Как устроен гибридный автомобиль тойота приус

Гибридный привод Тойота — устройство, принципы работы и приёмы вождения

На интернет-форумах и в разных группах в соцмедии ходит неимоверное число сказок, баек и сплетен про принципы работы, надёжность, компоненты и ходовые качества гибридных автомобилей Тойота. Кто-то, не зная, как гибрид работает, придумает своё объяснение, кто-то, не умея обосновать какие-то особенности работы — аж свои законы физики. И плохо то, что эти сплетни, слухи и домыслы растут и множатся. Попробую некоторые моменты прояснить.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ В 1993-м году Тойота активно занялась разработкой автомобиля 21-го века. Задача у конструкторов стояла следующая — создать полноразмерный автомобиль, соответствующий современным требованиям по динамике (понятно, речь не про суперкары), вмещающий пять взрослых японцев человек и потребляющий до пяти литров топлива на 100 км. Через четыре года — в феноменально малые сроки для разработки автомобиля и наладки производства, учитывая, что на тот момент многих необходимых технологий вообще не существовало — начались продажи Тойота Приус. Машинка получилась страшненькая, но интересная. Европейские автопроизводители в то время совершенствовали дизельные двигатели, так как считалось, что будущее за ними — топливная эффективность, отличные характеристики, высокий крутящий момент, низкие выбросы СО2, уже на тот момент назначенного врагом экологии номер один. Можно сказать, что при разработке Приуса Тойота смотрела в будущее на 40…50 лет. Немцы же — на 20…30. В 1991-м, кстати, году, Тойота запустила ещё один проект, который только сейчас раскручивается так же медленно, как Приус в 1997-м — автомобиль на водородных топливных элементах, Тойота Мирай. Но сейчас речь о гибриде.

В 2003-м был запущен Приус второго поколения, со вторым же поколением гибридного привода. Он был чуть мощнее (напряжение электромоторов при разгоне повысили с 273 до 500 В), чуть экономичнее и туда начало влезать пять взрослых европейцев. В остальном силовой агрегат тот же, что и на первом поколении, с работающим по циклу Аткинсона рядной четвёркой 1,5.

Слева гибридный привод второго поколения (да и первый такой же), справа — третьего. Более новый, как видно, стал компактнее и проще, но при этом мощнее.

В 2009-м появился Приус 3, самый массовый гибридный автомобиль на данный момент. По моему мнению, дизайн офигенен (здесь надо иметь ввиду, что я в дизайне ценю ещё и функционал, а не просто молдинги, блестяшки и широкие колёса). Никель-металл-гидридный аккумулятор, двигатель Аткинсона-Миллера 1,8 73 кВт. Из гибридной трансмиссии пропала многорядная цепь, но принцип работы не изменился. Чуть позже появилась и версия с увеличенной до 4,4 кВт∙ч батареей и зарядкой от розетки.

В 2016-м — Приус 4. Дизайн на любителя, но точно бросающийся в глаза. Четвёртое поколение гибридного привода дало ещё бóльшую топливную эффективность и, кроме того, намного более чёткое ощущение привода водителем — разгон и торможение двигателем стали чётче, снизилось ощущения “резинки” между оборотами двигателя и разгоном автомобиля. Особенности четвёртого поколения гибридного привода, с 2019-го года устанавливающегося на все новые модели состоят в: — изменённой компоновке — MG2 вынесен на отдельную ось и смещён назад и вверх. Благодаря этому исчез ещё один планетарный редуктор из устройства распределения мощности. Раньше в одной коронной шестерне было два планетарных редуктора — один, собственно, PSD (Power Split Device), а второй — редуктор для MG2. Это показано на иллюстрации ниже. Теперь шестерёнок стало ещё меньше, и потерь на трение, соответственно, тоже; — изменении типа обмоток MG2. Ранее это была обычная тонкая проволока круглого сечения, теперь же — толстая проволока прямоугольного сечения (примерно 1,5 х 2 мм). Это несколько снизило эффективность мотор-генератора на низких оборотах и торможении, но увеличило мощность на верхах. Новый MG2 теперь крутится до 18000 об/мин, что, благодаря увеличенному передаточному отношению, улучшило разгон на электротяге без потери максимальной скорости.

Гибридная трансмиссия четвёртого поколения. Валы, шестерни и два электромотора. Самая простая по строению трансмиссия. Сломать можно только силой, пополам. Принципиальное устройство гибридного привода Toyota четвёртого поколения. />Для сравнения — принципиальное устройство привода третьего поколения (Prius 3, Auris, RAV4 gen.4, Lexus RX450h и др.) На правом конце вала двигателя находится ещё масляный насос.

СТРОЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ Гибридный привод Тойота состоит из шести основных компонентов. Объяснения будут на основе четвёртого поколения гибридного привода, устанавливающегося на модели 2019-го года. На Приусе четвёртого поколения и C-HR этот привод появился в 2016-м году.

Компоненты гибридного привода: ДВС — бензиновый двигатель. На современных гибридах (2019+) 1,8 это двигатель, работающий по циклу Аткинсона (или, если точнее, то Аткинсона-Миллера). Двигатели серии Dynamic Force: 1,5 (Yaris 2020), 2,0 (Corolla), 2,5 (RAV4 и Camry) и 3,5 (Lexus LS500h) это новые двигатели, длинноходные, способные работать как по циклу Отто, так и Аткинскона-Миллера. Если нужна бóльшая мощность — разгон, подъём, то, как правило, это Отто. Если режим работы стабильный и нужна в первую очередь экономичность, мотор переходит на цикл Аткинсона-Миллера. Такая гибкость достигается двумя механизмами смещения фаз газораспределения — VVT-iE на впуске (управляется электромотором, смещается на очень большой угол) и VVT-iW на выпуске (это обычный, с масляным управлением). Зато 1,8 это самый простой из современных двигателей — VVT только на впуске, внешнего EGR нет, никаких наворотов, типа изменяющейся производительности масляного насоса, нет. Обе серии моторов великолепны по своему. 1,8 — простота и надёжность, серия Dynamic Force — компактность, лёгкость, очень высокая топливная эффективность на низких и средних оборотах, где этот двигатель подавляющее большинство своей жизни и работает. MG1 — мотор-генератор 1, работающий в паре с двигателем. В основном работает, как генератор, забирая у ДВС часть его мощности. Кроме того, заводит ДВС. Может вращаться в обе стороны примерно до 12000 об/мин. Вместе с устройством распределения мощности (планетарным редуктором) представляет собой трансмиссию e-CVT, являясь вариатором для ДВС — передаточное число от ДВС к коронной шестерне зависит от того, как сильно и на каких оборотах MG1 тормозит солнечную шестерню. Устройство распределения мощности — Power Split Device. Это, по сути, одинарный планетарный редуктор. Солнечную шестерню приводит MG1, водило приводится бензиновым двигателем, коронная шестерня имеет также зубы снаружи и является ведомой для ДВС и MG1 и наружными зубами приводит промежуточный вал, который вращает редуктор. PSD является как раз тем e-CVT — электрическим вариатором, который заявлен у гибридных Тойот в качестве типа трансмиссии. Никаких цепей, ремней и конусов в КПП гибридной Тойоты нет, только планетарный редуктор и MG1.

