Критична ситуація з екологією та постійне зростання цін на паливо змушують шукати виробників транспорту нові рішення. Двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) удосконалюються, модифікуються та «змішуються» з електродвигунами. Навіщо це робиться, як працює гібридний двигун, розглянемо в сьогоднішній публікації.

Ідею з'єднати два агрегати (двигун внутрішнього згоряння та електродвигун) новою не назвеш. У 1897 році французька компанія Parisienne des Voitures Electriques розпочала виробництво авто з гібридними двигунами, а трохи пізніше американська. General Electricвипустила перший гібрид із бензиновим чотирициліндровим двигуном. Але тоді така новація виявилася економічно недоцільною. Паливо було дешевим, а потужність автомобіля-гібрида поступалася потужністю традиційних моделей. Але часи змінилися. Паливо дорожчає, екологічна ситуація погіршується. Автомобілі зі змішаними силовими агрегатами стали актуальними та почали набирати популярності.

Простими словами про складне

Що ж є гібридним двигуном? Гібридний двигун - це система, що складається з двох пов'язаних між собою агрегатів: електричного та бензинового. Вони можуть працювати як окремо, так і одночасно. Керує цією системою бортовий комп'ютер автомобіля. Він вирішує, залежно від режиму руху, який тип силового агрегату необхідно задіяти в певний момент часу.

Для руху по місту, коли від двигуна не потрібно вироблення великої потужностівикористовується електродвигун. Під час руху заміськими трасами комп'ютер відключає електродвигун і задіює паливний агрегат.

При змішаному режимі їзди, коли двигун автомобіля працює під навантаженням з періодичними прискореннями та зупинками – два агрегати працюють у тандемі. Причому під час роботи паливного двигуна, йде зарядкаелектричного. На окрему увагу заслуговують.

Економія електроенергії у гібридних двигунах

Відомо, що на рух автомобіля витрачається величезна кількість енергії. У зв'язку з цим виникає закономірне питання: як електромотор навіть за умов малих навантажень може довго працювати без додаткового причепа з акумуляторами. Щоб зрозуміти принцип роботи електродвигуна автомобіля, слід простежити весь процес від початку руху до зупинки.

Коли автомобіль рушає або рухається на малих швидкостях, всю роботу здійснює електродвигун, який живиться від акумулятора. Далі в його завдання входить розігнати автомобіль до максимально можливої ​​для електродвигуна швидкості. Після цього комп'ютер дає команду включення паливного двигуна. При цьому ДВС частину енергії віддає на генератор, який підміняє АКБ і продовжує замість неї живити електромотор паралельно заряджаючи акумулятор. Автомобіль при цьому працює на двох силових агрегатах одночасно.

При русі зі середньою швидкістюелектродвигун вимикається, працює лише ДВЗ, поповнюючи запас енергії акумулятора. При підвищенні навантаження на ДВС йому допоможе знову приходить електромотор. Але електроенергія поповнюється не лише за рахунок роботи ДВС. Гальмівний механізм автомобіля з гібридним двигуном влаштований таким чином, що енергія, що утворилася під час гальмування, перетворюється в електричну і теж йде на живлення електромотора. Таке гальмування отримало назву «рекуперативне».

Розглянутий алгоритм роботи описує загальну картину роботи гібридного силового агрегату автомобіля. На сьогоднішній день існує три типи таких двигунів: послідовний, паралельний та змішаний.

Послідовна схема гібриду

Принцип роботи такої схеми можна вважати найпростішим із гібридів. Двигун внутрішнього згоряння в цьому типі є допоміжним елементом і призначений для роботи генератора. Генератор, отримуючи енергію від ДВС, перетворює її на електричну і запитує електромотор, який приводить автомобіль у рух.

Така схема, як правило, застосовується у малопотужних автомобілях (малолітражках). Але акумулятор, що використовується, має велику ємність, з можливістю зарядки від звичайної електромережі. Велика ємністьАКБ дозволяє мінімізувати використання ДВЗ, тобто автомобіль може рухатися електродвигуном, який живиться тільки від акумулятора. Chevrolet Volt– це одна з моделей автомобілів, у якій використана послідовна схемагібриду.

Паралельна схема гібридного автомобіля

Принцип роботи паралельної схеми полягає в тому, що ДВЗ та електромотор встановлені таким чином, що з'являється можливість їх використовувати як разом, так і окремо. Але все ж таки основна функція електромотора в такій схемі - це створення додаткової потужності ДВС при прискоренні. Крім того електродвигун виконує функції стартера та генератора. Акумулятори за такої схеми не вимагають додаткової підзарядки, їм вистачає енергії, що виробляється під час руху.

Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – моделі із паралельною схемою гібридного двигуна.

Послідовно – паралельна схема гібриду

У цій схемі ДВЗ та електромотор пов'язує між собою планетарний редуктор, за допомогою якого потужність від обох двигунів передається на провідні колеса.

Змішана схема відрізняється від паралельної наявністю генератора, що створює енергію для електродвигуна.

Toyota Prius, Lexus RX 450h та Ford Escape Hybrid – це представники повного гібрида.

Позитивні сторони гібридних двигунів

1. Основна перевага гібридів полягає у його економічності. Мінімальна економія палива становить 20%, що в умовах зростання цін є досить відчутною перевагою.
2. Спільне використання двох двигунів знижує кількість викидів СО2.
3. Відмінні ходові характеристики, які досягнуті завдяки раціональному накопиченню та подальшому перерозподілу потужностей, вироблених спільно двома двигунами.
4. У порівнянні з традиційним автомобілемгібрид має відчутний запас ходу, тобто він може продовжувати рух навіть з порожнім баком.
5. Характеристики гібридних двигунів повністю ідентичні традиційним моделям з ДВС, всупереч стереотипам, а з урахуванням інших переваг часом навіть перевершує їх.
6. Електродвигуни практично безшумні, що додає комфорту під час експлуатації автомобіля.
7. У порівнянні з електромобілем, АКБ гібрида заряджається від паливного двигуна, що збільшує запас його ходу.
8. Заправка автомобіля здійснюється тим самим бензином, що й традиційні авто.

Недоліки гібридів

1. Висока вартість автомобіля.
2. Обслуговування автомобіля потребує великих витрат. Ремонтувати таку машину самостійно навряд чи вдасться, а кваліфікованих майстрів знайти велику складність. З комплектуючими також будуть гарантовано проблеми.
3. Перепади кліматичних температур погано впливають на АКБ і призводять до їхнього саморозряду.

Зовні автомобілі з гібридними силовими агрегатами не відрізняються від традиційних бензинових побратимів. Звичайно, якби моделі автомобілів з гібридними двигунами мали таку саму вартість, як аналоги з ДВС, а обслуговування не викликало складнощів, навряд чи хтось відмовився б від такої машини. Але на Наразіреалії такі, що різниця в ціні гібрида та аналога становить у середньому 4000 доларів. Навіть якщо зважити на всі плюси таких машин, включаючи економію палива, то різниця все одно буде невідповідна. Якщо не буде поломок, а пробіг буде значним, машина окупиться в кращому разі років за п'ять. Такий стан речей не вселяє оптимізму. Але як кажуть: «Скільки людей – стільки й думок», тож вибір завжди залишається за конкретною людиною.

Тойота Пріусна сьогоднішній момент є найбільш продаваним гібридним автомобілем на планеті. З 1997 року було продано понад 2 мільйони гібридів. Перші три роки автомобіль продавався виключно у Японії. Сьогодні Toyota Prius можна купити і у Росії. Масовий гібридпережив три покоління. У 2014 році відбувся черговий рестайлінг моделі.

Принцип роботи гібридної силової установки Toyota Prius наступний. Бензиновий двигун робочим об'ємом 1,8 літра потужністю всього 99 кінських силпередає момент, що крутить, на генератор, який у свою чергу заряджає нікель-металгідридну високовольтну батарею. Батарея Prius живить електрикою електромотори, які рухають автомобіль. Найцікавіше, що останнє покоління гібрида може заряджатися також від звичайної побутової розетки, що робить автомобіль ще економічнішим. Так само, при гальмуванні кінетична енергія через систему рекуперації трохи заряджає батарею. Тобто у Пріуса дві системи гальмування, рекуперативна та звичайна фрикційна, яка починає працювати при різкому гальмуванні.

Багато хто в першу чергу цікавиться динамічними показниками та витратою палива Toyota Prius. Це не секрет, що розгін Пріуса до сотні займає трохи більше 10 секунд, а витрата палива в місті становить 3,9 літра, по трасі цей показник трохи менше і становить 3,7 літра. Як паливо використовується бензин марки АІ-95. Максимальна швидкість гібридного автомобіля сьогодні складає 180 км/год.

