Как работает приус. Принцип работы гибридного двигателя на автомобиле

Будущее марки Тойота – это гибридные автомобили. Пока электромобили не совершенны и передвигаются без подзарядки максимум до 150 км. Аккумуляторные батареи гибридных автомобилей получают подзарядку от ДВС, обеспечивая комфорт и экономичность при езде на любые расстояния.

Устройство гибридного автомобиля

Устройство гибридного автомобиля (например, Тойота Приус) основано на последовательно-параллельно схеме. У таких транспортных средств крутящий момент на колеса может подаваться и от мотора, и от мотора-генератора. При этом величина мощности агрегатов варьируется в зависимости от степени заряда и возможностей мотора.

Основу конструкции составляют двигатель внутреннего сгорания, электромотор, два генератора и делитель мощности. Последнее устройство позволяет трогаться и осуществлять движение на малых скоростях исключительно на электромоторе. ДВС в этот момент будет обеспечивать только работу генератора.

Зарядка гибридного автомобиля осуществляется посредством отдельного генератора, поэтому электрический мотор-генератор используется только для привода ведущих колес. Во время высоких нагрузок, таких как подъем в гору или езда на высокой скорости в работу активно подключается бензиновый мотор. Делитель мощности контролирует передачу от крутящего момента ДВС на колеса, перераспределяя часть ее для заряда АКБ и генератора.

Принцип работы гибридного автомобиля

Принцип работы гибридного автомобиля (например, Тойота Приус) состоит в следующем: старт, первоначальный разгон и езду на малых оборотах обеспечивает электрический мотор-генератор, при повышенных нагрузках подключается бензиновый мотор. Компьютер регулирует его работу так, чтобы были обеспечены самые высокие показатели экономичности.

Шестерня делителя мощности, передающая крутящий момент на ведущие колеса, вращается посредством электромотора. Основной принцип действия гибридного автомобиля заключается в формировании передаточного числа трансмиссии делителем мощности, именно он распределяет уровень включенности в работу каждого из моторов.

Такая схема гибридного автомобиля называется последовательно-параллельной. Она соединила все преимущества последовательно и параллельной схем. В итоге инженеры японского автоконцерна смогли создать максимально надежный агрегат, ведь управление крутящим моментом происходит при помощи электроники, исключая участие множественных механических узлов и механизмов.

Рекуперативная система торможения также передает кинетическую энергию на генератор, восполняя запас аккумулятора. Для экстренного торможения применяется обычная фрикционная тормозная система.

Двигатель (ДВС) гибридного автомобиля

Мотор авто, работающего по принципу гибрида, в первую очередь основывается на принципе экономичности. Для Тойота Приус инженеры компании Toyota смогли выпустить агрегат в 1,8 литров мощностью 98 лошадиных сил. Теперь расход Тойота Приус гибрид составляет примерно 4,5 литра на 100 км (5 литров по городу и 3,9 литра по трассе). В холодное время года вне зависимости от режима езды потребление топлива увеличивается в среднем на 2 литра на 100 км. Для заправки завод-изготовитель рекомендует использовать бензин марки АИ-95.

Стоит отметить, что разогнать машину до сотни получится чуть боле, чем за 10 секунд. При этом максимальная скорость авто составит 180 км/ч.

Тип двигателя Тойота гибрид подбирался с точки зрения максимального коэффициента полезного действия. У современных гибридов он составляет 40%. Такие показатели позволило получить использование мотора, работающего по циклу Аткинсона. Основная особенность такого бензинового мотора состоит в том, что сжатие топлива запаздывает за ходом поршня. Оно запускается несколько позже начала движения поршня в верхнюю часть гильзы. Благодаря такой уловке некоторое количество топливно-воздушной смеси возвращается во впускной коллектор.

Данный тип ДВС дал современному мотору Toyota Prius следующие преимущества:

• увеличение рабочего хода поршня;
• повышение КПД;
• уменьшение расхода топлива;
• оптимально подходящая конструкция для работы в узком диапазоне оборотов коленчатого вала;
• 122 лошадиных силы суммарной мощности движущей установки.

Электромотор автомобиля Тойота

В Toyota Prius имеется два электромотора: управляющий и тяговый моторы-генераторы. Оба движка питает АКБ.
Тяговый мотор-генератор обеспечивает авто запуск и первоначальный разгон. Управляющий мотор-генератор отвечает за зарядку гибридного автомобиля, а также выполняет функции стартера.

Как правило, по городу в режиме «старт/стоп» Toyota Prius перемещается исключительно за счет электрической установки.

Мощность электромотора Тойота Приус определяется следующими характеристиками:

• 60 лошадиных сил;
• 56 кВт;
• 163 Н*м.

Последние модели Prius получили возможность заряжаться и от электрической розетки, что позволило сделать их еще экономичнее. Минус один – полная зарядка аккумулятора составит 6 часов, поэтому пока использование транспортного средства без участия двигателя внутреннего сгорания неудобно для поездок на дальние расстояния.

Аккумуляторная батарея

На борту Тойота Приус аккумуляторных батарей две:

1. Вспомогательная аккумуляторная батарея автомобиля емкостью 45 А/ч.

2. Основная никель-металлгидридная высоковольтная аккумуляторная батарея емкостью 6,5 А/ч и напряжением 201,6 В, состоящая из 168 ячеек.

Особенность устройства основной аккумуляторной батареи автомобиля состоит в том, что они оснащены собственной системой охлаждения.

В свое время Тойота Приус была первопроходцем среди автомобилей гибридов. Сегодня установки типа hybrid удалось усовершенствовать так, что они стали устанавливаться и на другие более массовые модели Toyota, тем не менее Prius заслуженно входит в рейтинг лучших гибридных автомобилей . Популярность подобной схемы мотора можно объяснить ее экологичностью, экономичностью и надежностью, проверенной годами.