Устройство распределения мощности из гибридного привода третьего поколения. Внутри коронной шестерни два комплекта зубов для двух пакетов сателлитов. К одному водилу подсоединён ДВС. Второе водило зафиксировано, а к солнечной шестерне подключен MG2, для которого планетарный редуктор является понижающим редуктором.

MG2 — ходовой двигатель. Соединён с редуктором механически постоянно. Работает, ходовым электродвигателем. При торможении работает генератором, “перекачивая” кинетическую энергию в виде электричества в аккумулятор.

MGR — задний ходовой двигатель на автомобилях с поперечно расположенным двигателем и полным приводом. Это отдельный узел, состоящий из электромотора и редуктора с дифференциалом. С основной трансмиссией он никак не связан, управляется отдельно, получая ток от инвертера.

Инвертер-конвертер, или Power Control Unit. PCU трансформирует и распределяет потоки электроэнергии между ходовым электроаккумулятором, MG1, MG2 и, если есть, то MGR. Инвертер-конвертер умеет много: а) делает из высокого напряжения ходового аккумулятора напряжение порядка 14 В для питания бортовой сети – машина, кроме гибридного привода и компрессора кондиционера, двенадцативольтовая; б) конвертирует высокое напряжение для питания высоковольтного компрессора кондиционера; в) с помощью бустера поднимает напряжение высоковольтной батареи до 600…650 В (в зависимости от модели), обеспечивая мощность электродвигателей на высоких нагрузках; г) конвертирует напряжение, получаемое с мотор-генераторов в напряжение батареи для её зарядки. д) Кроме того, напряжение батареи постоянное, а мотор-генераторам надо переменное, так что ещё и этим приходится заниматься. Всё это с эффективностью до 98%.

Ходовой (высоковольтный) электроаккумулятор. Никель-металл-гидридная или литий-ионная батарея. Используется для: а) питания электромоторов, когда использование ДВС нецелесообразно; б) для накапливания излишков энергии, когда ДВС может отдавать её эффективно; в) для накапливания энергии, получаемой при рекуперативном торможении.

ФИЗИКА И РАСХОД ТОПЛИВА Встречается очень много разнообразных интересных и порой фантастических объяснений режимов работы ДВС в составе гибридного привода. При объяснении топливной экономичности гибрида надо иметь ввиду несколько важных моментов:

1. Вся энергия, используемая для питания бортовых систем гибридного автомобиля, а также для его передвижения, получается из топлива. За заряжаемые от розетки гибриды сейчас отдельно говорить не будем, принцип их работы такой же, как у обычного гибрида, только батарея больше и есть возможность зарядить её от розетки, а не от ДВС.

3. У двигателя Аткинсона-Миллера кривая крутящего момента волнистая — есть пики, есть провалы. На тех режимах, где с обычной КПП такому двигателю пришлось бы работать на “неудобных” для него оборотах, тратя много лишнего топлива, гибридный привод переводит двигатель на ближайший пик эффективности, а “лишнюю” энергию в виде электричества запасает на будущее в аккумуляторе. Когда аккумулятор заряжен, ДВС переводится на “ступеньку” ниже, где эффективность опять приемлемая, а недостаток мощности восполняется использованием запасённого ранее электричества.

4. Основная экономия бензина гибридным приводом состоит в том, что в любом режиме движения блок управления гибридными приводом использует ДВС в максимально эффективном режиме его работы, управляя балансом мощности, получаемой от ДВС и ходового аккумулятора. Именно поэтому, несмотря на то, что вся энергия получается из топлива, топлива гибридный автомобиль потребляет намного меньше чисто бензинового. И огромный плюс именно тойотовского гибридного привода в его вариаторной трансмиссии, позволяющей ДВС работать практически на любых оборотах в очень широком скоростном диапазоне.

Да, Закон сохранения энергии говорит нам, что для перемещения автомобиля некоего веса на некое расстояние необходимо потратить некое количество энергии, не зависящее от типа двигателя этого автомобиля. Но вот как, где и с какой эффективностью мы получим эту энергию, влияет на расход топлива и наших денег очень даже сильно.

ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА Исходя из особенностей ДВС Аткинсона-Миллера и особенностей гибридного привода, при максимальной экономии топлива надо применять немного другие приёмы вождения:

Приборная панель RAV4. Слева вместо тахометра установлен указатель потребляемой мощности — Energy Monitor.

РАЗГОН Начинайте движение плавно, удерживая стрелку указателя мощности в первой половине зоны ECO. В этой зоне работает только ходовой электромотор, обладающей максимальным крутящим моментом именно с самых низких оборотов (не совсем с нуля, как многие считают, а примерно со ста). Бензиновый двигатель заглушен. Когда разгона на одном MG2 уже не хватает и приходится нажимать педаль акселератора глубже, заводится бензиновый двигатель. И вот здесь таится основная хитрость — когда ДВС уже запустился, смело нажимайте на педаль, загоняя стрелку “тахометра” в зону PWR, примерно до середины. Это как раз те обороты, на которых киловатты становятся дешевле. Излишки мощности, если они будут, ЭБУ гибридного привода отправит в батарею, и ни один миллилитр бензина не пропадёт зря. Когда вы таким образом разогнались до нужной скорости, отпустите педаль акселератора и нажмите снова, но ровно на столько, чтобы удерживать скорость. Стрелка указателя мощности останется в первой половине зоны ECO, и вы будете ехать только на электричестве.

