Как работает гибридный автомобиль toyota prius

��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.

Toyota Prius имеет комбинированный привод с бензиновым мотором.

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.

Внедрение гибридной установки позволило отказаться от использования дизелей, которые активно продвигались в начале 90–х гг. европейскими производителями.

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).

В конструкции Toyota Prius используется электродвигатель трехфазного типа.

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.

ДВС

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.

Бензиновый двигатель Toyota Prius отличается небольшим потреблением топлива.

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.

Схема гибридного привода.

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.

Планетарная коробка передач используется для распределения мощности.

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.

Тяговый мотор вращает пару с дифференциалом у планетарного редуктора.

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.

При нажатии на педаль акселератора происходит запуск мотора.

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.

При маневрировании автомобиля работает блок управления.

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.

Toyota Prius имеет компоновку с поперечно расположенным двигателем.

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.

Производство второго поколения Toyota Prius стартовало в 2003 году.

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.

Автомобили на модульной платформе TNGA производятся с 2015 года.

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.

Тест-драйв Toyota Prius. Вся правда о гибридном автомобиле

Японская компания позиционирует свой гибрид в качестве наиболее экономичного автомобиля в сегменте. Но сколько он позволит сэкономить на топливе и стоит ли доплачивать за электромотор.

Тест-драйв Toyota Prius. Вся правда о гибридном автомобиле

Удивительно, но история этого высокотехнологичного автомобиля началась еще в прошлом тысячелетии – в 1993 году, когда японцы решили сделать машину, способную успешно продаваться по всему миру. Основной акцент сделан на экономичности – была поставлена цель добиться сокращения расхода топлива на 50% по сравнению с моделью Toyota Corolla. И это им удалось. Серийный автомобиль сошел с конвейера в 1997 году, спустя всего пять лет после начала проекта. Сейчас Toyota Prius – самый продаваемый гибрид. Каждый день реализуется более 2 тысяч таких автомобилей по всему миру.

Начало производства Toyota Prius – 1997 год

Какой реальный расход у Toyota Prius?

Давайте проверим некоторые теоретические данные на практике. Например, заявленный заводом-производителем расход топлива в городском режиме у Prius – 3,9 литра на 100 километров, что выглядит достаточно оптимистично. Только непонятно, в каких условиях были получены данные результаты. Поэтому проведем свой эксперимент по определению реального расхода топлива у гибридного автомобиля Toyota Prius.

Будем проверять средний расход бензина по циклу «дом-работа-дом» в течение двух дней. Маршрут в Москве: проспект Вернадского, Ломоносовский проспект, Нахимовский проспект, Коломенский проезд, проспект Андропова. Расстояние от дома до работы – 16 километров, время в пути на работу – 1 час, с работы – 1 час 30 минут (на работу все едут в разное время, а с работы – в одно). Температура утром -2 градуса.

Средний расход бензина по циклу «дом-работа-дом» составил 7,5 литров на «сотню»

Средний расход по московскому городскому циклу в режиме ECO составил 7,5 литров на 100 километров вместо заявленных 3,9 л. Казалось бы, потребление топлива большое, но только по сравнению с паспортными данными. Если сравнивать с другими автомобилями, которые я испытывал по этому же маршруту, то Prius действительно оказался экономичным. Судите сами: средний расход у Suzuki Swift 1,2 с «автоматом» составил 11,9 л, а у KIA Rio 1,6 л – 12,5. Притом что Toyota Prius более тяжелый и мощный автомобиль.

А какой максимальный расход топлива возможен у Toyota Prius? Для этого надо активировать режим PWD и вдавливать педаль газа в пол при каждом удобном случае: с любого светофора и при любом перестроении. Максимум, чего я смог добиться, – 9,8 л на «сотню», что для машины весом 1,5 тонны очень достойный результат. По итогам второй части эксперимента я понял, что Toyota Prius вовсе не «овощной» автомобиль – зажигать можно и на нем. Например, чтобы уйти со светофора первым, надо выжать одновременно педали газа и тормоза, а как только загорится зеленый – «бросить» тормоз. Гибридная машина, как бешеный троллейбус, устремится вперед, оставив в недоумении других участников движения.

Сколько Toyota Prius проедет исключительно на электротяге?