Почему мы коснулись этого вопроса на нашем портале? И почему мы хотим просветить Вас в вопросах работы гибридных двигателей? Всё предельно просто и понятно. Дело в том, что многие сферы нашей жизнедеятельности буквально пронизаны взаимодействием всевозможных технологий, которые в своём симбиозе порождают гораздо более эффективные методы, гаджеты и механизмы. И конечно же не посмели отставить в сторону и двигатели для наших четырёхколёсных любимцев. И вот именно о таких агрегатах, их положительных и отрицательных сторонах, о том как они работают мы и поговорим в данной теме. А пока совершим небольшой экскурс в историю. Поехали!

Немного истории

Автомобили с гибридными «сердцами» – изобретение далеко не новое, как может показаться на первый взгляд. Первооткрывателем и воплотителем идеи гибридного двигателя стал иезуитский священнослужитель по имени Фердинанд Вербист. В 1665 году он начал работать над планами создания простых четырёхколёсных повозок, работающих на паровой и конной тяге. Но а первые серийные модели с гибридными двигателями увидели свет уже на рубеже 19-го и 20-го веков. На протяжении десяти лет, начиная с 1887 года французская Compagnie Parisienne des Voitures Electriques выпустила серию и автомобилей с гибридными моторами. А в 1900 году компания General Electric создала гибридное авто с четырёхцилиндровым бензиновым двигателем. Компания Walker Vehicle Company of Chicago до 1940 года выпускала гибридные грузовые автомобили.

Конечно, на то время производство подобных автомобилей ограничивалось небольшими партиями и созданием разного рода прототипов. Однако в наше время острая нехватка нефтяных ресурсов и постоянно прогрессирующий экономический кризис побудили автомобильных конструкторов и разработчиков вернуться к истокам и возобновить выпуск автомобилей с гибридными двигателями.

Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях

Ну а теперь самое время разобраться с тем, что за агрегат гибридный двигатель и почему так рьяно стали производит автомобили с такими сердцами? Гибридный двигатель представляет собой систему двух связанных между собой двигателей: бензинового и электрического. Два двигателя могут работать как в связке, так и по отдельности, всё зависит от того, какой режим работы использован в данный момент. Процессом перераспределения «полномочий» управляет мощный компьютер, который в тот или иной момент решает какой из двигателей должен сейчас работать. Для передвижения в загородном режиме всю работу берёт на себя топливный двигатель, ибо аккумулятора на трассе хватает ненадолго. Для передвижения по городу включается электродвигатель.

Если же автомобиль подвергается большим нагрузкам или ему приходится часто и довольно интенсивно разгоняться, то оба двигателя работают уже вместе. Интересен тот факт, что пока автомобиль движется на топливном моторе, электрический в это время заряжается. Автомобиль с гибридным двигателем выбрасывает в атмосферу на 90% меньше веществ, чем привычные нам топливные моторы , и это несмотря на то, что в его состав входит и бензиновый агрегат тоже. Так же потребление бензина в городе можно свести к нулю, что, конечно же, не сказать о загородных поездках.

Давайте рассмотрим как автомобиль с гибридным двигателем трогается с места. В самом начале движения и на малых скоростях работают лишь аккумулятор и электрический двигатель. Энергия, что запасена в батарее питает энергетический центр, который далее распределяет её по электромоторам, которые уже и стартуют автомобиль с места бесшумно и очень плавно. После того, как набрана максимальная для электродвигателя скорость, подключается и бензиновый агрегат. Крутящий момент на ведущие колёса уже поступает от двух двигателей в одночасье. В процессе такой работы двигатель внутреннего сгорания отдаёт часть выработанной энергии на генератор, который далее и питает электродвигатели, разгружая АКБ, излишки же энергии передаются на аккумулятор, восполняя его, утраченный на начало движения, запас.

Если автомобиль движется в нормальном режиме, то автоматом используется ведущим лишь передний привод, в остальных же случаях распределение крутящего момента подаётся уже на две оси. В режиме ускорения крутящий момент на колёса поступает в основном от двигателя внутреннего сгорания, а если необходимо нарастить динамику, то в ход идут уже и электромоторы, дополняющие ДВС. Но вот более интересным моментом всё же является торможение. Электронный «мозг» автомобиля держит под контролем включение и выключение Когда стоит подключить гидравлику, а когда и рекуперативное торможение, но предпочтение всё же отдаётся второму. То есть, когда водитель гибридного автомобиля нажимает на педаль тормоза, электродвигатели переходят генераторный рабочий режим, создавая тем самым тормозной момент на колёсах, при котором также вырабатывается электроэнергия, которая и подпитывает аккумулятор через распределительный энергоцентр. В этом то и утаилась вся суть «изюминки» гибридного двигателя.

В привычной же нам классике энергия, выделяемая при торможении расходуется в пустую, просто теряясь в пространстве как тепло от тормозных дисков и других деталей. Использование тормозной энергии очень эффективно в условиях города, когда частое торможение на светофорах – обычное дело. Система VDIM, которая является управляющей автомобильной динамикой, управляет работой всех автомобильных систем активной безопасности, объединяя их в единый «организм».

Пожалуй, первым удачным экземпляром, оснащённым гибридным двигателем, выпущенным в массы стал известный уже ныне «Prius» от компании Toyota. Этот чудо автомобиль расходует всего чуть более трёх литров бензина на каждые сто километров в городском режиме. Также японская компания пошла далее, выпустив свой люксовый гибридный кроссовер Lexus RX400h. Но и стоимость данного авто в среднем в пределах 70 000 у.е. Заметим, что первое поколение Toyota Prius уступало автомобилям того же класса с двигателями внутреннего сгорания по скоростным и мощностным характеристикам, в отличие от Lexus RX400h, который изначально составлял хорошую конкуренцию в своём классе.