Бензиновий двигун Тойоти Пріуспрацює автономно, тобто комп'ютерна система сама вирішує, коли його завести, а коли заглушити. У міських пробках автомобіль зазвичай переміщається на електротязі. Як такої коробки передач у автомобіля немає. Електромотор досить швидко набирає будь-які оберти. Потужність електродвигуна складає 60 л.с., плюс 99 дістається від бензинового агрегату.

Зовнішність Toyota Priusвизначається бажанням заощадити паливо, тому такий обтічний силует кузова у автомобіля не просто. Коефіцієнт аеродинамічного опорускладає 0.25, важливий показникпри подоланні опору повітря. Це визначає всю форму кузова. Останній рестайлінг навів передню частину машини під загальний знаменник поточного корпоративного стилю. Тому передок дуже схожий на екстер'єр Королли. Дивимося фотографії європейської версії Пріус.

Фото Тойота Пріус

Салон Toyota Priusдля пасажирів мало чим відрізняється від звичайного автомобіля. Однак водій живе в іншій реальності. Панель приладів, центральна консоль, важіль коробки, точніше селектор режимів руху. Все це, на перший погляд, дуже незвичайно. На моніторах та табло постійно виводиться інформація про режим роботи електродвигуна, гібридної силової установки. Матеріали обробки салону за запевненнями виробника також дуже екологічні. Фото салону Priusдалі.

Фото салону Тойота Пріус

Багажник Toyota Priusтак само мало відрізняється від багажного відділення звичайного хетчбека, а можливість скласти задній рядсидінь робить автомобіль дуже практичним у побуті. Об'єм багажного відділення складає 445 літрів, погодьтеся хороший показник, якщо врахувати, що під підлогою багажника знаходиться високовольтна батарея. Фото багажника Priusдивимося нижче.

Фото багажника Тойота Пріус

Технічні характеристики Тойота Пріус

Характеристики Toyota Priusдуже цікаві. Гібрид завдовжки менше 4,5 метрів, при цьому колісна база становить 2,7 метра, що робимо салон автомобіля дуже просторим. Маса машини складає майже 1,5 тонни. Дорожній просвітПріуса не великий, всього 140 мм. Хоча навіщо великий кліренсавтомобілю що створювався як виключно міський автомобіль, під колесами якого завжди має бути рівний асфальт.

4-циліндровий бензиновий двигун Prius, це 16 клапанний DOHC із системою зміни фаз газорозподілу VVT-i, Робочим об'ємом 1,8 літра. При потужності 99 л.с. крутний момент складає 142 Нм. Додаємо до цього електромотор, що видає 60 к.с. при 207 Нм моменту, що крутить, і отримуємо досить динамічний автомобіль.

Трансмісія Тойота Пріусмає виключно передній привід. Окрім бензинового агрегату та електромотора, під капотом автомобіля знаходиться ще й гібридна безступінчаста коробка передач. Тому в моторному відсіку, як то кажуть "яблуку нікуди впасти". Далі докладні габаритні розміри Пріуса.

Маса, об'єм, кліренс, розміри Тойота Пріус

• Довжина – 4480 мм
• Ширина – 1745 мм
• Висота – 1490 мм
• Колісна база – 2700 мм
• Колія передніх та задніх коліс- 1525/1520 мм
• Звис передній/задній – 925/855 мм
• Довжина салону – 1905 мм.
• Ширина салону – 1470 мм.
• Висота салону – 1225 мм
• Об'єм багажника Тойота Пріус – 445 літри.
• Об'єм паливного бака – 45 літрів
• Розмір шин – 195/65 R15
• Дорожній просвіт або кліренс Toyota Prius – 140 мм

Комплектації та ціна Тойота Пріус

Ціна Toyota Priusу базовій версії сьогодні складає 1 245 000 рублів. За ці гроші ви отримуєте добре упакований 5-дверний хетчбек. Початкова комплектація “Елеганс” включає досить великий набір опцій, серед яких –

• 15-дюймові литі диски
• Бічні дзеркала заднього виду, що складаються, з електроприводом, підігрівом і повторювачами повороту
• Світлодіодні денні ходові вогні
• Протитуманні фари
• Камера заднього виду
• 6.1 дюймовий кольоровий LCD дисплей на центральній консолі
• Клімат контроль
• Регулювання кермової колонки за нахилом та вильотом
• Сенсорна система управління бортовим комп'ютеромна кермі (Touch Tracer)
• Фронтальні подушки безпеки
• Шторка у багажному відділенні
• Інтелектуальна система доступу в автомобіль Smart Entry (для дверей водія)
• Поліуретанове мультифункціональне рульове колесо
• Запуск двигуна Push Start (запуск з кнопки)
• Дисплей еко-водіння Eco drive support monitor
• Проекційний дисплей (Head Up Display)
• Аудіосистема з підтримкою CD/MP3/WMA 6 динаміків
• Бічні подушки безпеки
• Шторки безпеки для всіх рядів сидінь
• Колінна подушка безпеки водія
• Підсилювач екстреного гальмування (BAS)
• Антиблокувальна система гальм (ABS) з електронною системоюрозподілу гальмівних зусиль (EBD)
• Задні світлодіодні (LED) ліхтарі
• Протибуксувальна система (TRC)

Але це не межа є ще дві комплектації, це "Престиж" за 1451000 рублів і "Люкс" за 1595000 рублів. Особливістю комплектації "Престиж" є наявність світлодіодних фар, датчиків дощу та світла, круїз-контролю, просунутої аудіосистеми та шкіряного салону.

Версія “Люкс” порадує наявністю люка у даху та сонячною батареєю на тому ж даху. Енергія сонячної батареї у цій комплектації йде на роботу автоматичної системикондиціювання повітря в салоні. Тобто ви можете залишити автомобіль на стоянці під спекотним сонцем, а система сама охолоджуватиме салон.

Ціна гібридного ToyotaПриус, звичайно, вище ніж у звичайного автомобіля. Проте, як стверджує виробник, за кілька років активної експлуатації вдасться заощадити чимало грошей на паливі. Особливо це суттєво у країнах, де бензин досить дороге задоволення.

Відео Тойота Пріус

Відео огляд та тест-драйв Prius, дивимося досить цікаве відео.

Ринкові перспективи продажів гібридних автомобілів у нашій країні не такі райдужні, як у Японії, Європі чи США. Але гібридна технологія не стоїть на місці та продовжує розвиватися. Згадаймо, що колись і мобільні телефони були недоступні широкому загалу, оскільки коштували величезних грошей, але ситуація швидко виправилася. Будемо вірити, що і гібридні автомобілі так само швидко стануть доступнішими.

Уживаний Toyota Prius можна розглядати із двох сторін. З одного боку – це символ екології, який перетворився на економічний безхарактерний автомобіль для поїздок з пункту А до пункту Б. З іншого – цікавий та досить оригінальний спосібскоротити витрати на пальне.

Але що насправді необхідно переважній більшості людей? Щоб автомобіль був надійним, порівняно швидким, зручним, безпечним та споживав мінімум палива. Всім цим вимогам відповідає Тойота Приус третього покоління.

Виробник стверджує, що Prius здатний коштувати 4 літри бензину на 100 км. Насправді, рухаючись так, щоб не дратувати оточуючих, знадобиться близько 6 літрів. Якщо уникати поїздок шосе, то в місті середня витратастановитиме близько 5 літрів. За містом, де гібридний привід вже марний, а двигуну доводиться штовхати автомобіль із важкими акумуляторами, витрати виявляться на рівні 7-8 літрів.

Практичність – ще один сильний бік Toyota Prius. Усередині досить багато місця. Але з комфортом справи трохи гірші. Крісла погано утримують тіло від переміщень, а подушки сидінь короткі. Крім того, неможливо правильно встановити кермо. Доводиться або сидіти повністю витягнутими рукамиабо зі зігнутими ногами.

Прийде звикати і до вкрай повільного прогріву салону в зимовий період. У цьому винен, насамперед, двигун із високою тепловою ефективністю. Теплової енергії, що їм виділяється, просто не вистачає для таких надмірностей, як комфорт екіпажу. Для порятунку білих ведмедів доводиться чимось жертвувати.

Навіть ергономіка не є зразковою. Проекційний Head-Up дисплей не так стомлює очі, як перевантажений дрібними цифровими значками. щиток приладівнад центральною панеллю. Щоб до нього звикнути, потрібен час.

Шумоізоляція та підвіска непогані в місті та на низьких швидкостях, але при вищому темпі руху починають вити шини, і дається взнаки ходова. Задній міст з пружною балкою, зухвало реагує на тріщини в асфальті та хвилясті поверхні.