Хотя Prius не является «чистым» электромобилем, он может ехать только на электротяге – не зря же у него есть специальная функция EV. А сколько километров автомобиль сможет преодолеть только на электродвигателе – мало кто себе представляет. Экспресс-голосование по этому вопросу, которое я провел у себя в твиттере и в ЖЖ, показало отсутствие даже приблизительного представления о том, на что способен Prius. Большинство моих друзей называли цифры от 30 до 100 километров.

Сколько проедет Toyota Prius на одном электродвигателе?

Тест проводился на закрытой территории судостроительного завода в Москве. Маршрут – петляние между корпусами с небольшими замедлениями и ускорениями. Как только батарея показала полный заряд – я бесшумно двинулся в путь. Можно было предположить, что расстояние, пройденное на электротяге, будет меньше, чем писали «френды», но на самом деле. Двигатель внутреннего сгорания включился, когда на одометре была цифра 1 километр 800 метров, при этом заряд батареи был на уровне 1/3 от общего объема. Если двигаться по прямой, да еще и летом, с небольшой скоростью, вполне возможно достичь результата километра четыре, но никак не 30 и тем более 100.

На электромоторе пройдено 1800 метров

Разумеется, электродвигатель в Toyota Prius предназначен для помощи основному бензиновому мотору и для «дерганья» в пробках, где как раз и формируется большой средний расход топлива. Нельзя сказать, что Prius при малых скоростях всегда едет на электромоторе, – ДВС достаточно часто включается для подзарядки основной батареи. Ведь кроме того, чтобы просто осуществлять движение 1,5-тонного автомобиля, энергия тратится на «дневной свет», музыку, навигацию, работу вентилятора печки. Вопреки ожиданиям, ДВС запускается весьма акцентированно, а не бесшумно, как можно было предполагать. Так же отчетливо слышно и как он глушится.

Стоимость Toyota Prius в максимальной комплектации – 1 399 000 рублей

Субъективное впечатление

Toyota Prius ощущается тяжелым автомобилем, эдаким электрокатком. Достаточно быстрым катком. Ход – плавный, подвеска – в меру жесткая. В салоне, как и в багажнике, места предостаточно, несмотря на футуристический дизайн, который, по идее, должен был «съесть» часть свободного пространства внутри автомобиля. Интерьер же, несмотря на нестандартное расположение основных элементов, показался мне скучноватым – серая кожа и такой же безликий пластик. Вероятно, так подчеркивается экологичность автомобиля маркетологами Toyota.

Интерьер не отличается красочностью

С другой стороны, необычного тут действительно много: комбинации приборов как таковой нет – есть монохромный дисплей по центру передней панели; рычага КПП тоже нет – вместо него синий джойстик. Еще одна интересная особенность: при езде назад автомобиль издает резкие импульсные звуки «пи-пи-пи», как некоторые грузовики. С одной стороны, такая забота о водителе весьма похвальна, с другой – сильно раздражает.

Особенности и стоимость владения Toyota Prius

Одно дело – покататься на Toyota Prius несколько дней, а другое – владеть им. Об особенностях эксплуатации я спрошу у своего «френда» Александра Коченова.

– Александр, расскажи подробнее про эксплуатацию Prius. Дорогой он в обслуживании? Как быстро «уходят» колодки, на сколько хватает основной аккумуляторной батареи?

– У меня предыдущая модель – Toyota Prius 20, которых сейчас достаточно много на вторичном рынке. При покупке заменил масло в коробке и меняю его раз в 80 тыс. км. В моторе масло меняю раз в 10-13 тыс. км – лью «синтетику», меняю воздушный, салонный и, естественно, масляный фильтры. Цена вопроса: 1200 руб. – масло, и около 1000 руб. трачу на все фильтры (это все сам делаю, благо теплый гараж с ямой есть в наличии). На машину поставил защиту картера, с установкой вышло около 3000 руб.

Toyota Prius 20

На предыдущем моем Prius при пробеге около 100 тыс. км менял передние колодки – 1200 руб. за комплект и 300 руб. за замену. Мне это сделали по пути в Нижний Новгород, когда старые внезапно заскрипели. Примерно так. Еще могу про кузовщину «докинуть».

На предыдущем своем Prius 11 попал в небольшую аварию, пришлось менять капот. Взял его за 5 тыс. руб. на «разборке». Тогда, два года назад, эта запчасть была в одном экземпляре на всю Москву. Сейчас таких проблем уже нет. Совсем.