ТОРМОЖЕНИЕ Гибрид по максимуму использует MG2 для преобразования кинетической энергии автомобиля в электричество. Чтобы облегчить ему работу и увеличить эффективность рекуперативного торможения, старайтесь тормозить плавно и долго, не давая стрелке указателя мощности падать ниже середины зоны CHG (Charge). В этом случае гибрид применит тормозную систему только в самом конце, когда генератором тормозить уже неэффективно, и максимальное количество энергии, которой вы на обычном автомобиле топите воздух (преобразуя при торможении истраченное ранее топливо в тепло с помощью колодок и дисков), будет преобразовано в электричество и использовано для следующего разгона.

ТОРМОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ Так как аккумулятор нельзя заряжать бесконечно, а если у MG2 энергию не забирать, то тормозить он не будет, то на затяжных спусках автомобиль после зарядки батареи до 80% будет тормозить тормозами. Чтобы их не перегреть, у гибридов есть положение трансмиссии “B”, а у гибридов помощнее — “ручной” режим переключения шести, а у LS500h и LC500h — десяти “передач”. Это симулированные передачи, которыми владелец определяет, насколько сильно гибрид будет тормозить двигателем. При торможении в положении “B”, “M” или “S” часть энергии торможения тратится впустую — MG1 вращает коленвал заглушенного бензинового двигателя. “B”, это не “Benzin”, как некоторые думают, а “Braking” — “торможение”. “M” — Manual, “S” — Sport. Да, шкала указателя расхода энергии показывает, что автомобиль в режиме “B” офигенно заряжает аккумулятор при отпускании педали газа. Но по факту, он показывает именно уровень торможения, а не зарядки. Большая часть этой энергии просто тратится на перекачивание воздуха двигателем с закрытой дроссельной заслонкой. Эти режимы нужно использовать на затяжных спусках в горах и можно использовать при активно-агрессивной езде, так как ощущение автомобиля чётче, ну и торможение двигателем симулируется довольно неплохо. На разгоне и при езде со стабильной скоростью в этих режимах гибридный привод ведёт себя так же, как в положении “D”.

Если быть честным, то с лепестками у LS/LC500h три переключения, всё-таки, настоящие. 🙂

PRO ET CONTRA

Из плюсов тойотовского гибрида:

1. Не надо напрягаться для экономии топлива — расход меньше как при спокойной, так и при активной езде. Главное, чтобы расход топлива был нормальным, не “тянуть” двигатель, разгоняясь плавно — когда мотор работает на низкой нагрузке и постоянно, его эффективность низка. И тормозить резко тоже не надо — это хорошо для тормозов — они не так быстро закисают, и задние диски не ржавеют так быстро, — но плохо для расхода топлива. При торможении тормозными механизмами кинетическая энергия уходит в тепло через трение колодок об диск, а при долгом длинном торможении генератором энергия запасается для последующего разгона.

2. Гибрид с двигателем 1,8 на данный момент является самым надёжным силовым агрегатом, который я знаю. Это моё личное мнение, конечно. Новые двигатели M15A, M20A и A25A (соответственно, трёхцилиндровый 1,5 на новом Ярисе, четырёхцилиндровые 2,0 на новом C-HR, Corolla и бензиновый RAV4, и четырёхцилиндровый 2,5 на Camry и гибридном RAV4) пока не накатали достаточно, чтобы можно было делать выводы о реальном ресурсе, однако двигатель изнутри выглядит очень грамотно спроектированным и сбалансированным. Кроме того, при заводских испытаниях эти двигатели гоняли на стенде на 60% дольше (1 600 000 км против обычных 1 000 000 км — понятно, на японском масле и бензине, на оптимизированных нагрузках, но 1 600 000 км, Карл!), чем двигатели предыдущих серий, поэтому сомневаться в их надёжности желания не возникает. 1,8 2ZR-FXE же используется уже с третьего поколения Prius, а в обычном, “бензиновом” варианте 1/2/3ZR-FE/FAE — с 2006-го года на Аурисах, Авенсисах, Короллах и многих других моделях. На версии же для гибрида, с суффиксом FXE, у него, вдобавок ко всему, нет VVT на выпуске, сцепления, стартера, генератора и вспомогательных ремней — он ещё проще. Электроника же у японцев традиционно крайне надёжная и долговечная (ну, кроме механизма Valvematic на бензиновых ZR-FAE, но это не про гибрид).

3. Крайне простое устройство — механически там самая простая трансмиссия, где нет ни одного подключающегося или отключающегося элемента. Есть десяток шестерёнок и два десятка подшипников. И два электромотора. И больше ничего. Сломать можно разве что физически, пополам. Вдобавок, опять же, нет сцепления, стартера, генератора, вспомогательных ремней.

5. Оснащение гибридной модели, как правило, лучше, поэтому бóльшая цена, это не только за гибридный привод, а ещё и за большее количество всяких ништяков и кнопочек. Здесь расстраивает, пожалуй, только Prius 4 Plug-in с солнечной батареей — у него для компенсации массы из-за крыши и дополнительного аккумулятора урезали разные хорошие функции типа умных парковочных датчиков и системы помощи при парковке.

6. В цене гибрид падает медленнее. По сути, насколько дороже купишь, настолько потом пропорционально дороже продашь. Тойотовский гибрид падает в цене, пожалуй, медленнее всех. И точно медленнее современных дизелей, турбобензиновых автомобилей и электромобилей, которые падаю в цене аж со свистом.

7. Трансмиссия работает намного лучше, чем любая другая автоматическая КПП — иногда можно ощутить слабые толчки, при запуске бензинового двигателя на ходу, но это если целенаправленно обращать внимание. Больше ни рывков, ни задумчивости нет — как только ты нажал на газ, электромотор уже начал разгонять автомобиль, это происходит за 0,2 секунды. Бензиновый двигатель подхватывается тут же, раскручиваемый электромотором не до 250 об/мин, как обычным стартером, а намного выше, из-за чего ДВС сразу начинает давать мощность.

1. Дороже купить.

2. Часто закисают задние тормоза, особенно при спокойном стиле вождения. Гибрид тормозит генератором, насколько это возможно, поэтому тормоза работают меньше, чем на обычном автомобиле. Если ездить пенсионером, а задние тормоза обслуживать не по бюллетеням производителя (о которых многие дилеры просто не знают), то замена задних дисков и колодок может быть нужна каждое большое ТО. Поэтому хоть иногда надо тормозить с большой скорости тормозами, чуть забив на экономию топлива.