Тойота Пріус не вимагає якихось спеціальних навичок в управлінні. Але якщо ви хочете використовувати максимальний потенціал гібридної установки, то слід приловчитися їздити трохи по-іншому. Наприклад, використовувати інерцію накопичення електричної енергії (рекуперація). Таким чином, можна заощаджувати паливо. Пристосувавши вгадувати, як далеко здатний докотитися гібрид без газу, сповільнюючись за інерцією, гальмами можна буде користуватися лише у виняткових випадках. Це особливий виглядрозваги, не менш захоплюючий, ніж їзда боком.

В той час, як більш ранні покоління Prius не могли повністю покластися на електромотор, третє покоління моделі цілком може обійтися без допомоги двигуна внутрішнього згоряння. Запасу електроенергії вистачає на 2-3 км ходу, але на швидкості вище 50 км/год зазвичай включається комбінований режим гібридної установки.

Електродвигун працює в основному як асистент, допомагаючи порівняно важкому автомобілю з гідністю стартувати з місця. На перехрестях мало бажаючих зупинятися за гібридом. Але яке ж здивування оточуючих, коли Пріус бадьоро стартує на зелений сигнал світлофора. На відміну від деяких автоматів, яким після відпускання педалі гальма потрібна ціла вічність, перш ніж автомобіль зрушить з місця, японський гібрид починає рух миттєво. Звичайно, це не економічний спосіб їзди, але при необхідності ви завжди можете прискоритися. Toyota охоче розганяється десь до 150 км/год, але після 130 км/год прискорення вже мало вражає. На рівній дорозі можна досягти максимальної швидкості 180 км/год.

Гібридна силова установкамає три режими роботи. У першому, Eco - відповідь на педаль газу досить млявий. А в режимі Power реакції надто різкі та схожі на роботу вимикачем ON/OFF. Для звичайних поїздок найкраще підходить «стандартний режим». Power, можливо, стане в нагоді для обгонів.

На кермо управління режими руху ніякого впливу не надають. Реакції трохи розпливчасті, начебто сигнали передаються проводами. Зворотного зв'язку на кермі просто немає. Toyota Prius має характер, відмінний від того, що притаманний класичним автомобілям. Водій ніколи не зможе стати єдиним цілим із японським гібридом.

На швидкостях до 80 км/год після зняття ноги з педалі газу двигун відключається і починається процес рекуперації енергії. Гальмування відбувається за рахунок електродвигуна, що дозволяє економити гальма. Передбачено також режим гальмування коробкою передач, який необхідний під час руху по крутому спускуна завантаженому автомобілі.

Типові проблеми та несправності

Тойота Пріус не має фатальних дефектів. А силовий привіддуже надійний. Двигун внутрішнього згоряння об'ємом 1,8 літра працює за модифікованим циклом Аткінсона (впускний клапан залишається відкритим на деякий час, навіть коли поршень починає повертатися, тим самим фактично імітуючи хід поршня змінної довжини).

Замість, часто проблематичного, варіатора з обмеженим терміном служби тут встановлено практично вічну планетарну передачу. Вона працює з електродвигуном, який також не має характерних захворювань. Але це не означає, що Toyota Prius не вимагає обслуговування. Бензиновий мотор, як і будь-який інший двигун, регулярно потребує оновлення масла та фільтрів. А після 300-400 тис. км може прогоріти прокладка під головкою блоку або потекти насос системи охолодження. Незабаром може підвести клапан системи EGR. Він легко доступний зверху і нерідко оживає після очищення.

Якщо й виникають якісь дрібні механічні несправності, то, як правило, через нехтування регулярним обслуговуванням. Проблеми виникають і після тривалих стоянок, у яких повністю розряджається акумулятор. Цей автомобіль не повинен «вимагати».

Toyota Prius пройшов через кілька великих відгуків. Один стосувався автомобілів, вироблених до січня 2010 року – зустрічалися проблеми з ABS на розбитих дорогах. У лютому 2014 року було оголошено другий. На цей раз ремонту вимагала гібридна установка. Існувала небезпека перегріву транзисторів інвертора, внаслідок чого автомобіль переходив у безпечний режим або повністю знеструмлювався. Дефект торкнувся всіх екземплярів Пріуса і цілком можливо, що Ваш автомобіль дана проблема ще чекає попереду. Вартість нового інвертора від 320 000 рублів, б/в – від 20 000 рублів.

У зимовий час часом починають вередувати центральний дисплей, не охоче реагуючи на дотик. НЕ занадто якісний інтер'єрчасом рипить, а пластик легко дряпається.

Тим не менш, надійність автомобіля оцінюється, як вище середнього. Тойота Пріус регулярно займає перші місця в рейтингах задоволеності та надійності.

Певні побоювання у багатьох викликає термін служби акумуляторів. Це правда, що взимку їхня ємність, і, перш за все, готовність зрушити автомобіль з місця на чистій електротязі знижується. Але в помірному кліматі навіть після 100 000 км або 5 років експлуатації (термін гарантії) значного зменшення потужності батареї не відчувається. Власники навіть після 300 000 км. не скаржаться на падіння ємності акумуляторів.

Необхідність заміни нікель-металогідридної батареї (Ni-MH) може виникнути тільки після механічних пошкоджень, наприклад, внаслідок аварії. Вартість нової високовольтної батареї – від 280 000 рублів, б/в – від 45 000 рублів.

Технічне обслуговування

Олія в коробці і диференціалі розрахована на весь термін служби і вимагає лише контролю рівня і стану кожні 60 000 км. І все-таки при експлуатації в складних умовах Toyota рекомендує скоротити інтервал контролю до 45 000 км, а повну замінуробочих рідин провести пізніше 90 000 км. До складних умов слід віднести і часті поїздки шосе зі швидкістю близько 130 км/год.

Ще потрібно міняти охолодну рідину. Вперше після 150 000 км, а далі через кожні 90 000 км. Вимагає оновлення та охолоджувальна рідина інвертора: спочатку через 240 000 км, а потім через кожні 90 000 км.

Висновок

Тойота Пріус третього покоління – надзвичайно надійний автомобіль, який при дотриманні умов експлуатації та регламенту технічне обслуговуваннявиявиться як економічним, а й довговічним.

Технічні характеристики Toyota Prius III (XW30/2009-2016)

Тип двигуна – бензиновий;

Робочий об'єм – 1798 см3;

Тип системи ГРМ - DOHC;

Кількість циліндрів/клапанів на циліндр - 4/4;

Діаметр/хід поршня – 80,5 мм/88,3 мм;

Ступінь стиску - 13:1;

Максимальна потужність – 100 кВт (136 л.с.);

Найбільший крутний момент – 207 Нм;

Прискорення від 0 до 100 км/год – 10,4 сек;

Максимальна швидкість – 180 км/год;

Коробка передач: вигляд – безступінчаста;

Місткість паливного бака - 45 л;

Маса: споряджена/повна - 1495 кг/1805 кг;

Витрати палива:

Середнє/шосе/місто - 3,9/3,7/3,9 л/100 км;

Колісна база – 2700 мм;

Колія: передня/задня - 1525/1520 мм;

Розмір шин – 195/55 R15;

довжина × ширина × висота – 4460 × 1745 × 1500 мм.

Toyota PriusРобота автомобіля в різних режимахруху

Порівняльні дані автомобілів Prius різних років випуску

Двигун внутрішнього згоряння Toyota Prius

Тойота Пріусмає незвичайно маленький для автомобіля вагою 1300 кг двигун внутрішнього згоряння (ДВС), об'ємом 1497 см". Це стало можливим через наявність електричних моторів і батареї, які допомагають ДВС, коли необхідна велика потужність. На звичайному автомобілі двигун розрахований на високе прискорення і рух на крутий підйом, тому він майже завжди працює з низькою ефективністю (к.п.д).На 30-му кузові застосовується інший двигун, 2ZR-FXE, об'ємом 1,8 літра.Так як автомобіль не може бути підключений до міської мережі електропостачання (що планується здійснити японськими інженерами в недалекому майбутньому), немає жодного іншого довгострокового джерела енергії і цей двигун повинен постачати енергію для заряджання батареї, а також для переміщення автомобіля та живлення додаткових споживачів таких, як кондиціонер повітря, електричний нагрівач, аудіо, тощо .д.Позначення Toyota для двигуна Prius – 1NZ-FXE. Прототипом даного двигунає двигун 1NZ-FE, який встановлювався на автомобілі Yaris, Bb, Fun Cargo", Platz. Конструкція багатьох деталей двигунів 1NZ-FE і 1NZ-FXE однакова. Наприклад, блоки циліндрів у Bb, Fun Cargo, Platz і Prius 11 однакові. двигун 1NZ-FXE використовує іншу схему сумішоутворення, і відповідно з цим пов'язані конструктивні відмінності. У двигуні 1NZ-FXE реалізований цикл Atkinson, тоді як у двигуні 1NZ-FE використовується звичайний цикл Отто.