На новогодние праздники планирую поехать в Австрию, покататься на «доске». Предварительно заеду в сервис: кажется, рычаги в передней подвеске «помирают», ну и колодки пусть глянут, пробегу уже тысяч 150.

Колодки задние вечные, передние ходят очень долго. Про умирающую батарею – сказки, они у первых Prius своей смертью начали умирать только сейчас. Ремонт недорогой, всю менять не обязательно – меняются отдельные элементы, по 1,5-3 тыс. руб. Новая стоит 60 тыс. руб., если покупать самому.

– Александр, можно ли считать Toyota Prius автомобилем на каждый день?

– Конечно! Toyota Prius – вполне комфортный автомобиль, не доставляющий головной боли.

Прогревается на ходу за 10 минут. «Кушает» по городу («газ в пол» и пробки): летом – 6 литров, зимой – 8. По трассе – смотря как едешь: 140-150 км/ч – 6,5 л, в потоке на скорости 90-110 – меньше «пятерки». Бензин заливаю 92-95 по настроению, разницы нет. И главное, автомобиль не ломается.

Немножко теории

Так в чем же инновационность автомобиля Toyota Prius? Только ли в гибридной силовой установке? Не только. Основные агрегаты автомобиля – мотор и коробка передач – в Toyota Prius не совсем обычные: двигатель работает по циклу Аткинсона, а КПП имеет так называемую планетарную структуру.

Основное отличие двигателя, работающего по циклу Аткинсона, от ДВС, работающего по классическому циклу Отто, – другие фазы газораспределения: 3-й такт впуска значительно длиннее, клапан закрывается на половине пути поршня к верхней мертвой точке, то есть когда в цикле Отто уже происходит такт сжатия. Кроме того, двигатель Аткинсона получил специальный коленвал со смещенными точками крепления, что позволило снизить потери на трении и поднять степень сжатия мотора до 13:1. В целом цикл Аткинсона эффективнее цикла Отто более чем на 10%. Однако такой тип двигателя способен хорошо работать лишь на высоких оборотах, на малых мощностные показатели подают. Поэтому данный силовой агрегат отлично сочетается с электромотором, который компенсирует нехватку тяги на «низах».

Коробка передач в Toyota Prius – планетарная: механическая система, состоящая из нескольких планетарных зубчатых колес (шестерен), вращающихся вокруг центральной солнечной шестерни. Такой тип коробки передач более компактен и обеспечивает быстрое и плавное переключение скоростей без потери мощности, в отличие от обычной АКПП с гидротрансформатором. Планетарные передачи отличаются долговечностью, так как нагрузка передается сразу несколькими сателлитами, что снижает напряжение зубьев. По субъективным ощущениям, такой тип коробки передач похож на вариатор – автомобиль разгоняется плавно и без рывков.

Что касается гибридной схемы Toyota Prius, то она в автомобиле параллельная и состоит из двигателя внутреннего сгорания объемом 1,8 л и мощностью 99 л.с. (145 Н·м) и электромотора мощностью 81 л.с. (207 Н·м). Кроме двигателей гибридная схема включает в себя инвертор, аккумуляторную батарею и генератор, который также выполняет роль стартера для пуска бензинового двигателя. Батарея может заряжаться несколькими способами: при торможении (рекуперация энергии), от двигателя через генератор и используя кинетическую энергию автомобиля.

Автомобиль на тест-драйв был предоставлен компанией «Рольф».

Николай Назайкинский

Приус, как работает гибрид

Prius

Автор Михаил На чтение 6 мин Опубликовано 29.04.2019 Обновлено 22.02.2022

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.

ДВС

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;

старт на электротяге и движение на высокой скорости;

запуск 2ZR-FXE на ходу;

Начало движения 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;
• 2ZR-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:

• Автоматический пуск и остановка бензомотора в требуемые моменты, с использованием цикла Аткинсона для его функционирования;
• Сбор энергии рекуперации при торможении;
• Эффективная нагрузка бензинового силового агрегата благодаря монтажу электромеханического вариатора;
• Отличная аэродинамика.

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

Читайте также: Новый Toyota Highlander 2020 года- комплектации и цены

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.

Авто отличается минимальным количеством вредных выбросов в окружающую среду.

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.