3. На снегу может напугать, отказавшись разгоняться в горку. Он будет разгоняться, насколько позволит сцепление с дорогой, но автомобиль с обычным двигателем будет при этом рычать и буксовать, что слышно и привычно, а вот ходовой электромотор гибрида будет буксовать тихо, и будет ощущение, что машина просто не реагирует на педаль зага. Ощущение это с непривычки очень неприятное. ��

4. Тем, кому нужна динамичная езда, будет скучно, потому что нет рывков, нет переключений передач. Разгон приличный, но ощущения разгона практически нет — гибрид на разгоне едет, как паровоз. Хотите рывков при переключении передач, берите дизель с механикой или двойным роботом — с ним веселее. Лично мне нравится троллейбусный разгон тойотовского гибрида, без рывков и переключений.

6. На гибриде Toyota приёмы для более экономичной езды немного отличаются от таких приёмов на бензиновой машине. Часто бывает, что народ жалуется на высокий расход топлива, что, по факту, вызвано неправильными приёмами езды. Надо немного переучиваться, но во определённом возрасте это же сложно ;), да и мало кто готов признать, что ездит неправильно. �� Правильные приёмы описаны выше.

Схема расположения и подключения компонентов гибридной трансмиссии L110, устанавливающейся на Lexus GS450h и LS600h. На IS300h устанавливается похожая по устройству L210.

8. Гибридному приводу нельзя сильно буксовать. Опять же, из-за MG2. Когда ведущее колесо буксует, обороты MG2 растут очень быстро, и если ведущее колесо вдруг резко схватит асфальт, или же водитель ударит по тормозам, то инерция ротора MG2 настолько велика, что КПП может не выдержать. Поэтому VSC у гибридной Тойоты довольно нервная и буксовать почти не даёт. На снегу в горку, или в очень скользкой грязи можно и застрять на ровном месте. На гибриде с неработающей ABS/VSC сильно увеличиваются шансы сломать трансмиссию, раскрутив ведущие колёса и нажав на тормоз. Впрочем, как известно, сдуру можно и всё сломать.

По факту, при покупке гибрида покупатель платит чуть больше не только за будущую экономию топлива, но и за более плавную и приятную езду, лучшее оснащение, высокую надёжность. Плюс, часть “переплаченных” денег вернётся при продаже, благодаря более высокой цене на вторичном рынке.

Вопросы при желании можно задавать в комментариях. Спорить и не соглашаться можно и это даже приветствуется. Но корректно, без хамства, обзывательств и пустого трёпа. Кидаться говном в меня, в Тойоту, в гибриды и в окружающих не надо, этого хватает в соцсетях типа Фейсбука и Вконтакте — идите туда, там в вас с удовольствием кинут в ответ.

��Схема и устройство двигателя Toyota Prius

Легковые автомобили Toyota Prius отличаются комбинированным приводом, состоящим из бензинового и электрического моторов. Понимание принципа работы гибридного двигателя Тойоты Приус позволяет рациональнее использовать возможности силовой установки. При правильной эксплуатации сокращается расход топлива и падает нагрузка на тяговую батарею, что обеспечивает рост срока эксплуатации.

Особенности гибридного двигателя Toyota Prius

Идея разработки экономичного автомобиля, вмещающего 5 человек и потребляющего не более 5 л на 100 км пути, возникла у руководства концерна Toyota в 1993 г. Спустя 4 года была представлена новая модель Prius, которая имела своеобразный дизайн и отличалась низким расходом.

Бензиновый двигатель

Производитель применяет моторы, действующие по циклу Аткинсона, отличающиеся сниженным расходом горючего и способностью работать на бензине с октановым числом от 92 единиц. Двигатели имеют регуляторы фаз газораспределения, позволяющие повысить эластичность и динамику на низких оборотах. Агрегаты оснащены системами распределенного впрыска топлива, в выхлопной трубе расположены каталитические нейтрализаторы для дожигания вредных компонентов.

Электродвигатель

В конструкции используются 2 электрических синхронных мотора трехфазного типа. Ротор состоит из вала, опирающегося на подшипники, и центральной магнитной части (подключение к батарее не предусмотрено).

Статор укомплектован 3 обмотками, обеспечивающими вращение ротора при подаче напряжения.

При прокручивании магнита от внешнего источника (например, ДВС либо при движении накатом) в обмотках наводится ток, используемый для зарядки тяговой батареи или работы электрических компонентов.

Составляющие двигателя Тойота Приус

В число компонентов силовой установки входят:

• 4–цилиндровый мотор внутреннего сгорания;
• двойной электрический двигатель, способный функционировать в режиме генератора и стартера;
• редуктор, распределяющий работу компонентов гибридного силового агрегата;
• инвертор, необходимый для преобразования постоянного тока в переменный с одновременным ростом напряжения.

Используемый на Prius бензиновый двигатель отличается минимальным потреблением топлива. Конструкция газораспределительного механизма обеспечивает начало такта сжатия после прохождения поршнем нижней мертвой точки. Выброшенная в коллектор рабочая смесь затягивается в другой цилиндр и не попадает в атмосферу.

Сокращение объема жидкости позволяет снизить давление в конце такта сжатия и увеличить степень сжатия до 13 единиц без риска детонационного сгорания. Цикл Аткинсона способствует повышению термического КПД по сравнению с классическим циклом Отто.

Конструкция мотора обеспечивает снижение расхода топлива и уменьшение вредных выбросов в выхлопных газах. Двигатель Prius не работает на холостом ходу, пуск производится для зарядки аккумулятора, прогрева радиатора системы охлаждения или салона либо для поддержания движения автомобиля. Но использование цикла Аткинсона негативно сказывается на мощности.

Например, стандартный агрегат 1NZ–FE развивает 109 л. с., а его модификация 1NZ–FXE для гибридных машин имеет мощность всего 77 л. с.