После Toyota лидирующие мировые автомобильные концерны тоже не оставили без внимания использование гибридных двигателей, так как в этом было увидено решение глобальной проблемы загрязнения природной среды и топливной экономии. И так последовало объявление о создании гибридной грузовой и транспортной техники от компании Volvo Group. По их расчётам выпуск данной продукции со временем сократит потребление топлива на целых 35%.

Но при всём величайшем желании и расчётах автомобильных концернов, автомобили с гибридными двигателями пока что не раскупают по всему миру как горячие пирожки. Популярность гибридных автомобилей набирает обороты лишь в Канаде и Штатах. Спрос на гибриды среди американского населения вырос из-за резкого подорожания топлива, которое нещадно палили раньше. Ведь американский автопром всегда славился своими «мускул-карами» с невероятно мощными моторами и огромным потреблением горючей жидкости. Европейские автолюбители к автомобилям с гибридными двигателями отнеслись в целом нейтрально. Там заправляет достаточно экологичный и более экономичный, заслуживший доверие ветеран, - дизель.

Большая часть автомобилей Европы заправляются дизелем, что нельзя сказать о США. Более того автомобили с дизельными двигателями гораздо дешевле гибридных, к тому же проще и надёжнее в своей конструкции. Ведь всем известен такой постулат: «чем сложнее сконструирована система, тем менее её надёжность». Именно этот фактор и определяет количество гибридных автомобилей на территории нашей страны. Официально такие автомобили к нам не поставляют, а проблема СТО просто неминуема в случае поломки. Профильных СТО по ремонту гибридных двигателей попросту нет в нашей стране. А самостоятельно такой аппарат, думаем, вряд ли кто-то возьмётся чинить.

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

Итак, мы с Вами вкратце рассмотрели, что такое гибридный двигатель и почему его применение не настолько распространено в мире, как того бы хотелось. Теперь хотелось бы «копнуть» поглубже и рассмотреть схему его строения. А ведь их существует три. Предлагаем начать с простейшей схемы, которая вызывает у нас наименьший интерес – это последовательный гибридный двигатель.

Последовательная схема гибридного двигателя

В данной схеме запуск автомобиля происходит от электрического мотора. Двигатель внутреннего сгорания находится в связке с генератором, питающим батарею аккумулятора. Гибридные автомобили с последовательной схемой силового агрегата (Plug-inHybrid), зачастую, выпускаются с возможностью подключения к электрической сети по окончанию поездки. Наличие данной функции подразумевает использование аккумуляторных батарей с большой энергоёмкостью, что существенно сокращает затраты топлива на использование двигателя внутреннего сгорания, что в свою очередь сокращает количество вредных выбросов в атмосферу. К таким автомобилям можно отнести Chevrolet Volt и Opel Ampera. Их так же называют электромобили с широким радиусом действия. Эти автомобили могут ехать лишь питаясь от аккумуляторной батареи со скоростью 60 км/ч и используя энергию генератора, приводящего в действие бензиновый двигатель целых 500 километров.

Параллельная схема гибридного автомобиля

При данной схеме параллельно подключенные двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель устанавливаются таким образом, что могут работать как отдельно друг от друга, так и вместе. Такой эффект достигается благодаря конструкции агрегата, в которой бензиновый двигатель, электромотор и трансмиссия соединены автоматически управляемыми муфтами. Автомобиль с такой схемой гибридного двигателя использует электромотор небольшой мощности, примерно в 20 кВт. Его основной задачей является добавление мощности ДВС во время ускорения автомобиля.

В большей части подобных конструкций электромотор устанавливается между двигателем внутреннего сгорания и Он так же выполняет функции генератора и стартера. Известнейшими представителями среди автомобилей с последовательной схемой гибридного двигателя являются BMW Active Hybrid 7, Honda Insight, Volkswagen Touareg Hybrid, Honda Civic Hybrid. Данная схема появилась благодаря проявлению инициативы компании Honda с её системой Integrated Motor Assist - IMA. Работу данной системы можно подразделить на несколько характерных режимов:

- работа от электродвигателя;

Совместная работа электромотора и ДВС;

Работа от ДВС с параллельной зарядкой аккумуляторной батареи при помощи электромотора, который выполняет функцию генератора;

Подпитка аккумулятора в период рекуперативного торможения.

Последовательно-параллельная схема гибрида

В данной схеме электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания связываются при помощи планетарного редуктора. Это позволяет одновременно передавать мощность от каждого из моторов на ведущие колёса в соотношении от 0 до 100% от номинальной мощности. Последовательно-параллельная схема отличается от предыдущей тем, что на первой установлен генератор, который создаёт энергию для работы электромотора.

Известными представителями автомобилей с такой схемой гибридного двигателя являются Toyota Prius, Ford Escape Hybrid , Lexus RX 450h. В данном сегменте «гибридного» рынка лидирует компания Toyota со своей системой Hybrid Synergy Drive - HSD. Силовой агрегат системы Hybrid Synergy Drive представлен следующим образом:

- ДВС связывается с планетарным редуктором;

Электродвигатель, который присоединён к коронной шестерне планетарного редуктора;

Солнечная шестерня планетарного редуктора соединенная с генератором.

Двигатель внутреннего сгорания работает в цикле Аткинсона, а значит на низких оборотах он вырабатывает малую мощь, результатом чего является лучшая топливная экономичность и меньшее количество выхлопных газов.

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Самым важным плюсом автомобилей с гибридными двигателями является их экономичность. Топливный расход у таких автомобилей на 25% меньше чем у классических машин с двигателем внутреннего сгорания. А в условиях нашей ситуации с постоянно повышающимися цена на бензин это очень важный фактор.

