaaninen-sähkö-mekaaninen) kautta takaperin. Tätä moodia käytetäänkin vain suurella nopeudella ajossa, jossa voimaa tarvitaan vähän. Sen avulla polttomoottorin kierrosluku saadaan pidettyä alhaisena myös suurissa nopeuksissa. Katkoviivanuoli ajoakustoon kuvaa sitä, että sähköa voidaan periaatteessa tuottaa myös enemmän kuin MG1 tarvitsee, ja ladata sitä akustoon.
Hybridiajo
Hybridiajossa käytetään poltto- ja sähkömoottoria yhdessä auton liikuttamiseen. Polttomoottorin välityssuhteen säätö tapahtuu MG1:n avulla, samalla tavalla kuin polttomoottoriajossa. MG2 toimii sähkömoottorina, tuottaen lisää tehoa vetäville pyörille. Koska MG1 tuottaa vaihtelevia määriä sähköä ajotilanteen mukaan, sitä johdetaan tilanteesta riippuen joko MG2:lle tai ajoakkuun. Silloin kun MG1:n tuottama sähkö ei riitä MG2:n käyttöön, sitä otetaan lisää ajoakusta. Tätä kuvaavat katkoviivanuolet ajoakuston ja invertteriyksikön välillä.
Regeneratiivinen jarrutus
Kun auton nopeutta hidastetaan jarruttamalla, jarrutus tapahtuu tiettyyn pisteeseen asti pelkästään generoimalla sähköä MG2:n avulla, ja syöttämällä se ajoakustoon. Katkoviivanuolet kuvaavat sitä, että osa auton liike-energiasta välittyy PSD:n kautta MG1:lle, joka pyörii vapaasti tuottamatta tai kuluttamatta sähköä.
Tehojarrutus
Regeneratiivista jarrutusta on mahdollista tehostaa myös oikean moottorijarrutuksen avulla. Tämä tapahtuu generoimalla MG1:llä sähköä, joka syötetään ajoakustoon kuten MG2:n tuottama sähkökin. Koska MG1 tuottaa vastamomentin aurinkopyörään, osa auton liike-energiasta välittyy polttomoottorille, saaden sen pyörimään. Polttomoottorille ei syötetä polttoainetta, joten sen kitkat ja pumppaushäviöt lisäävät hidastuvuutta, kuten tavallisessa polttomoottoriautossa.
Kaikki edellä esitetyt PSD-hybridin erilaiset toiminnot tapahtuvat siis yhden polttomoottorin ja kahden sähkökoneen vääntömomentteja säätelemällä. Polttomoottorin tapauksessa säätö tapahtuu lähinnä polttoaineen suihkutusta säätelemällä, sähkökoneilla taas säätämällä niiden tuottamaa tai kuluttamaa sähköenergiaa invertterien avulla. Laakerit ovat periaatteessa ainoita kuluvia osia voimansiirrossa, koska mitään mekaanisia kytkentäliikkeitä ei tehdä.