У двигуні циклу Отто, в процесі впуску, паливо-повітряна сумішнадходить у циліндр. Однак тиск у впускному колекторі нижчий, ніж у циліндрі (оскільки витрата регулюється дросельною заслінкою), і тому поршень здійснює додаткову роботу з всмоктування паливоповітряної суміші, працюючи як компресор. Біля нижньої мертвої точки закривається впускний клапан. Суміш у циліндрі стискається та підпалюється у момент подачі іскри. На відміну від цього, цикл Atkinson не закриває впускний клапан у нижній мертвій точці, а залишає його відкритим, тоді як поршень починає підніматися. Частина паливоповітряної суміші витісняється в впускний колектор, та використовується в іншому циліндрі. Таким чином, зменшуються насосні втрати порівняно з циклом Отто. Оскільки обсяг суміші, який стискається і згоряє, зменшений, то тиск у процесі стиснення при такій схемі сумішоутворення також зменшується, що дозволяє підвищити ступінь стиснення до 13 без ризику появи детонації. Збільшення ступеня стиску сприяє збільшенню термічного ККД. Всі ці заходи сприяють покращенню паливної економічностіта екологічності двигуна. Розплатою є зменшення потужності двигуна. Так двигун 1NZ-FE має потужність 109 к.с., а двигун 1NZ-FXE - 77 к.с.

Мотор/Генератори Toyota Prius

Тойота Пріусмає два електричні мотори/генератори. Вони дуже схожі за конструкцією, але відрізняються за розмірами. Обидва - трифазні синхронні двигуни з постійними магнітами. Назва складніше, ніж сама конструкція. Ротор (частина, що обертається) являє собою великий, потужний магніт і не має жодних електричних з'єднань. Статор (нерухома частина, прикріплена до корпусу автомобіля), містить три набори обмоток. Коли струм проходить у певному напрямку через один комплект обмоток, ротор (магніт) взаємодіє з магнітним полем обмотки та встановлюється у певному положенні. Пропускаючи струм послідовно через кожен набір обмоток спочатку в одному напрямку, а потім в іншому, можна переміщати ротор з одного положення до наступного і змусити його обертатися. Звичайно, це спрощене пояснення, але показує суть даного типудвигуна. Якщо ж ротор обертає зовнішня сила, електричний струмтече в кожному наборі обмоток по черзі і може використовуватися для заряду батареї або живлення іншого двигуна. Таким чином, один пристрій може бути двигуном або генератором залежно від того, чи пропускається струм в обмотках, щоб притягувати магніти ротора, або струм виходить, коли зовнішня сила обертає ротор. Це ще спрощено, але послужить глибині пояснень.

Мотор/генератор 1 (MG1) пов'язаний із сонячною шестернею пристрою розподілу потужності (PSD). Він - менший із двох і має максимальну потужністьблизько 18 квт. Зазвичай він здійснює запуск ДВЗ та регулює обороти ДВСзміною виробленої кількості електроенергії. Двигун/генератор 2 (MG2) пов'язаний з коронною шестернею планетарного механізму (пристрою розподілу потужності) і далі через редуктор на колеса. Тому він безпосередньо приводить у рух автомобіль. Він - більший із двох моторів-генераторів і має максимальну потужність 33 кВт (50 кВт для Prius NHW-20). MG2 іноді називають "тяговий мотор", і його звичайна роль - приводити автомобіль у рух як двигун або повертати енергію гальмування як генератор. Обидва мотори/генератори охолоджуються антифризом.

Інвертор Toyota Prius

Оскільки мотори/генератори працюють від змінного трифазного струму, а батарея, як і всі батареї, виробляє постійний струм, необхідно якийсь пристрій, щоб перетворити один вид струму на інший. Кожен MG має інвертор, який виконує цю функцію. Інвертор дізнається положення ротора від датчика на валу MG і керує струмом в обмотках двигуна так, щоб підтримувати обертання двигуна на потрібній швидкості і з необхідним моментом, що обертає. Інвертор змінює струм в обмотці, коли магнітний полюс ротора проходить повз цю обмотку і переходить до наступної. Крім того, інвертор підключає напругу батареї на обмотки і потім вимикає знову дуже швидко (з високою частотою), щоб змінити середнє значення струму і, отже, момент, що крутить. Використовуючи "самоіндуктивність" моторних обмоток (властивість електричних котушок, які опираються зміні струму), інвертор може фактично пропустити більший струм через обмотку, ніж надходить від батареї. Він працює тільки коли напруга на обмотках менша за напругу батареї, отже, енергія зберігається. Однак, оскільки значення струму через обмотку визначає момент, що крутить, цей струм дозволяє досягти дуже великого крутного моменту на малих оборотах. Приблизно до 11 км/год, MG2 здатний створити момент, що крутить, 350 Нм (400 Їм для Prius NHW-20) на редукторі. Саме тому автомобіль може почати рух з прийнятним прискоренням без використання коробки, яка зазвичай збільшує крутний момент ДВЗ. При короткому замиканні чи перегріві інвертор відключає високовольтну частину машини. В одному блоці з інвертором розташований конвертер, який призначений для зворотного перетворення змінної напруги в постійне -13,8 вольт. Щоб трохи відійти від теорії, трохи практики: інвертори, як і мотор-генератори, охолоджуються від незалежної системи охолодження. Ця система охолодження приводиться в дію електричною помпою. Якщо на 10 кузові ця помпа включається при досягненні температури в гібридному контурі охолодження близько 48 ° С, то на 11 і 20 кузовах застосований інший алгоритм роботи цієї помпи: будь за бортом хоч -40 градусів, помпа все одно почне свою роботу вже при включення запалювання. Відповідно ресурс цих помп дуже обмежений. Що відбувається при заклинюванні або згорянні помпи: антифриз за законами фізики під нагріванням від MG (особливо MG2) піднімається вгору - в інвертор. А в інвертор він повинен охолоджувати силові транзистори, які під навантаженням значно нагріваються. Підсумок - їхній вихід із ладу, тобто. найпоширеніша помилка на 11 кузові: Р3125 - несправність інвертора через згорілу помпу. Якщо в цьому випадку силові транзистори витримують таке випробування, згоряє обмотка МГ2. Це інша поширена помилка на 11 кузові: Р3109. На 20 кузові японські інженери вдосконалили помпу: тепер ротор (крильчатка) обертається не в горизонтальній площині, де все навантаження йде на один опорний підшипник, а вертикальній, де навантаження розподіляється рівномірно на 2 підшипники. На жаль, надійності від цього мало. Тільки за квітень-травень 2009 року у нас у майстерні замінено 6 помп на 20-х кузовах. Практична порада для власників 11 і 20 Prius: візьміть за правило хоч раз на 2-3 дні відкривати капот на 15-20 с при включеному запалюванні або заведеній машині. Ви відразу побачите рух антифризу в розширювальному бачкугібридної системи. Після цього можете їхати спокійно. Якщо ж руху антифризу там немає – їхати автомобілем не можна!

Високовольтна батарея Тойота приус

Високовольтна батарея(скорочено ВВБ тойота приус) Prius в 10 кузові складається з 240 елементів номінальною напругою 1,2 В, дуже схожих на батарейку для ліхтарика розміру D, об'єднаних по 6 штук, так звані "бамбуки" (зовні є невелика подібність). "Бамбуки" встановлені по 20 штук у 2 корпуси. Загальна номінальна напруга ВВБ становить 288 В. Робоча напруга коливається в режимі холостого ходувід 320 до 340 В. При падінні ж напруги до 288 В у ВВБ запуск ДВЗ стає неможливим. При цьому на екрані дисплея горітиме символ батареї зі значком "288" усередині. Щоб запустити ДВС, японці в 10-му кузові застосували штатне зарядний пристрій, доступ до якого здійснюється із багажника. Часто запитують, як ним користуватися? Відповідаю: по-перше, повторюся, що використане воно може бути лише коли на екрані горить значок "288". В іншому випадку при натисканні на кнопку "START" Ви просто почуєте неприємний писк, і загориться червона лампочка "помилка". По-друге: до клем невеликого акумулятора необхідно підчепити "донора", тобто. або зарядний пристрій, або добре заряджений потужний акумулятор (але в жодному разі не пусковий пристрій!). Після цього при вимкненому запаленні натискаємо кнопку "START" не менше ніж на 3 секунди. Коли спалахне зелена лампочка - піде зарядка ВВБ. Закінчиться вона автоматично за 1-5 хвилин. Цієї зарядки цілком вистачить для 2-3 пусків ДВС, після запуску якого ВВБ заряджатиметься від конвертера. Якщо 2-3 запуску не призвели до запуску ДВЗ(а при цьому "READY" ("Готов") на табло має не блимати, а стійко горіти), то треба припинити марні запуски та шукати причину несправності. В 11 кузові ВВБ складається з 228 елементів 1,2 кожен, об'єднаних в 38 збірок по 6 елементів, з повною номінальною напругою 273,6 В.