Мотор–генератор

С солнечной шестерней редуктора соединен генератор, имеющий мощность около 20 кВт. Узел позволяет запускать бензиновый мотор и регулировать частоту вращения коленчатого вала в зависимости от силы тока в цепи зарядки. С коронной шестерней состыкован тяговый двигатель, участвующий в движении автомобиля и отличающийся повышенной мощностью и увеличенными габаритами. Для охлаждения статоров используется воздух, а с IV поколения – антифриз. Жидкость применяется для обогрева салона и подается по единому контуру с ДВС.

Схема

В состав гибридного привода входит высоковольтная батарея, собранная из нескольких сотен элементов с рабочим напряжением 1,2 В.

Данный показатель на клеммах зависит от поколения, на Prius I генерации он составляет 288 В. В случае падения параметра завести бензиновый мотор невозможно, требуется зарядка аккумулятора от внешнего источника. Батарея имеет емкость 6,5 А*ч и установлена в нише позади спинки заднего ряда сидений.

Поскольку накопителем энергии является аккумулятор, а электродвигатели рассчитаны на переменный трехфазный ток, то в схему входит преобразователь. Конвертер обеспечивает питание бортовой сети, компрессора кондиционера (узел не имеет связи с коленчатым валом ДВС), повышает напряжение в линии снабжения электромотора до 650 В. Эффективность преобразователя около 98%. В конструкции машины имеется стандартный свинцовый аккумулятор, расположенный в багажнике или моторном отсеке (источник тока работает при отключенной тяговой батарее).

Планетарная коробка передач

Для распределения потоков мощности установлен планетарный редуктор Power Split Device. С солнечной шестерней соединены ротор электрического мотора и ось к главной передаче, а коленчатый вал состыкован с водилом через демпфирующую муфту для сглаживания крутильных колебаний. Внутренняя солнечная шестерня соединена с генератором. Электронный блок управления корректирует частоту вращения ротора генератора и меняет передаточное отношение редуктора.

В зависимости от условий езды, ведущие колеса приводятся в движение от ДВС, электромотора или от обоих устройств.

Трансмиссия обеспечивает плавное изменение передаточного отношения и позволяет тронуться на электрической тяге.

Для интенсивного разгона либо при падении уровня заряда аккумулятора, либо превышении заданного порога скорости происходит автоматическое включение бензинового двигателя.

Водитель и пассажиры не замечают изменение режима работы гибридной установки, данные отображаются на экране бортового компьютера на панели приборов.

На IV поколении стала использоваться модернизированная трансмиссия. Электрические моторы, стоявшие ранее на одной оси с коленчатым валом, расположили параллельно. Решение позволило снизить габариты редуктора и сократить механические потери на 20%. ДВС вращает через муфту свободного хода водило с сателлитами, а генератор связан с солнечным колесом. Внешняя коронная шестерня соединена через промежуточный вал с тяговым электрическим приводом. Крутящий момент на колеса отбирается через дифференциал от промежуточной оси.

Принцип работы двигателя Тойоты Приус

В момент старта тяговый мотор вращает шестерню планетарного редуктора и соединенную с ней главную пару с дифференциалом. Крутящий момент передается на колеса, и автомобиль начинает движение. При фиксации недостатка электрической тяги происходит автоматическое включение бензинового агрегата, который работает на обедненной смеси в наиболее экономном режиме. Связанные между собой детали планетарного редуктора определяют соотношение мощности ДВС, переданной на ведущие колеса и на генерацию электроэнергии.

Мотор–генератор отвечает за уровень зарядки батареи и может работать на неподвижной машине с включенным бензиновым агрегатом. Узел способен запускать ДВС, делая гибридную систему гибкой и не зависящей от условий эксплуатации. Трансмиссия обеспечивает равномерное распределение нагрузки и отличается надежностью, в конструкции отсутствуют сложные гидравлические либо механические компоненты.

Описание режимов работы гибридного двигателя

Такой агрегат автоматически регулирует действие ДВС и электрического привода. Владельцу автомобиля требуется перевести селектор трансмиссии в необходимое положение и нажать на кнопку старта. Прочие действия выполнит бортовая электроника, информация выводится на экран компьютера.

Автомобиль поддерживает несколько режимов работы (на примере Prius III поколения):

• EV Mode, предусматривающий использование только электрической тяги;
• ECO Mode, рассчитанный на достижение минимального расхода топлива и предназначенный для маневрирования;
• Normal, ориентированный на стандартные условия эксплуатации;
• Power Mode, повышающий динамику за счет одновременного использования ДВС и электрической тяги.

Запуск ДВС

При недостаточном уровне заряда батареи или резком нажатии на педаль акселератора осуществляется запуск бензинового мотора. Двигатель разгоняет машину и производит подзарядку батареи. На Prius предусмотрено служебное включение ДВС, необходимое для прогрева масла, промывки системы смазки или очистки форсунок от отложений без снятия. Алгоритм действий описан в инструкции по эксплуатации, в стандартных условиях работы принудительно завести ДВС невозможно.

Для старта бензинового агрегата используется энергия тягового электрического мотора, который раскручивает коленчатый вал до 1000 об/мин за 1–2 секунды. После начала работы контроллер определяет состав смеси, холодный ДВС прогревает каталитический нейтрализатор и обеспечивает подзарядку батареи.

После достижения требуемой емкости бензиновый агрегат автоматически глушится.

Старт на электротяге и разгон

При плавном нажатии на акселератор электрический мотор набирает скорость через планетарный редуктор. Блок управления отслеживает уровень заряда батареи и не допускает падение емкости ниже критического уровня. Разгон на электрической тяге продолжается до 50 км/ч, после чего подключается ДВС.

Запуск ДВС на ходу

Включение бензинового привода происходит при падении емкости аккумулятора или повышении сопротивления движению. Электрический мотор прокручивает коленчатый вал через планетарный редуктор, который затем распределяет потоки мощности. После снижения нагрузки или окончания зарядки ДВС автоматически глушится.

Задний ход

Чтобы начать маневрирование, необходимо перевести рычаг в положение R, блок управления переключает обмотки.

Для движения используется только электрический двигатель, но в случае низкого заряда запускается бензиновый мотор. Коленчатый вал вращает генератор и восстанавливает емкость аккумулятора либо подает питание на обмотки электрического привода. При деградации батареи возникают сложности с маневрированием задним ходом. Перед включением реверса необходимо дать поработать генератору несколько минут.