2. Следующий не менее важный пункт Следующий по важности пункт среди положительных сторон гибридных двигателей – это экологичность. Гибридные автомобили наносят гораздо меньше урона нашей экологии чем классические. Это достигается благодаря более рациональному топливному расходу. А при полной остановке автомобиля, ДВС прекращает работать, передавая бразды правления электрическому мотору. Следовательно во время остановок гибридного автомобиля атмосфера не загрязняется выбросами СО2.

3. Батареи гибридных двигателей подзаряжаются от бензинового двигателя, чего нельзя сказать об электромобилях, что делает запас хода топливного двигателя гораздо большим. И ещё он может дольше обходиться без дозаправки.

4. Современные гибридные автомобили ничуть не уступают аналогичному классу традиционных по всем основным характеристикам. Так что развеем этот миф, которому многие, скорее всего верят.

5. В городских условиях с частыми остановками гибридные автомобили работают как электромобили.

6. Стоя на месте автомобиль с гибридным двигателем полностью бесшумен, так как он работает только на электродвигателе.

7. Заправка гибрида осуществляется бензином и таким же образом, как и традиционного автомобиля.

Минусы гибридных автомобилей

В мире нет ничего идеального, а значит и гибридные двигатели тоже имеют свои минусы.

1. И основным минусом является дорогой ремонт. Так как конструкция таких двигателей очень сложна, то и найти специалиста, который займётся устранением проблем, очень сложно. Этим и объясняется большая стоимость обслуживания гибридов.

2. Аккумуляторы, установленные на гибриды подвержены саморазрядке. Также они не переносят резких перепадов температур. А срок службы их сильно ограничен. Но до сих пор пока не выяснили то, какое влияние на окружающую среду оказывают аккумуляторы из-за чего утилизировать их является проблемной задачей.

Очевидно, конечно, что гибридные двигатели имеют больше плюсов чем минусов, но в нашей стране они не прижились пока что. Первая причина для этого – цена. Стоимость в Украине популярной Toyota Prius составляет от 850 000 гривен. А ведь он не только самый-самый в своей популярности, но и самый дешёвый. Также в России планировалось наладить выпуск гибрида под названием «Ё-мобиль», но проект был свёрнут. На сегодня самым мощным автомобилем с гибридным двигателем является BMW ActiveHybrid X6.

Борьба за экологию в наше время идёт полным ходом и очень рьяно, в связи с чем автолюбителей стимулируют к приобретению автомобилей с гибридными двигателями. Так в Америке владельцам таких автомобилей предоставляются определённые льготы и бесплатные места на парковках. В нашей стране также планируются вводиться похожие законы, в частности будут уменьшены пошлины на импорт автомобилей с гибридными двигателями. Бензиновые двигатели уже понемногу отходят на задний план, утрачивая свои позиции. И гибридные двигатели – один из основных шагов, которые предпринимаются для этого. Но пока ценовая категория этих автомобилей остаётся на том же уровне, спрос на них будет малый.

О ценах на авто с гибридными двигателями

Как и всё новое, необычное и интересное, автомобили с гибридными двигателями отличаются от своих классических собратьев большей стоимостью. Сегодня гибридные автомобили гораздо превышают в стоимости автомобили с аналогичными характеристиками, но с бензиновыми двигателями. Например, гибридная Toyota Camry превосходит по стоимости своего бензинового собрата почти на 7 000 долларов. Стоимость гибридной Honda Civic возросла на 4 000 долларов по сравнению со своей традиционной моделью. Lexus GS 450h – это прекрасный динамичный (от 0 до 100 всего за 5,9 секунд) автомобиль, который ещё и гораздо экономичнее аналогичных по мощности седанов с восьмицилиндровыми двигателями. Топливный расход этого автомобиля приблизительно 8 литров на 100 километров в смешанном цикле. Средняя розничная цена на этот автомобиль в Украине в среднем будет составлять около 80 000 долларов.

На тему внедрения гибридных автомобилей, конечно, можно рассуждать долго и занимать определённые позиции и отстаивать свои точки зрения, но ясно одно – будущее не за горами и скоро этот скачок будет совершён. Перемены в автомобилестроении грядут грандиозные! И надеемся это будет то, что нужно всем нам.

Гибрид модели Toyota Prius за три ее поколения успели настолько усовершенствовать, что сегодня этот силовой агрегат можно встретить и в ряде более популярных массовых моделях Toyota. Так в чем же конструктивные ноу-хау тойотовского гибрида?

Конструкция

Гибридная силовая установка Toyota Prius представляет собой последовательно-параллельную конструкцию (комбинированная), в которой крутящий момент на колеса может передаваться от двигателя внутреннего сгорания напрямую и от тягового электромотора в любых пропорциях. Для реализации работы по такой схеме в конструкцию силовой установки был внедрен, так называемый, делитель мощности. Это планетарный механизм с четырьмя шестернями-сателлитами. К наружной шестерне этого механизма подключен тяговый электродвигатель. Так же она непосредственно связана с главной передачей, которая передает крутящий момент к межколесному дифференциалу и далее на колеса. Четыре сателлита в этой конструкции подключены к двигателю внутреннего сгорания, т.е. их оси вращаются вокруг оси центральной солнечной шестерни. Последняя, в свою очередь, связана с управляющим мотор-генератором. Чтобы понять, как эта конструкция работает, следует по отдельности рассмотреть режимы ее работы.

Общий принцип работы

Начальный разгон машине обеспечивает тяговый электромотор-генератор MG2. Он вращает внешнюю шестерню планетарной передачи, через которую момент передается на колеса. Когда мощности тягового электромотора становится недостаточно, в работу вступает бензиновый двигатель. При этом он работает в самом экономичном режиме. Вращая шестерни сателлиты, приводятся в действие как наружная шестерня, так и внутренняя, солнечная, которой управляет мотор-генератор MG1. И именно от поведения MG1 зависит на сколько усилие ДВС передастся на колеса, иными словами это называется «формирование передаточного числа трансмиссии».