Уся батарея встановлена ​​за заднім сидінням. При цьому елементи вже не помаранчеві "бамбуки", а є плоскими модулями в пластмасових корпусах сірого кольору. Максимальний струмбатареї - 80 А при розряді та 50 А при заряді. Номінальна ємність батареї - 6,5 Ач, проте електроніка автомобіля дозволяє використовувати лише 40% цієї ємності, щоб продовжити термін служби акумулятора. Стан заряду може змінюватися лише між 35% та 90% повного номінального заряду. Перемноживши напругу батареї та її ємність, отримаємо номінальний запас енергії – 6,4 МДж (мегаджоулей), а використовуваний запас – 2,56 МДж. Цієї енергії достатньо, щоб прискорити автомобіль, водія та пасажира до 108 км/год (без допомоги ДВС) чотири рази. Щоб зробити таку кількість енергії, ДВЗ знадобилося б приблизно 230 мілілітрів бензину. (Ці цифри наводяться тільки для того, щоб Ви представляли кількість накопиченої енергії в батареї.) Автомобілем не можна керувати без палива, навіть якщо стартувати з 90% повного номінального заряду з довгого спуску. Більшість часу у Вас є приблизно 1 МДж придатної для споживання енергії батареї. Дуже багато ВВБ потрапляє у ремонт саме після того, як у власника закінчується бензин (при цьому на табло загориться піктограма). Check Engine" ("Перевір двигун") і трикутник з знаком оклику), але власник намагається "дотягнути" до заправки. Після падіння напруги на елементах нижче 3 - вони "вмирають". На 20 кузові японські інженери збільшення потужності пішли іншим шляхом: вони знизили кількість елементів до 168, тобто. залишили 28 модулів. Але для використання в інверторі напруга батареї підвищується до 500 за допомогою спеціального пристрою-booster. Збільшення номінальної напруги MG2 у кузові NHW-20 дозволило підвищити його потужність до 50 кВт без зміни габаритів.

Prius також має допоміжну акумуляторну батарею. Це 12-вольтова, ємністю 28 ампер-годин. кислотно-свинцева батарея, яка знаходиться у лівій частині багажника (у 20 кузові – у правій). Її мета полягає в тому, щоб запитати електроніку та додаткові пристрої, коли гібридна система вимкнена, та головне реле батареї високої напругивимкнено. Коли гібридна система працює, 12-вольтовим джерелом служить перетворювач постійного струму, що надходить від системи високої напруги постійний струм 12 В. Він також заряджає допоміжну батарею в разі необхідності. Основні блоки управління обмінюються даними по внутрішній CAN-шині. Решта систем спілкуються по внутрішній мережі Body Electronics Area Network. У ВВБ є свій блок управління, який стежить за температурою елементів, напругою на них, внутрішнім опором, а також управляє вбудованим у ВВБ вентилятором. На 10 кузові стоять 8 температурних датчиків, Що представляють собою терморезистори, на самих "бамбуках", і 1 - загальний датчик контролю температури повітря ВВБ. На 11-му кузові -4+1, а на 20-му-3+1.

Пристрій розподілу потужності Тойота Пріус

Крутний момент та енергія ДВС та моторів/генераторів об'єднані та розподіляються планетарним набором шестерень, названим Toyota "пристроєм розподілу потужності" (PSD, Power Split Device). І хоча воно не складне для виробництва, цей пристрій є дуже важким для його розуміння і ще більш складним, щоб розглянути в повному контексті всі режими приводу. Тому присвятимо кілька інших тем для обговорення пристрою розподілу потужності. Коротше кажучи, це дозволяє Prius працювати і в послідовному, і в паралельно-гібридних режимах роботи одночасно і отримувати деякі з переваг кожного режиму. ДВЗ може крутити колеса безпосередньо (механічно) через PSD. У той же час змінна кількість енергії може бути знята з ДВЗ і перетворена на електрику. Воно може заряджати батарею або передаватися до одного з моторів/генераторів, щоб допомогти крутити колеса. Гнучкість цього механічного/електричного розподілу енергії дозволяє Prius покращувати показники паливної економічності та управляти викидами під час руху, що неможливо при жорсткому механічному зв'язку між ДВС та колесами, як у паралельному гібриді, але без втрат електричної енергії, як у послідовному гібриді. Prius, як часто кажуть, має CVT (Continue Variable Transmission) - безступінчасто-регульовану або "постійно-змінну" трансмісію, це і є пристрій розподілу потужності PSD. Однак звичайна безступінчасто-регульована передача працює так само, як нормальна коробка передач за винятком того, що передавальні відносиниможе змінюватися безперервно (плавно), а чи не у невеликому діапазоні кроків (перша передача, друга передача тощо.). Трохи згодом ми розглянемо, чим PSD відрізняється від звичайної безступінчасто-регульованої передачі, тобто. варіатора.

Зазвичай питання, що найбільше задається по "коробці" автомобіля Prius: яке масло туди ллється, скільки за обсягом і як часто його міняти. Дуже часто серед працівників автосервісу існує така помилка: раз у корійці немає щупа - значить, масло там міняти взагалі не потрібно. Ця помилка призвела до загибелі вже не однієї коробки.

10 кузов: робоча рідина Т-4 – 3,8 літра.

11 кузов: робоча рідина Т-4 – 4,6 літра.

20 кузов: робоча рідина ATF WS – 3,8 літра. Термін заміни: за 40 тис. км. За японськими термінами масло змінюється раз на 80 тис. км, але для особливо важких умов експлуатації (а японці відносять експлуатацію автомобілів в Росії якраз до цих особливо важким умовам- і ми з ними солідарні) олію належить міняти в 2 рази частіше.

Розповім про основні відмінності у обслуговуванні коробок, тобто. про заміну олії. Якщо у 20-му кузові, щоб поміняти олію, треба просто відкрутити зливну пробкуі, зливши старе, залити нову олію, то на 10-му та 11-му кузовах не все так просто. Конструкція масляного піддону на цих машинах виконана таким чином, що якщо просто відкрутити зливну пробку, то зіллється лише частина олії, причому не найбруднішої. А 300-400 грам самого брудної оліїз іншим сміттям (шматочки герметика, продукти зношування) залишається в піддоні. Тому, щоб замінити масло, треба зняти піддон коробки і, виливши бруд і почистивши його, поставити на місце. При зніманні піддону ми отримуємо ще один додатковий бонус – ми можемо продіагностувати стан коробки за продуктами зношування, що знаходяться у піддоні. Найстрашніше для власника – це коли він на дні піддону побачить жовту (бронзову) стружку. Такій коробці жити лишилося недовго. Прокладка піддона пробкова, і якщо отвори на ній не набули овальної форми - її можна використовувати повторно без будь-яких герметиків! Головне під час встановлення піддону - не перетягнути болти, щоб не розрізати прокладку піддоном. Що ще цікавого застосовано у трансмісії: Використання ланцюгової передачідосить незвичайно, але всі звичайні автомобілі мають шестерні редуктори між двигуном і осями. Їхня мета полягає в тому, щоб дозволити двигуну обертатися швидше, ніж колеса і також збільшувати вироблений двигуном крутний момент до більшого моменту, що крутить, на колесах. Відносини, з якими швидкість обертання зменшена і момент, що крутить, збільшені - обов'язково те ж саме (нехтуємо тертям) через закон збереження енергії. Ставлення називають "повним передатним числом". Повне передатне число Prius в 11-му кузові – 3,905. Воно виходить так:

Ланцюгове колесо з 39 зубами на вихідному валу PSD приводить в рух ланцюгове колесо з 36 зубами на першому проміжному валу через безшумний ланцюг (так званий ланцюг Морзе).

Шестерня з 30 зубами на першому проміжному валу пов'язана і надає руху шестерні з 44 зубами на другому проміжному валу.

Шестерня з 26 зубами на другому проміжному валу пов'язана і надає руху шестерні з 75 зубами на вході диференціала.

Значення виходу диференціала до двох колес -таке саме, як вхід диференціала (вони, фактично, ідентичні, крім тих випадків, коли відбувається рух у повороті).

Якщо ми виконаємо просту арифметичну дію: (36/39) * (44/30) * (75/26), ми отримаємо (з точністю до чотирьох цифр) повне передатне число 3,905.

Чому використовується ланцюговий привід? Тому що це дозволяє уникнути осьового зусилля (сила, спрямована вздовж осі валу), яка виникала б при застосуванні звичайних косозубих шестерень, що використовуються в автомобільних трансмісіях. Цього можна було б уникнути при використанні прямозубих шестерень, але вони роблять шум. Осьове зусилля не проблема на проміжних валіві може бути врівноважено конічними роликовими підшипниками. Однак це не так просто з вихідним валом PSD. Немає нічого надзвичайного у диференціалі, осях та колесах Prius. Як у звичайному автомобілі, диференціал дозволяє внутрішнім та зовнішнім колесамобертатися з різними швидкостямиколи автомобіль повертає. Осі передають крутний момент від диференціала до маточини колеса і включають зчленування, що дозволяє колесам переміщатися вгору і вниз за підвіскою. Колеса – легкий алюмінієвий сплав та оснащені шинами високого тиску з низьким опором кочення. Шини мають радіус, що котиться, приблизно 11,1 дюймів, що означає, що на кожен оборот колеса автомобіль переміщається на 1,77 м. Незвичайний тільки розмір штатних покришок на 10 і 11 кузові: 165/65-15. Це досить рідкісний розмір гуми у Росії. Багато продавців навіть у спеціалізованих магазинах серйозно переконують, що такої гуми не існує в природі. Мої рекомендації: для російських умовнайбільш відповідним розміромє 185/60-15. У 20 Prius розмір гуми збільшений, що благотворно позначилося на її довговічності. Тепер цікавіше: що немає в Prius, що є в будь-якому іншому автомобілі?

Немає ніякої ступінчастої коробки, ні ручної, ні автоматичної - Prius не використовує ступінчасті передачі;

Немає жодного зчеплення або трансформатора - колеса завжди жорстко пов'язані з ДВЗ та моторами/генераторами;

Немає ніякого стартера - запуск ДВЗ здійснюється за допомогою MG1 через шестерні у пристрої розподілу потужності;

Немає жодного генератора змінного струму-Електроенергія виробляється моторами/генераторами при необхідності.

Тому конструктивна складність гібридного приводу Prius фактично не набагато більша, ніж у звичайного автомобіля. Крім того, нові та незнайомі частини, такі, як мотори/генератори та PSD, мають більше високу надійністьі більш тривалий термін служби, ніж деякі частини, які були усунені з конструкції.

Робота автомобіля в різних умовахруху

Запуск двигуна Toyota Prius

Щоб запустити двигун, MG1 (пов'язаний із сонячною шестернею) обертається вперед, використовуючи електроенергію високовольтної батареї. Якщо автомобіль стоїть, то коронна шестерня планетарного механізму також залишатиметься нерухомою. Обертання сонячної шестерні тому змушує водило сателітів обертатися. Воно пов'язане з двигуном внутрішнього згоряння (ДВЗ) і провертає його в 1/3,6 швидкості обертання MG1. На відміну від звичайного автомобіля, який подає паливо та запалювання в ДВС, як тільки стартер починає його обертати, Prius чекає, поки MG1 не розжене ДВС приблизно до 1000 обертів на хвилину. Це трапляється менше ніж за секунду. MG1 значно потужніший, ніж звичайний двигунстартера. Щоб обертати ДВС із цією швидкістю, він сам повинен обертатися зі швидкістю 3600 обертів на хвилину. Старт ДВС на 1000 оборотів на хвилину не створює майже ніякої напруги для нього, тому що це швидкість, на якій ДВС був би щасливий працювати від своєї власної енергії. Крім того, Prius запускається, запалюючи лише пару циліндрів. Результат - дуже гладкий запуск, вільний від шуму та сіпання, який усуває зношування, пов'язане із запусками двигуна звичайних автомобілів. При цьому відразу зверну увагу на поширену помилку ремонтників та власників: часто мені дзвонять і запитують, що заважає ДВС продовжувати працювати, чому він заводиться секунд на 40 і глухне. Насправді, поки блимає рамочка READY – ДВС НЕ ПРАЦЮЄ! Це його крутить MG1! Хоча візуально - повне відчуття запуску ДВЗ, тобто. ДВС шумить, з вихлопної труби йдедим..

Як тільки ДВС почав працювати від своєї власної енергії, комп'ютер керує відкриттям дроселя, щоб отримати відповідні холости оберти протягом розігріву. Електрика більше не живить MG1 і фактично, якщо батарея розряджена, MG1 може виробляти електрику і заряджати батарею. Комп'ютер просто формує MG1 як генератор замість мотора, відкриває дросель ДВС трохи більше (приблизно до 1200 оборотів) і отримує електрику.

Холодний запуск Toyota Prius

Коли Ви запускаєте Prius з холодним двигуном, його головний пріоритет у тому, щоб нагріти двигун та каталітичний нейтралізаторщоб запрацювала система управління токсичністю вихлопу. Двигун буде працювати протягом декількох хвилин, поки це не станеться (як довго - залежить від фактичної температури двигуна та каталізатора). У цей час вживаються спеціальні заходи, щоб керувати вихлопом під час прогріву, включаючи збереження вихлопних вуглеводнів у поглиначі, який буде очищений пізніше та роботою двигуна у спеціальному режимі.

Теплий запуск Toyota Priu s

Коли Ви запускаєте Prius з теплим двигуном, він буде працювати протягом короткого часу і потім зупинятися. Неодружені обороти будуть в межах 1000 об/хв.

На жаль, неможливо перешкоджати запуску ДВС, коли Ви вмикаєте автомобіль, навіть якщо все, що Ви хочете зробити - переїхати на сусідній витяг. Це стосується лише 10 і 11 кузовів. На 20 кузові застосований інший алгоритм запуску: натискаєте на гальмо та кнопку "START". Якщо у ВВБ достатньо енергії, і Ви не включите обігрівач на обігрів салону або скла -ДВС не запуститься. Просто загориться напис "READY" (Totob"), тобто автомобіль повністю готовий до руху.

Prius завжди знаходиться на прямій передачі. Це означає, що двигун не може поодинці видати весь момент, що крутить, щоб автомобіль енергійно рушив з місця. Крутний момент для початкового прискорення додається мотором MG2, що безпосередньо обертає коронну шестерню планетарного механізму, пов'язану з входом редуктора, вихід якого пов'язаний з колесами. Електричні двигуни розвивають кращий момент, що крутить, на низькій швидкості обертання, тому ідеально підходять для початку руху автомобіля.

Уявимо, що ДВС працює і автомобіль нерухомий, отже, мотор MG1 обертається вперед. Керуюча електроніка починає відбирати енергію з генератора MG1 та передає її на мотор MG2. Тепер, коли Ви відбираєте енергію від генератора, ця енергія повинна звідкись узятися. З'являється деяка сила, яка уповільнює обертання валу і щось, що обертає вал, має чинити опір цій силі, щоб зберегти швидкість. Опираючись цій "генераторної навантаженні", комп'ютер збільшує обороти ДВС, щоб додати додаткової енергії. Отже, ДВС крутить водило сателітів планетарного механізму сильніше, а генератор MG1 намагається уповільнити обертання сонячної шестерні. Результат – сила на коронній шестірні, яка змушує її обертатися та починати рухатися автомобіль.

Згадайте, що в планетарному механізмі крутний момент ДВЗ ділиться у співвідношенні 72% до 28% між короною та сонцем. Поки ми не натиснули педаль акселератора, ДВС тільки байдикував і не виробляв жодного вихідного моменту, що крутить. Тепер, однак, обороти додалися і 28% моменту, що крутить, обертають MG1 як генератор. Інші 72% моменту, що крутить, передаються механічно на коронну шестірню і, отже, на колеса. Одночасно з тим, що більша частина моменту, що крутить, надходить від мотора MG2, ДВС дійсно передає крутний момент до колес таким чином.

Тепер ми повинні з'ясувати, як 28% моменту ДВЗ, що крутить, який передається до генератора MG1, можуть по можливості посилити старт автомобіля - за допомогою мотора MG2. Щоб зробити це, ми повинні чітко розрізняти крутний момент та енергію. Крутний момент - це сила, що обертає, і так само, як у випадку з прямолінійною силою, не потрібно витрачати енергію на підтримку сили. Припустимо, що Ви тягнете відро води за допомогою лебідки. Вона бере енергію. Якщо лебідка обертається електромотором, ви повинні були б забезпечити його електроенергією. Але, коли Ви підняли відро нагору, Ви можете зачепити його яким-небудь гаком або стрижнем або ще чимось, щоб утримати його нагорі. Сила (вага відра), яка прикладена до мотузки, і момент, що крутить, переданий мотузкою барабану лебідки, не зникла. Але оскільки сила не переміщається, немає жодної передачі енергії, і ситуація стійка без енергії. Аналогічно, коли автомобіль нерухомий, навіть при тому, що 72% моменту, що крутить, ДВС передають на колеса, немає ніяких потоків енергії в цьому напрямку, так як коронна шестерня не обертається. Сонячна шестерня, однак, обертається швидко, і хоча вона отримує тільки 28% моменту, що обертає, це дозволяє виробити багато електроенергії. Подібний ланцюг міркувань показує, що завдання MG2 полягає у застосуванні моменту, що крутить, до входу механічного редуктора, що не вимагає великої потужності. Багато струму має пройти через обмотки мотора, долаючи електричний опірі ця енергія втрачається у вигляді тепла. Але коли автомобіль переміщається повільно, ця енергія йде від MG1. Оскільки автомобіль починає переміщатися і набирає швидкість, генератор MG1 обертається повільніше і менше енергії. Однак комп'ютер може трохи додати обертів ДВЗ. Тепер більше моменту, що крутить, прибуває від ДВС і, оскільки більше моменту, що крутить, має також пройти через сонячну шестерню, MG1 може підтримати генерування енергії на високому рівні. Зменшена швидкість обертання компенсується збільшенням моменту.

Ми уникали згадки про батарею до цього місця, щоб стало зрозуміло, як вона не є обов'язковою для приведення автомобіля в рух. Однак більшість торкань з місця - результат дій комп'ютера, що передає енергію від батареї безпосередньо до двигуна MG2.

Існують граничні обороти ДВЗ, коли автомобіль рухається повільно. Вони зумовлені необхідністю запобігти пошкодженню MG1, якому доведеться обертатися дуже швидко. Це обмежує кількість енергії, яку виробляє ДВС. Крім того, це було б неприємним для водія почути, що ДВЗ занадто збільшує оберти для плавного торкання. Чим сильніше ви натискаєте акселератор, тим більше ДВЗ збільшить оберти, але також і більше енергії надійде від батареї. Якщо втопити педаль у підлогу, приблизно 40% енергії надходять від батареї та 60% від ДВЗ при швидкості близько 40 км/год. Оскільки автомобіль прискорюється і одночасно обороти ДВЗ зростають, він дає більшу частину енергії, досягаючи приблизно 75% при 96 км/год, якщо Ви все ще давите педаль на підлогу. Як пам'ятаємо, енергія ДВС включає і те, що знято генератором MG1 і передано у вигляді електрики до двигуна MG2. При 96 км/год MG2 фактично дає більше моменту, що крутить, і, отже, більше потужності до колес, ніж поставляється через планетарний механізм від ДВС. Але більшість електроенергії, що він використовує, йде від MG1 і, отже, опосередковано від ДВС, а чи не від батареї.

Прискорення та їзда в гору Toyota Prius

Коли потрібна велика потужність, ДВС і MG2 спільно створюють момент, що крутить, щоб вести автомобіль майже таким же способом, як описано вище для початку руху. Коли швидкість автомобіля зростає, зменшується момент, що крутить, який MG2 в змозі видати, так як він починає працювати на межі своєї потужності в 33 кВт. Чим швидше він обертається, тим менший момент, що крутить, він може видати на цій потужності. На щастя, це сумісне з очікуваннями водія. Коли звичайний автомобіль прискорюється, ступінчаста коробка перемикається на більше високу передачуі момент, що обертає, на осі зменшується так, щоб двигун міг знизити свої обороти до безпечного значення. Хоча це робиться з використанням абсолютно різних механізмів, Prius дає таке ж відчуття, як і прискорення на звичайному автомобілі. Головна відмінність - повна відсутність "смикування" при перемиканні передач, тому що просто немає ніякої коробки передач.

Отже, ДВС обертає водило сателітів планетарного механізму.

72% його моменту, що крутить, надходить механічно через коронну шестерню до колес.

28% його крутного моменту надходять у генератор MG1 через сонячну шестерню, де він перетворюється на електрику. Ця електрична енергія живить двигун MG2, який додає деякий додатковий момент, що крутить, на коронній шестерні. Чим більше Ви натискаєте акселератор, тим більше моменту, що крутить, виробляє ДВС. Він збільшує як механічний момент, що крутить через корону, так і кількість електроенергії, виробленої генератором MG1 для мотора MG2, використовуваної, щоб додати ще більше крутного моменту. Залежно від різних факторів - таких, як стан заряду батареї, ухилу дороги і особливо від того, наскільки сильно Ви натискаєте педаль, комп'ютер може спрямовувати додаткову енергію від батареї до MG2, щоб підвищити його внесок. Ось так досягається прискорення, достатнє для руху по шосе такого великого автомобіляз ДВЗ потужністю всього 78 л. з

З іншого боку, якщо необхідна потужність не така висока, iu час1ь електрики, що виробляється MG1, може використовуватися для заряджання батареї навіть при наборі швидкості! Важливо пам'ятати, що ДВС і крутить колеса механічно та крутить генератор MG1, змушуючи його виробляти електрику. Що відбувається з цією електрикою і чи додається електрика від батареї, залежить від комплексу причин, які ми не можемо все врахувати. Цим займається контролер гібридної системи автомобіля.

Як тільки Ви досягли стійкої швидкості на плоскій дорозі, потужність, яка повинна поставлятися двигуном, витрачається на подолання аеродинамічного опору та тертя кочення. Це набагато менше, ніж потужність, потрібна для їзди в гору або розгону автомобіля. Щоб ефективно працювати на низькій потужності (і також не створювати багато шуму), ДВС працює з низькими оборотами. Наступна таблиця показує, яка потужність потрібна для переміщення автомобіля на різних швидкостях на горизонтальній дорозі та приблизних обертах.

Зверніть увагу, що висока швидкість автомобіля та низькі обороти ДВЗ ставлять пристрій розподілу потужності в цікаве положення: генератор MG1 повинен тепер обертатися назад, як видно з таблиці. Повертаючись назад, він змушує сателіти обертатися вперед. Обертання сателітів складається з обертанням водила (від ДВЗ) і змушує коронну шестерню обертатися набагато швидше. Ще раз наголошу, що відмінність полягає в тому, що в більш ранньому випадку ми були раді за допомогою високих оборотів ДВС отримати більшу потужність, навіть пересуваючись із меншою швидкістю. У новому випадку ми хочемо, щоб ДВЗ залишився на низьких оборотах, навіть якщо ми розігналися до пристойної швидкості, щоб встановити більш низьке споживання потужності з високою ефективністю. Ми знаємо з розділу про пристрої розподілу потужності, що генератор MG1 повинен проявити зворотний момент, що крутить, на сонячній шестірні. Це хіба що точка опори важеля, з допомогою якого ДВС обертає коронну шестерню (отже, колеса). Без опору MG1 ДВС просто обертав би MG1 замість того, щоб приводити в рух автомобіль. Коли MG1 обертався вперед, було легко бачити, що цей зворотний момент, що обертає, міг створюватися генераторним навантаженням. Отже, електроніка інвертора повинна була забирати енергію від MG1, і тоді з'являвся зворотний момент, що крутить. Але тепер MG1 обертається назад, і як нам домогтися, щоб він створював цей зворотний крутний момент? Добре, як би ми зробили, щоб MG1 обертався вперед і виробляв прямий крутний момент? Якби працював як мотор! Все навпаки: якщо MG1 обертається назад, і ми хочемо отримати крутний момент в тому ж напрямку, MG1 повинен бути двигуном і обертатися, використовуючи електроенергію, що поставляється інвертором. Це починає виглядати екзотично. ДВС штовхає, MG1 штовхає, MG2, що, штовхає також? Немає жодної механічної причини, чому це не може відбуватися. Це може бути привабливим з першого погляду. Два двигуни і ДВС - всі одночасно роблять свій внесок у створення руху. Але ми маємо нагадати, що ми потрапили в цю ситуацію, зменшуючи обороти ДВС для ефективності роботи. Це не було б ефективним способом отримати більшу потужність на колесах; щоб зробити це, ми повинні збільшити обертів ДВЗ і повернутися до більш ранньої ситуації, коли MG1 обертається вперед у режимі генератора. Є ще одна проблема: ми повинні вигадати, звідки ми збираємося брати енергію для обертання MG1 в режимі мотора? З батареї? На деякий час ми можемо зробити це, але незабаром Ьудем змушені вийти з цього режиму, залишившись без заряду батареї для прискорення або підйому на гору. Ні, ми повинні отримувати цю енергію безперервно, не допускаючи зниження заряду батареї. Таким чином, ми дійшли висновку, що енергія повинна надходити від MG2, який має працювати як генератор. Генератор MG2 виробляє енергію для двигуна MG1? Оскільки і ДВС і MG1 вносять потужність, яка об'єднана планетарним механізмом, пропонувалося назву режим об'єднання потужності. Однак, ідея щодо MG2, що виробляє енергію для мотора MG1, була в такій суперечності з уявленнями людей про роботу системи, що з'явилася назва, яка стала загальноприйнятою – "єретичний режим". Давайте знову "пробіжимося" по ньому і змінимо точку зору. ДВС обертає води сателітів з низькими оборотами. MG1 обертає сонячну шестірню назад. Це змушує сателіти обертатися вперед і додає більше обертів коронної шестерні. Коронна шестерня все ще отримує лише 72% крутного моменту ДВС, але швидкість, з якою обертається кільце, збільшена рухом двигуна MG1 назад. Обертання корони швидше дозволяє автомобілю їхати швидше при низьких обертах ДВЗ. MG2, що неймовірно, чинить опір руху автомобіля як генератор, і виробляє електрику, яка живить мотор MG1. Автомобіль рухається вперед механічним крутним моментом, що залишається, від ДВС.

Ви можете визначити, що Ви рухаєтеся в такому режимі, якщо Ви добре визначаєте обороти ДВЗ на слух. Ви їдете вперед на пристойній швидкості, та можете тільки ледве чути двигун. Він може бути повністю замаскований шумом дорожнього руху. Дисплей Монітор Енергії показує подачу енергії двигуна ДВСколесам та мотор/генератору, що заряджає батарею. Картинка може змінюватися - чергуються процеси заряду та розряду батареї на двигун, щоб крутити колеса. Я інтерпретую це чергування як регулювання генераторного навантаження MG2 для підтримки постійної енергії руху.

Завдяки своїй економічності та надійності гібридні автомобілі Toyota викликають величезний інтерес у споживача. Плавний хід і стійкість на дорозі, виявляється, далеко не всі переваги цього японського автомобіля. Відмінні ходові якостімашини дивно поєднуються з економічною витратоюпалива. Роботу гібридного автомобіля Toyota Prius забезпечують два джерела потужності: електромоторі двигун внутрішнього згоряння(ДВЗ).

Спробуймо розібратися, яким чином при підвищенні потужності машина може витрачати бензин на рівні малолітражки. Пристрій гібридного автомобіля Toyota Prius складається з:

• двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ);
• електромотора;
• планетарного редуктора (дільника потужності);
• генератора;
• інвертор;
• акумуляторної батареї.

ДВЗ та електромотор можуть працювати одночасно, почергово та доповнювати один одного при необхідності. У гібридному пристрої, силовий момент, що крутить, на колеса може передаватися від електромотора і ДВС безпосередньо в різних пропорціях.

Це здійснюється за допомогою планетарного редуктора (дільника потужності), що складається з набору шестерень. Чотири з них приєднані до бензинового двигуна, А зовнішня - до електромотора. Ще один сателіт приєднаний до генератора, який за потреби посилає енергію на електромотор або заряджає батарею.

Однією з головних переваг Приуса можна вважати те, що на відміну від електромобілів, для зарядки гібридного автомобіля не потрібне підключення до мережі живлення. Процесор, керуючий усіма діями машини, заряджає при необхідності акумулятор від ДВС.

Принцип роботи гібридного автомобіля

Основне завдання інженерів Toyota полягало в тому, щоб створити економічну машину, яка на трасі не поступалася б потужним «залізним коням», але при цьому мала б невелику витрату двигуна. Для цього було використано поєднання ДВЗ та електромотора. Щоб досягти максимальної ефективності, в Toyota Prius обидва джерела потужності можуть працювати окремо, разом і паралельно.

Отже, принцип роботи гібридного Toyota Prius. Запуск двигуна та розгін автомобіля здійснюється за допомогою тягового електромотора. Він обертає зовнішній сателіт планетарного редуктора і передаючи таким чином крутний момент на колеса. Але на акумуляторі далеко не поїдеш. Тому, як тільки автомобіль набрав швидкість, у справу входить ДВС.

Спільне використання електромотора та ДВС дозволяють досягти максимального ККД (коефіцієнта корисної дії) всієї системи, оскільки. При натисканні на гальмо двигун внутрішнього згоряння відключається і відбувається так зване рекуперативне гальмування (вся енергія від опору перетворюється на електричну), при якому електродвигун, працюючи в режимі генератора, заряджає акумуляторну батарею.

Якщо автомобілі знову потрібна підвищена потужність, наприклад для обгону, знову включається електромотор, енергії якого цілком вистачає для різкого набору швидкості. Схеми роботи гібридних автомобілів були розраховані збільшення економічності авто і зниження викиду вуглекислого газу атмосферу. При підвищенні витрати палива (при натисканні на педаль газу) керуючий комп'ютер посилає сигнал на дільник потужності та включає електричне джерело, що дозволяє ДВЗ працювати в режимі без навантажень.

Toyota володіють унікальною надійністю і гнучкістю, оскільки управління рухом проводиться здебільшого по проводах, минаючи використання складних вузлів та агрегатів. До речі, в гібриді Toyota Prius генератор виконує роль стартера, і допомагає «розкрутити» ДВС до необхідних 1000 оборотів.

Режим роботи двигуна

• Старт. Переміщення лише за допомогою електричної тяги.
• Рух із постійною швидкістю. У цьому випадку проводиться передача моменту, що крутить, на генератор і колеса.
• Генератор, за потреби, заряджає акумулятор і передає енергію на електромотор. При цьому відбувається підсумовування моментів, що крутять, обох тягових установок.
• Форсований режим. Електромотор, отримуючи додаткове живлення від генератора, посилює потужність бензинового двигуна.
• Гальмування. Гібрид гальмує переважно за допомогою електродвигуна. Однак при сильному натисканні на педаль, задіяні гідравлічні вузли, і гальмування відбувається звичайним способом.

Двигун (ДВЗ)

Тип двигуна Тойота гібрид - Hybrid Synergy Drive (гібридний синергетичний привід), що дозволяє поєднувати два джерела потужності: ДВЗ та електромотор. Давайте з'ясуємо, які паливні двигуни встановлюються на Пріус.

У середині 50-х років минулого століття інженер Ральф Міллер запропонував удосконалити ідею Джеймса Аткінсона . Суть ідеї виражалася підвищення ефективності ДВС шляхом скороченого ходу стиснення. Саме цей принцип, який тепер часто називають циклом Міллера/Аткінсона, використовується в гібридних двигунах компанії Toyota.

Отже, Toyota Prius гібрид, як працює двигун цього автомобіля. На відміну від інших моделей ДВС, процес стиснення в циліндрі починається не в момент початку руху поршня вгору, а пізніше. Тому перед закриттям впускних клапанівчастина суміші з палива та повітря виходить назад у впускний колектор, що дозволяє збільшити час, в який використовується енергія тиску газів, що розширюють. Все це зумовлює значне підвищення ККД двигуна, збільшення економічності агрегату, а також підвищує момент, що крутить.

Характеристики двигуна:

• Об'єм - 1794 куб см.
• Потужність (лс/Квт/про хв) - 97/73/5200.
• Крутний момент (Нм/про хв) - 142/4000.
• Подача палива – інжектор.
• Паливо – бензин АІ 95, АІ – 92.

Витрата Toyota Prius гібрид на 100 км у міському циклі становить 3,9 л, по трасі - 3,7 літрів.

Електромотор автомобіля Тойота

Конструкція гібридного синергетичного приводу передбачає використання тягового електродвигуна. Потужністьелектромотора Тойота Пріус-56 кВт, 162 Нм. Цей агрегат забезпечує рух автомобіля зі старту до набору постійної швидкості, включається, коли машина йде на обгін і бере участь у гальмуванні. Вся система Toyota Prius продумана до найдрібніших деталей. Зарядка гібридного автомобіля здійснюється в процесі руху від ДВС через керуючий генератор.

Акумуляторна батарея

Гібрид оснащений двома акумуляторами (основним високовольтним та допоміжним), обидва перебувають у багажнику автомобіля. Основний пристрій акумуляторної батареї автомобіля виготовлено з нікель-метал-гідридного сплаву та має ємність 6,5 А/год, напругу 201, 6 В. Цей агрегат має власну систему охолодження. Усередині високовольтної батареї знаходиться контролер, що управляє процесом заряджання кожного осередку (блоку) всього 168 осередків.

Витрата та відновлення енергії акумулятора контролює керуючий процесор автомобіля. Акумуляторна батарея Toyota Приус не вимагає підзарядки від електричної мережі, цей процес здійснюється під час руху та гальмування (переважно) транспортного засобу.
Допоміжний акумулятор: 12 В (35 А/год, 45 А/год, 51 А/год).

Висновок

Незважаючи на достатньо високу вартість, гібридні автомобілі викликають дедалі більше інтересу у покупців У порівнянні з іншими гібрид-автомобілями, Toyota Prius дійсно споживає значно менше палива, і має низький рівень викиду вуглекислого газу.