Аккумуляторная батарея – на сколько хватает электродвигателя

Гибридный автомобиль не предназначен для длительного движения на электрической тяге. Полностью заряженной батареи хватает всего на 1,5–2 км при скорости не более 40–50 км/ч. Деградация источника питания приводит к падению емкости и снижению расстояния. На запас хода оказывают влияние климатические условия, рельеф дорожного полотна и количество электрических приборов, находящихся во включенном состоянии.

Технические характеристики Приуса разных лет

Общие черты Toyota Prius:

• компоновка с передним расположением моторного отсека и поперечно расположенным двигателем;
• передняя подвеска независимого типа со стойками Макферсон и стабилизатором поперечной устойчивости;
• гидравлические 2-контурные тормоза с системой ABS (перечень ассистентов зависит от года выпуска);
• цельнометаллический несущий кузов, рассчитанный на водителя и 4 пассажиров;
• реечный рулевой механизм с электрическим усилителем переменной производительности;
• задняя подвеска с торсионной балкой и цилиндрическими пружинами;
• специальные покрышки и алюминиевые диски с аэродинамическими колпаками для снижения сопротивления движению.

В конструкции автомобиля использована система рекуперации энергии торможения без вакуумного усилителя. Взамен использованы источник высокого давления и распределитель. При нажатии на педаль блок управления переводит электрический мотор в режим выработки электроэнергии, что снижает нагрузку на основные тормоза и обеспечивает лучшее замедление. Система клапанов и электроника предотвращают блокировку колес на скользком покрытии.

При поломке источника давления торможение осуществляется за счет усилия, создаваемого ногой водителя на педали.

Первое поколение

Автомобиль Тойота Приус Гибрид с 4-дверным кузовом седан начал выпускаться в 1997 г. и предлагался в 2 модификациях NHW10 и NHW11, отличавшихся элементами силовой установки. Рычаг коробки не имел механической связи с устройством выбора режима движения, а был соединен с блоком управления. На автомобилях ставились бензиновые агрегаты 1NZ–FXE, развивавшие 58 или 72 л. с. (применялись до модернизации в 2000 г. и после). Мощность электрического привода составляла 41 или 45 л. с. соответственно. Последние экземпляры Prius первого поколения собрали в 2003 г.

Второе поколение

В 2003 г. стартовало производство новой генерации NHW20, впоследствии сборку освоил завод FAW на территории Китая. Под капотом машины помещен 77-сильный 4-цилиндровый мотор 1NZ–FXE, имевший объем 1496 см³. В состав силовой установки входил электродвигатель синхронного типа, развивавший мощность 68 л. с. и момент 400 Н*м.

Производитель реализовал возможность старта на электрическом двигателе, что снижало шумность и устраняло выбросы выхлопных газов. Машина могла проехать до 2 км со скоростью не выше 50 км/ч при условии заряженной на 100% батареи.

Третье поколение

Автомобили поставлялись клиентам с 2009 по 2015 гг. и оснащались 5-дверным кузовом хетчбэк. Сборка велась на территории Японии, а впоследствии к производству подключили площадки в Индии, Китае и Таиланде. В состав силовой установки входил бензиновый 2ZR–FXE мощностью 99 л. с. при рабочем объеме цилиндров 1797 см³. Агрегат имел блок и головку из алюминиевого сплава, в схеме газораспределительного механизма стояли регуляторы фаз. Электропривод, рассчитанный на напряжение 650 В, развивал 82 л. с., для питания имелась никель-металлогидридная батарея.

Четвертое поколение

Выпуск автомобиля Тойота Приус, построенного на модульной платформе TNGA, начался в 2015 г. Машина может оснащаться никель-металлогидридной или литий-ионной батареей. На внутренний рынок Японии поставляется модификация с полным приводом, для прочих стран доступна трансмиссия с передними ведущими колесами. Под капотом находится 98-сильный бензиновый агрегат модели 2ZR–FXE, дополненный электромотором мощностью 53 кВт (на версии с полным приводом стоит дополнительный двигатель). Максимальная скорость на шоссе ограничена 180 км/ч.

Модификация E–Four для внутреннего рынка оснащена дополнительным электродвигателем мощностью 5,3 кВт, сблокированным с редуктором привода задних колес. Предусмотрен дополнительный преобразователь питания. Компактные размеры узлов позволили сохранить неизменным объем багажного отделения. Распределение крутящего момента осуществляется электроникой, задний мотор используется кратковременно. Полный привод повышает устойчивость при движении по скользкой дороге.

Видео о работе гибридного двигателя

В приложенном ролике продемонстрирован общий принцип действия гибридной силовой установки в зависимости от режима движения. Видео позволяет понять алгоритмы переключения компонентов и условия, необходимые для зарядки батареи или отключения двигателя внутреннего сгорания.

Показано общее устройство гибридного силового агрегата и места монтажа компонентов.

Краткий обзор 4х поколений Toyota Prius

За четыре поколения гибрид Тойота Приус усовершенствовался и видоизменился. Электрокар обладает экономичностью и надежностью. Его отличает хорошая устойчивость на дорогах, плавная езда и высокие ходовые качества. Модель Toyota Prius имеет большую мощность, которую обеспечивают два мотора – электро и двигатель внутреннего сгорания.

Устройство гибридного автомобиля

Машина расходует минимум топлива при езде. Это обусловлено внутренним устройством. В автомобиле Тойота Приус гибрид присутствуют:

• гибридная силовая установка;
• планетарный редуктор;
• генератор;
• инвертор;
• аккумулятор.

Электромотор и двигатель внутреннего сгорания авто могут действовать одновременно либо по очереди. Водитель сам решает, когда включать электродвигатель, а когда бензиновый. Крутящийся момент в гибридной установке передается и от электромотора, и от ДВС.

Осуществляет процесс планетарный редуктор, который делит мощность и включает шестерни. Они подсоединены к бензомотору и электродвижку. Необходимую энергию на электромотор дает генераторная установка.

Обратите внимание! Генератор заряжает батарею. Если другие электрокары требуют подключения к сети, то модель Toyota Prius hybrid в данном процессе не нуждается. При необходимости аккумулятор машины подзаряжается от ДВС.

Принцип работы гибридного автомобиля

Разработчики новинки планировали создание экономичного электрокара, и им удалось выпустить на рынок Тойота Приус в новом кузове. Модель обладает небольшим расходом топлива из-за сочетания электродвигателя и бензинового. Возможна работа двигателей по отдельности или совместно. После того, как авто наберет скорость, водитель может включить электродвигатель.