Так же MG1 отвечает за подзарядку батареи в любом режиме (даже стоя на месте) и за запуск двигателя, что делает систему очень гибкой, вне зависимости от режима эксплуатации. Благодаря этому инженерам Toyota удалось получить универсальную систему распределения крутящего момента, которая максимально оптимально распределяет энергию, полученную при сгорании топлива в ДВС. Эта система так же обладает уникальной механической надежностью, поскольку управление крутящим моментом происходит по проводам, минуя традиционное множество сложнейших механических и гидравлических узлов.

Делая эко-мобиль с очень умной силовой установкой инженеры Toyota серьезно подошли и к выбору двигателя внутреннего сгорания. Он, как и в целом автомобиль, разработан для максимальной экономии топлива. А так как эта характеристика напрямую зависит от коэффициента полезного действия мотора, т.е. от эффективности использования теплоты сгораемого топлива, было принято решение создавать ДВС, работающие по циклу Аткинсона. В данном моторе, в отличии от двигателей, работающих по циклу Отто, сжатие начинается не в начале хода поршня вверх, а чуть позже, поэтому часть топливо-воздушной смеси выталкивается обратно во впускной коллектор. Благодаря этому удается увеличить рабочий ход, чем увеличивают время использования энергии давления расширяющихся газов, т.е. повышают КПД мотора с соответствующим снижением расхода топлива. Цикл Аткинсона в гибридах более актуален по причине работы ДВС в данной конструкции в более узком диапазоне оборотов.

В последнем 4-м поколении Toyota Prius используется 1,8-литровый бензиновый двигатель, мощностью 98 л.с.. В Toyota Yaris Hybrid применен 1,5-литровый двигатель, мощностью 75 л.с., в модели Auris – 1,8-литровый 99-сильный ДВС, и в последней новинке Toyota RAV4 Hybrid использован 2,5-литровый ДВС мощностью 155 л.с. Суммарная мощность силовых установок этих гибридов составляет, соответственно, 122 л.с., 100 л.с., 136 л.с., 197 л.с.

Стоит отметить, что инженеры Toyota продолжают совершенствовать конструкцию ДВС, работающего по циклу Аткинсона. На данный момент уже выпускаются моторы с тепловым КПД (коэффициент полезного действия), который достигает 40%. Ранее этот показатель для данных моторов составлял 38 %, а для ДВС, работающих по циклу Отто – еще меньше. Более высокий коэффициент полезного действия означает более эффективное использование тепла, выделяемого при сгорании топлива. Соответственно, удельная мощность и экономичность новых гибридных агрегатов Toyota стали еще выше.

Кстати, понятие «холостого хода двигателя» у гибридов Тойота отсутствует. Если блок управления запустил мотор, это означает что: либо заряжается батарея, либо прогревается ДВС, либо обогревается салон, либо автомобиль движется.

Электромоторы

В конструкции гибридной силовой установки Toyota используется два электромотора – управляющий мотор-генератор (MG1) и тяговый мотор-генератор (MG2). Мощность тягового электромотора:

Yaris Hybrid – 45 кВт, 169 Нм;

Auris Hybrid – 60 кВт, 207 Нм;

Prius – 56 кВт, 163 Нм;

RAV4 Hybrid – 105 кВт, 270 Нм; задний электромотор – 50 кВт, 139 Нм;

Кстати, управляющий мотор-генератор в данной конструкции выполняет и функцию стартера. Это позволило исключить из конструкции ДВС классический стартер, которые в случае с ДВС, работающими по циклу Аткинсона не могут запускаться на низких оборотах (у обычных ДВС Отто – 250 об/мин). Данный агрегат для запуска нужно «раскрутить» до оборотов не менее 1000, что и делает управляющий мотор-генератор.

/

Электроника

За обеспечение работы гибридной силовой установки Toyota отвечают еще ряд систем. Это преобразователь напряжения (инвертор), 520В / 600В / 650В. В него входит бустер, инвертор преобразователь постоянного тока в постоянный ток 14 вольт (для питания бортовой сети, DC/DC) и жидкостная система охлаждения. Последняя нужна для создания наиболее благоприятных условий работы электроники. Она работает с наибольшей производительностью и наименьшими потерями при комнатной температуре (порядка 20 градусов Цельсия). Поскольку инвертор оборудован мощными каскадами транзисторов – они требуют быстрого отвода тепла. Этого же требуют и электромоторы в трансмиссии. Для этого к инвертору и трансмиссии подведена жидкостная система охлаждения, температурный диапазон которой гораздо ниже, чем нормальный температурный диапазон двигателя внутреннего сгорания.

Автомобиль Toyota Prius имеет достаточно сложную систему привода.

Основные компоненты силовой установки Toyota Prius:

1. Двигатель внутреннего сгорания - бензиновые двигатель работающий по циклу Аткинсона. Основные достоинства такого двигателя - малый расход топлива, высокий КПД и очень низкая токсичность.
Двигатель может не только передавать усилие на колеса автомобиля при необходимости, но так же может крутить мотор генератор вырабатывая энергию для электрической сети автомобиля.
Электричество от генератора может запасаться в аккумуляторных батареях или тратится на климат-контроль или другие системы автомобиля.

2. Мотор/генератор 1 - может работать как генератор, вырабатывает энергию для последующей зарядки аккумуляторов или для прямой передачи энергии к мотору 2 который непосредственно крутит колеса, в моменты когда ему не хватает мощности батарей. Так же этот мотор помогает запустить ДВС как стартер в обычном автомобиле.
3. Мотор/генератор 2 - служит для передачи основного усилия на колеса автомобиля используя энергию аккумуляторных батарей.

Оба мотор/генератора сделаны на основе мощных неодимовых магнитов.