Принцип работы гибридного двигателя Тойота Приус основан на действии тягового электромотора. Однако длительная езда на электромоторе невозможна.

Как работает гибридный двигатель Тойота Приус? Основные моменты принципа работы Тойоты Приус:

1. Двигатель оказывает влияние на запуск и разгон авто. В результате осуществляется вращение редуктора и происходит передача крутящего момента на колеса.
2. После набора скорости начинается работа двигателя бензинового. Чтобы осуществить обгон и набрать мощность, водитель снова включает электродвигатель.
3. При тормозе ДВС отключается, энергия преобразуется в электрическую. Осуществляется торможение.

Благодаря совместному использованию обоих движков, КПД системы остается максимальным. Управление ездой осуществляется, минуя сложные агрегатные механизмы. Роль стартера в машине Тойота Приус выполняет генератор.

Режим работы двигателя

Движение гибрида возможно только под влиянием электротяги. Осуществляется старт, после чего происходит движение транспорта с нужной неизменной скоростью. Крутящийся момент в это время передается на колеса. Если генератор подсел, он берет заряд от аккумулятора. Энергия передаётся на электродвигатель.

При форсированном режиме новой Тойоты Приус электродвижок получает дополнительное питание от генератора, что увеличивает мощность ДВС. При торможении автомобиль останавливается только с помощью электродвигателя. Но при сильном нажатии на педаль тормоза, в процессе участвуют гидравлические узлы.

Двигатель (ДВС)

Тойота Приус характеристики зависят от сочетания двух источников мощности – электромотора и ДВС. Какие топливные моторы есть у новинки? В электрокаре применяется гибридная установка, действующая по циклу Миллера/Аткинсона.

В цилиндре двигателя происходит сжатие после движений поршня. Небольшое количество воздуха и топлива втягивается в коллектор. В итоге экономичность агрегата увеличивается.

Тойота приус гибрид технические характеристики ДВС:

Объём	Мощность	Крутящийся момент	Подача топлива	Вид топлива
1795 см3	97 л. с.	4000 об/мин	инжектор	АИ 92, 95

Электромотор автомобиля Тойота

Мощность электродвижка Toyota Prius гибрид составляет 56 кВТ. Механизм помогает автомобилю взять разгон со старта. Тойоты Приус разгон до 100 км/ч осуществляется за 8 секунд. Чтобы убедиться, достаточно просмотреть тест драйв Тойота Приус.

Аккумуляторная батарея

Тойота Приус электромобиль имеет два аккумулятора:

• высоковольтный;
• вспомогательный.

Расход энергии контролирует автомобильный процессор. Основная аккумуляторная батарея произведена из металлического гибридного сплава. Ее емкость – 6,5 А/ч. Внутри аккумулятора есть контроллер.

Toyota Prius: описание, технические характеристики

Экологичная гибридная Тойота Приус является прорывом в разработках электрокаров. На ее крыше установлена мощная солнечная панель, которая применяется для системы климат-контроля. Авто обладает современным внешним видом с плавными линиями и обтекаемыми формами. Габариты Тойота Приус варьируются в разных пределах. Стандартная версия – 4276 x 1696 x 1490.

Первое поколение Toyota Prius (1997-2003 гг.)

Салон автомобиля комфортный. Отделка выполнена из практичных материалов. В Тойоте Приус багажник вместительный, предназначенный для большого количества вещей. Авто обладает комбинированной силовой установкой – системой THS. Мотор мощностью 58 л. с. имеет объём 15 куб.см.

При работе электродвигателя применяется накопленная в батарее энергия. Трансмиссия автомобиля бесступенчатая. Есть два электромотора и один ДВС. Электродвигатель может действовать, как генератор.

Второе поколение NHW20 (2003-2009 гг.)

Кузов следующей машины Тойота Приус представляет пятидверный хэтчбек. Модель обрела популярность у 73% потребителей. Силовую установку разработчики модернизировали, однако оставили прежний 1,5-литровый бензомотор. На электродвигателе модель может разгоняться до 50 км/час, а на бензиновом моторе – до 180 км/час. Расход топлива в новой модели снизили. Новую конструкцию получил инвертор, поэтому на Тойоту приус гибрид цена получилась завышенной.

Третье поколение ZVW30 (2009-2016 гг.)

Разработчики продолжили совершенствовать и модернизировать автомобиль. Если взглянуть на фото новинки, то можно увидеть отличия в кузове и дизайне. Тюнинг Тойота Приус включает:

• защиту на пороги;
• новые силиконовые чехлы;
• дефлекторы капота и окон;
• светодиодные дневные огни;
• противотуманные фары;
• пластиковые колпаки сверху легкосплавных дисков.

Четвертое поколение (2016 г.)

Модель имеет колесную базу 2700 мм и новый тип кузова. Фасад машины украшают угловой рельеф и ломаные линии. Фары спереди имеют оригинальную форму и обеспечивают большой обзор дороги в темное время суток. Сколько стоит Тойота Приус гибрид последнего поколения? На Тойоту Приус гибрид цена составила 1596000 рублей.

Комплектация новинки включает:

• автосистему кондиционирования;
• антиблокировочное устройство тормозов;
• цифровой дисплей;
• аудиосистему;
• боковые и коленные подушки безопасности;
• запуск с кнопки.

Новые опции не могли не повлиять на Тойоты приус цену. Но даже высокая Toyotа Prius цена не снизила интереса потребителей к новинке.

Заключение

Рассматривая гибридного автомобиля Тойота Приус фото, можно с уверенностью сказать, что авто воплощает изыск и надежность. Два электромотора и бензиновая силовая установка обеспечивают модель нужной мощностью и силой. Комбинированная конструкция двигательной установки обеспечивает малый расход топлива.

Сравнивая новинку с другими электрокарами, можно отметить низкий выброс углекислых газов, наличие вспомогательного аккумулятора и контролирующих систем.

Приус, как работает гибрид

Prius

Японские конструкторы смогли разработать гибридный агрегат для моделей Toyota Prius, использующий полезную работу трех двигателей. Они функционируют благодаря одноосному редуктору. Рассмотрим принцип работы и устройство гибридного двигателя Тойота Приус.

Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус?