Постоянные магниты двигаются внутри элетромагнитного статора состоящего из множества медных обмоток вырабатывая электрический ток.

На выходе статора при работе в режиме генератора мы получаем трехфазное переменное напряжение, которое с помощью конвертера преобразовывается в постоянное напряжение, необходимое для подзарядки аккумуляторов и стабильно работы электросети автомобиля.

Так же в режиме мотора, если на обмотки электромагнитного статора подается трехфазное контролируемое напряжение, ротор с магнитами крутится вырабатывая необходимое количество кинетической энергии.

4. Планетарный раздаточный механизм - самый сложный элемент привода автомобиля. Позволяет комбинировать усилия от Двигателя внутреннего сгорания и тягового электродвигателя. Механизм может не только подключать в нужные моменты ДВС, но так же может отключать его от всей системы привода, оставляя его один на один с генератором.

Основной особенностью планетарного механизма автомобиля Toyota Prius является то, что двигатель внутреннего сгорания не связан напрямую с колесами. ДВС может частично помогать вращать колеса отдавая лишь часть энергии и происходит это на оптимальных оборотах двигателя и на соответствующей оптимальной скорости автомобиля.
Как показывает практика - ДВС работает оптимально на трассе при оборотах выше 2000 - особенно это касается двигателя с циклом Аткинсона, который практически не отдает момента на низких оборотах.

В основном ДВС крутит генератор который вырабатывает электрическую энергию. Если автомобиль движется в пробках и передвигается медленно, его перемещает основной электродвигатель за счет аккумуляторных батарей. В случае если автомобилю нужно набрать скорость дополнительная энергия вырабатывается генератором который раскручивается с помощью ДВС.

Основные части планетарного механизма

1. Основное кольцо - внешняя круговая шестерня
2. Солнечная шестерня - по аналогии с солнечной системой расположена в центре механизма
3. Планетарные шестерни - расположены на планетарной оси которая вращается вокруг солнечной шестерни и соответственно так же вращаются и планетарные шестерни.

Мотор/генератор 1 - который в большинстве случаев работает как генератор или как стартер подключен напрямую к солнечной шестерне.
Мотор/генератор 2 - подключен к основному кольцу и в свою очередь напрямую к колесам.
ДВС - подключен к планетарной оси с планетарными шестернями.

На стенде представлена вся система в сборе.

Основные элементы - диск сцепления на валу планетарного механизма (ДВС), мотор/генератор 1 и Мотор/генератор 2.

Видео - принцип работы и составные части планетарного механизма соединяющего электродвигатели и двс в тойту приус

Примеры работы коробки передач тойоты приус:

1. Если автомобиль остановился Мотор/генератор 2 тоже останавливается так как соединен напрямую с колесами.
Если аккумлуяторные батареи недостаточно заряжены для последующего движения их нужно зарядить с помощью генератор. Для этого необходимо завести двигатель.
Мотор/генератор 1 начинает свое вращение и через планетарный механизм вращает и заводит двигатель.
ДВС в свою очередь начинает вращать Мотор/генератор 1 и тот в режиме генератора вырабатывает необходимую энергию. Переменное напряжение на выходе генератора преобразовывается в постоянное напряжение 120 Вольт для зарядки аккумуляторов.
Так же двигатель может запускаться и останавливаться в таком режиме при необходимости для зарядки аккумуляторов или для подпитки потребителей бортовой сети автомобиля (климат-контроль, магнитола, свет).

2. Если нам необходмо начать движение и двигатель внутреннего сгорания остановлен, энергия направляется на Мотор/генератор 2 который начинает вращать колеса и одновременно через планетарный механизм вращает Мотор/генератор 1. На этом этапе происходит обратное преобразование из постоянного напряжения 120 Вольт в трехфазное переменное для вращения электромотора.

При большом разгоне автомобиля, мы можем достигнуть такой скорости на колесах автомобиля а значит и на оси Мотор/генератор 2 которая будет больше допустимой скорости Мотор/генератор 1. Обычно это скорость около 40 миль в час при которой обороты на Моторе 1 достигают максимальных 6000.

Мотор 2 приводит в движение Мотор 1 через шестерни с соотношением 2,6. То есть при вращении Мотор 2 на максимальных оборотах, Мотор 1 будет делать в 2,6 раза больше оборотов.

3. Запуск двигателя на ходу происходит при остановке Мотор/генератор 1 с помощью электромагнитного поля подаваемого как противовес - против вращения ротора. При такой комбинации усилий, сила вращения колеса передается на вал ДВС. Двигатель прокручивается и заводится.

ДВС начинает вращаться и увлекает за собой Мотор/генератор 1. Теперь все моторы вращаются в одном направлении и все силы равномерно расходуются на движения колес. Правило соблюдается только если скорости всех моторов одинаковые.

Если ДВС начинает крутится быстрее прикода колес (Мотор/генератора 2), он начинает быстрее вращать генератор 1 вырабатывае больше энергии для зарядки аккумуляторов и последующего движения.

На данном примере мы можем четко проследить что Двигатель Внутреннего сгорание не связан напрямую с приводом авто. Он вращается свободно - может вращаться быстрее или медленнее основного привода (Мотор/генератора 2). ДВС может только помогать вращаться колесам при совпадении оборотов колес и оси двигателя - в остальных случаях он работает только на генератор добавляя необходимую энергию в систему в нужные моменты.

4. Задний ход реализован с помощью Мотор/генератора 1, который как вы помните по описанию выше использовался только как генератор или стартер.
В случае если ДВС заглушен и автомобиль необходимо сдвинуть назад - Мотор/генератора 1 подключается в режиме мотора и вращается в направлении противоположном вращению Мотор/генератора 2. При остановленом ДВС планетарная ось остановлена на месте и усилие с Мотора 1 передается через планетарные шестерни напрямую на Мотор 2.
Мотор 2 вращается в обратно направлении и автомобиль двигается назад.

Если в момент запуска заднего хода работает ДВС, необходимо просто вращать Мотор/генератора 1 быстрее чем вращается ДВС, тем самым дополнительное усилие (вращение с превышающей скоростью) будет передаваться на Мотор/генератора 2 в виде обратного вращения - заднего хода.

Таким образом сложный и в тоже время простой планетарный механизм позволяет соединить три двигателя в любых комбинациях необходимых для полноценной работы автомобиля Toyota Prius.

Одним из самых актуальных технологических направлений в мировом автопроме является внедрение «зеленых» технологий. Даже эффективные системы безопасности и ультрасовременные электронные ассистенты меркнут на фоне преимуществ, которые открывают электрические и гибридные концепты. И дело не только в минимизации уровня загрязнений окружающей среды. Отказ или, по крайней мере, сокращение потребления традиционного топлива выгодно и для самих автолюбителей, которые могут рассчитывать на значительную экономию. Правда, слово «экономия» пока еще неохотно сочетается с ценами на энергосберегающие модели. Большинство предложений этого класса доступны российскому потребителю за 2-3 млн руб. В этом контексте весьма привлекателен выбор такого автомобиля, как «Тойота-Приус-Гибрид», фото которого представлено ниже.

Модель предлагается с начальным ценником 1,2 млн руб. Конечно, и такую стоимость нельзя назвать доступной массовому автолюбителю, но сокращение топливного расхода при долгосрочной эксплуатации оправдает вложения. Тем более что покупатель получает не просто модель с необычной силовой установкой, а качественный японский автомобиль с намеком на премиальность.

Общие сведения о модели

Мода на гибридные модели и электрокары у производителей возникла в начале 2000-х годов. Конечно, некоторые разработки в этой области существовали и раньше, но их реальное воплощение в концептах произошло только в последние 15 лет. В свою очередь, японский производитель стал одним из первопроходцев в сегменте, выпустив гибридную модель еще в 1997 г. Впрочем, на мировом рынке автомобиль появился лишь через три года. При этом было сохранено то же устройство - «Тойота-Приус-Гибрид» 2000 г. под капотом содержит четыре компонента: традиционный ДВС, электромотор, высоковольтную батарею и мотор-генератор. Как видно, модель сочетает элементы от разных конфигураций силовой установки, включая и классический двигатель внутреннего сгорания, и батарею.

В плане внешности автомобиль можно отнести к гольф-классу. Хотя крупные производители стремятся снабжать гибридными установками исключительно дорогостоящие люксовые версии, японцы предпочли близкий для широкого потребителя класс. Собственно, этим и обусловлена сравнительно доступная цена на авто «Тойота-Приус-Гибрид», отзывы владельцев о котором весьма благосклонны применительно к версии за 1,2 млн руб., но они отмечают и богатство опционального оснащения в более дорогих версиях за 2 млн руб.

Принцип работы базовой версии

Инженеры предлагают два подхода к реализации гибридной конструкции. В первом варианте движение и управление машиной обеспечиваются электромотором, а ДВС лишь снабжает батарею. Второй вариант предусматривает возможность равноценного использования обоих генераторов. Два первых поколения показали возможность и эффективность совмещения обеих концепций. Для понимания, как работает «Тойота-Приус-Гибрид» в классическом исполнении, стоит рассмотреть силовую установку Synergy Drive. Комплекс включает бензиновый ДВС на 78 л. с. и работающий от батареи электродвигатель на 68 л. с. В совокупности это обеспечивает максимальную отдачу. Управлять таким потенциалом можно с помощью четырех режимов. В момент запуска установка ДВС отключается, и функцию основного привода машины берет на себя электромотор. По мере нарастания мощности ситуация меняется: активность аккумулятора понижается, и в дело вступает бензиновый агрегат.

Принцип работы третьего поколения

Несмотря на прибавку мощности, третья генерация модели отличилась высоким уровнем топливной экономичности. Версия получила 1,8-литровую «четверку», схема которой базируется на цикле Аткинсона. Как и предполагает изначальное устройство, «Тойота-Приус-Гибрид» также получила батарею, которая задействуется по мере необходимости. К особенностям третьего поколения также стоит отнести применение электрического насоса для охлаждения и улучшенной системы обеспечения рециркуляции выхлопа. Что касается режимов езды, то в данном случае предполагается три способа. Первый режим (EV) рассчитан на движение в низком скоростном диапазоне с подключением аккумулятора. Далее следует усиленный режим, позволяющий увеличивать чувствительность акселератора для спортивного характера езды. Самым же экономичным является Eco Mode, при котором достигается наиболее рациональное соотношение затрачиваемой энергии и силовых запросов автомобиля в процессе движения.

Технические параметры модели

При всех особенностях внутренней начинки платформа и основная конструкция автомобиля выполнены по традиционной схеме. При этом экстерьер выглядит довольно необычно, что, в свою очередь, придает еще одну изюминку автомобилю «Тойота-Приус-Гибрид». Технические характеристики модели выглядят так:

• Кузов гибрида - хэтчбек 5-дверный.
• Длина - 445 см.
• Ширина - 172,5 см.
• Высота - 149 см.
• Объем багажного отсека - минимум 408 л.
• Колесная база - 270 см.
• Колея задняя - 148 см.
• Передняя колея - 150,5 см.
• Клиренс - 14,5 см.
• Подвеска - пружинная независимая в передней части и полунезависимая сзади.
• Коробка передач - прямая планетарная.
• Тормоза - дисковые.

Характеристики батареи

Производитель использует аккумуляторы от компаний NiMH и Panasonic, на которые дается 8 лет гарантии. Собственно, благодаря этим элементам и обеспечивается экономичность модификации авто «Тойота-Приус-Гибрид». Технические характеристики используемых батарей выглядят следующим образом:

• Емкость - от 6 до 21 А*ч.
• Время на выполнение полной зарядки - 90 мин.
• Масса - от 45 до 80 кг, в зависимости от версии.
• Количество модулей в батарее - от 28 до 40.
• Количество сегментов в модуле - 6.
• Напряжение в сегменте - 1,2 В.
• Суммарное напряжение - от 206 до 288 В.
• Запасная энергия аккумулятора - максимум 4,4 кВт*ч.

Технологические особенности эксплуатации

В представлении большинства автомобилистов главным отличием гибридных моделей является их экономичность. Тем не менее есть и другие нюансы эксплуатации, которыми обладает «Тойота-Приус-Гибрид». Принцип работы, в частности, обуславливает довольно высокий уровень автоматизации управления, к чему следует быть готовым. Например, бортовой компьютер самостоятельно регулирует параметры работы двигателя, обеспечивая таким образом оптимальные показатели заряда батареи. Так, в момент остановки автомобиля система активизирует рекуперативное торможение, благодаря которому аккумулятор подзаряжается автоматически.

Предлагаются и другие полезные решения, среди которых датчик контроля дистанции, автоматическое натяжение ремней безопасности, настройка сидений и оптимальная подгонка чувствительности педали в машине «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев высоко оценивают и работу интеллектуальных помощников, которые позволяют без труда парковаться, использовать камеру заднего вида.

Расход топлива

Даже на фоне других представителей гибридного сегмента японская модель демонстрирует неплохие показатели экономии. В городе машина в базовом исполнении потребляет около 8 л, а за городом и того меньше - 5,5 л. Кроме того, в показателях выброса вредных веществ используемые японцами двигатели значительно превосходят нормативы «Евро-4». При этом у третьего поколения еще меньше расход топлива. «Тойота-Приус-Гибрид» в этом исполнении при движении по городу демонстрирует потребление на уровне 4,9 л, а на трассе - 4,6 л. Такое достижение стало возможным не только благодаря силовой установке. Чтобы покрыть от возросшей мощности двигателя, инженеры использовали сверхпрочные алюминиевые сплавы в конструкции. Это позволило снизить массу гибрида, которая составляет 1,5 т.

Динамические показатели

Широкому распространению «зеленых» технологий в автомобилестроении препятствуют два фактора, сдерживающие спрос. В их числе, как уже отмечалось, цена, а также скромные скоростные показатели. Однако японский производитель смог избавиться от этих недостатков, о чем свидетельствует динамическая характеристика: «Тойота-Приус-Гибрид» отличается приличной максимальной скоростью - 170 км/ч и неплохим разгоном - до 100 км/ч «китаец» ускоряется за 11 секунд.

Отчасти столь высокие показатели гибрида обусловлены легкой конструкцией, но не стоит исключать и влияние технологических особенностей модели. К примеру, тяговитый электромотор обеспечивает быструю реакцию, а отсутствие традиционной КПП позволяет оптимизировать взаимодействие между водителем и силовой установкой. Также не стоит забывать об электронных системах, которыми дополняется паркетник для авто «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев говорят о практической пользе ассистентов в процессе движения. Они не только способствуют повышению безопасности, но и облегчают управление гибридом.

Планы по дальнейшему развитию гибрида

В разработке новых модификаций компания ориентируется на несколько направлений. Наиболее важным на данный момент является улучшение модели. Работой над этой частью занимаются дизайнеры, которые проектируют экстерьер. В первых поколениях создателям удалось достичь значительного результата в виде снижения коэффициента аэродинамического сопротивления, который на сегодняшний день оптимален у модели «Тойота-Приус-Гибрид». Принцип работы на основе альтернативных источников питания также будет развиваться, в том числе за счет солнечных батарей. Инженеры активно занимаются проектированием способов их установки на крышу. Как предполагается, за счет этого элемента автомобиль сможет обеспечивать работу системы климат-контроля.

Положительные отзывы владельцев

Большинство положительных отзывов о модели обусловлено достоинствами, которые обеспечила силовая установка. По сравнению с традиционными бензиновыми машинами этот автомобиль гораздо экономнее в эксплуатации. И дело не только в снижении расходов на топливо для такой пятидверки, как «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев свидетельствуют, что модель не так часто требует замены масла, а также избавляет от ремонта стартера и генератора, которые просто отсутствуют под капотом. Помимо этого, отмечаются достоинства автомобиля в плане оснащения новейшими опциональными устройствами.

Стоит отметить и преимущества автомобиля с точки зрения эксплуатации в России. Что особенно приятно для отечественного автовладельца: даже сильные морозы не оказывают влияния на работоспособность кроссовера «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев зимой подтверждают, что машина без проблем заводится и требует только подогрева салона для комфортной поездки.

Негативные отзывы

Конечно, высокая стоимость многих отталкивает от такой покупки. Хотя на фоне других гибридов этот вариант можно назвать самым доступным, все же этот автомобиль дороже бензиновых аналогов. Есть и критика относительно проблем утилизации отработавших аккумуляторов гибрида, но эти проблемы в большей степени волнуют экологические организации, а не владельцев автомобилей.

Заключение

На российском рынке нет моделей в сегменте «зеленых» автомобилей, которые смогли бы составить полноценную конкуренцию японской разработке. Недаром отзывы на «Тойоту-Приус-Гибрид» в массе своей носят положительные оттенки. Автомобиль отличается экономией в эксплуатации и техобслуживании, но при этом обеспечивает практически все функциональные возможности, которыми располагают привычные бензиновые модели. Разумеется, при покупке придется готовить большую сумму денег, но гибрид при длительной эксплуатации себя непременно окупит. Новые технологии стоят дорого, однако пользу от перехода на более совершенные средства передвижения сложно переоценить.