Для того чтобы разобраться, как работает гибридный Тойота Приус, понадобится ознакомиться с базовыми компонентами установки. Она включает в себя бензиновый мотор и два мотор-генератора.

Принцип действия ДВС основан на использовании цикла Аткинсона. В качестве топлива допускается использовать бензин марок АИ-92 и АИ-95. Силовой агрегат отличается сниженным уровнем токсичности, экономичным расходом и высоким коэффициентом полезного действия. Функционал планетарной передачи позволяет передавать вращательный момент на колеса автомобиля, а также обеспечивать работу мотор-генератора. Это способствует выработке электрической энергии для поддержания заряда аккумуляторной батареи, функционирования климатической установки и других электроприборов.

Мотор-генератор №1 и №2

Первый предназначен для запуска ДВС, выступая в роли классического стартера. Также он обеспечивает работу мотор генератора №2, при снижении заряда АКБ. Еще одной функцией электродвигателя №1 является выработка электрической энергии для передачи заряда аккумуляторной батареи.

Второй мотор-генератор обеспечивает непосредственную передачу вращательного момента на колеса, беря энергию из ВВБ.

Принцип работы электромоторов Тойота Приус основан на взаимодействии электромагнитных полей. Для этого используются мощные неодимовые магниты в роторе. Обмотка статора состоит из медных проводников. Оборудование может работать в двух режимах:

Генераторный – происходит выдача трехфазного переменного напряжения с выводов статора. Оно преобразуется в постоянное, за счет применения конвертора. В дальнейшем выработанная энергия направляется на поддержание работы электрооборудования и заряд АКБ;

Двигательный – мотор-генератор получает трехфазное питание на обмотку статора, далее начинает вращаться ротор. Это происходит за счет взаимодействия магнитных полей. В результате получается кинетическая энергия.

Планетарная «коробка передач»

Сложная конструкция планетарного механизма обеспечивает качественное функционирование гибридной установки. Редуктор разработан таким образом, чтобы подключать бензиновую установку исключительно для обеспечения работы генератора или вращения колес. При этом последний режим используется только при наборе оптимального числа оборотов 2ZR-FXE. Указанный показатель находится на уровне от 2000 об/мин.

Принцип распределения работы моторов Тойота Приус гибрид, благодаря конструкции планетарного механизма, выглядит следующим образом:

• передвижение машины на низких скоростях осуществляется на электротяге;
• для обеспечения набора скорости и ее поддержания используется дополнительная энергия от генератора, который двигается с помощью ДВС.

При этом главной чертой планетарного устройства является отсутствие непосредственной связи между бензиновым агрегатом и приводом колес.

Описание режимов работы гибридной силовой установки

В указанном разделе рассмотрим, как работает гибридная установка Тойота Приус в различных режимах. Среди них:

начало перемещения с запуском ДВС;

Данный режим используется при недостаточном заряде АКБ для старта с места Тойота Приус. В этом случае гибрид работает следующим образом:

• За счет действия мотор генератора №1 осуществляется вращение планетарного механизма, который запускает двигатель внутреннего сгорания;
• Силовой агрегат внутреннего сгорания начинает разгонять мотор-генератор №1, что сопровождается переходом последнего в генераторный режим. Далее происходит выработка требуемого количества электрической энергии для заряда АКБ и обеспечения работы второго мотор генератора; -FXEможет работать исключительно для обеспечения работы первого мотор генератора и поддержания требуемого напряжения в электрической сети Тойота Приус.

Старт на электротяге и езда на высокой скорости

Электротяга гибридной установки Toyota Prius работает при старте машины с места в следующей последовательности:

• Езда начинается при заглушенном бензиновом агрегате;
• Электродвигатель №2 приводит в движение колеса и электромотор №1 через шестеренчатую передачу планетарного механизма. Указанный процесс обеспечивается запасенной энергией аккумуляторной батареи. При этом происходит преобразование напряжения из постоянного в переменное.

Для обеспечения движения Приус на высокой скорости, когда достигаются допустимые обороты электродвигателя №1, используется следующий принцип:

• Мотор-генератор №2 посредством шестерен переключается на вращение первого с кратностью 2.6;
• Это обеспечивает уменьшение скорости вращения электромотора №1 в 2.6 раз, по отношению ко второму. Максимально допустимое число оборотов для первого электродвигателя составляет шесть тысяч, набираемых при скорости в 64 км/ч.

Запуск ДВС на ходу

Принцип работы гибрида Тойота Приус с запуском 2ZR-FXE в процессе движения выглядит следующим образом:

• Бензиновый силовой агрегат включается в момент остановки мотор генератора №1, который тормозится за счет изменения направления электромагнитного потока в противоположную сторону относительно вращения ротора. При этом запуск мотра происходит благодаря снятию вращающегося момента с колес автомобиля;
• После набора оборотов двигателем внутреннего сгорания, происходит совпадение направлений вращения всех агрегатов гибридной установки. При равенстве числа оборотов будет наблюдаться равномерное распределение сил на вращение колес;
• При увеличении оборотов ДВС, в сравнении с электромотором №2, будет наблюдаться рост вырабатываемой электроэнергии мотор генератором №1. Она распределяется на зарядку АКБ и поддержание дальнейшего движения, за счет передачи энергии на электродвигатель №2.

Из указанного режима функционирования гибрида можно четко проследить, что мотор напрямую не соединен с колесным приводом. Он передает энергию на вращение колес только при равенстве числа оборотов колес и оси двигателя. Базовая задача бензинового агрегата — функционирования электрогенератора. Это позволяет поддерживать требуемую емкость аккумуляторной батареи.

Задний ход

За езду автомобиля Тойота Приус задним ходом отвечает мотор-генератор №1. В момент заглушенной установки внутреннего сгорания, первый электромотор переходит в двигательный режим. Это сопровождается противоположным вращением относительно мотор-генератора №2. При этом планетарная ось фиксируется на месте, а вращающий момент с первого электродвигателя передается ко второму, посредством шестеренчатой передачи планетарного механизма. Происходит вращение электромотора №2 в обратную сторону, что сопровождается движением автомобиля задним ходом.

При запущенном бензиновом агрегате, для передвижения задним ходом необходимо увеличить число оборотов электродвигателя №1 относительно двигателя внутреннего сгорания.

Заключение

Конструкция гибрида Toyota Prius позволяет получить экономию топлива за счет следующих факторов: