Toyota prius как работает – Принцип работы Приус: планетарная коробка, электромотор, гибрид

Принцип работы Приус: планетарная коробка, электромотор, гибрид

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

2ZR-FXE устанавливают на Приус с кузова XV30

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.

Планетарная коробка и электромоторы Приус (слева XW20, справа XW30)

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

Заряжаемый Prius Prime

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;

задний ход.

Начало движения с запуском ДВС

Приус 10

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

Prius Prime

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.

Видео

toyota-camry-corolla.ru

выгодно ли его покупать? — журнал За рулем

27 июня 2017 года

Мы нарочно постояли в самых жестких пробках, проехали круг по ночному МКАДу, посчитали каждый потраченный рубль и подискутировали на тему экономической целесообразности Приуса.

Колесная база нового Приуса точь-в-точь как у прежней машины. Выходит, гибрид четвертого поколения — результат глубокого рестайлинга?

Не тут-то было! Четвертый Prius абсолютно новый. В его основе — модульная архитектура TNGA (Toyota New Global Architecture), на которой в обозримом будущем станет базироваться большинство моделей компании. Доля высокопрочных сталей в конструкции кузова увеличилась с 3 до 19%, жесткость кузова на кручение выросла на 60% — это при уменьшившейся на 50 кг снаряженной массе. Вместо задней балки гибрид получил независимую подвеску, а тяговая батарея переехала из багажника под сиденье. По сути, прежний в новом Приусе лишь ДВС, да и тот был заметно доработан. Японцам удалось снизить потери на трение и повысить стойкость к детонации. Термодинамический КПД этого двигателя составляет 40% — рекордный показатель во всей индустрии.

Несмотря на необычную архитектуру, с эргономикой почти полный порядок. Разве что клавиши включения обогрева сидений расположены неудачно — под клювом центральной консоли. Несмотря на необычную архитектуру, с эргономикой почти полный порядок. Разве что клавиши включения обогрева сидений расположены неудачно — под клювом центральной консоли.

www.zr.ru

Toyota Prius Работа автомобиля в различных режимах движения часть1

Крутящий момент и энергия ДВС и моторов/генераторов объединены и распределяются планетарным набором шестерен, названным Toyota «устройством распределения мощности» (PSD, Power Split Device). И хотя оно не сложно для производства, это устройство является весьма трудным для его понимания и еще более мудреным, чтобы рассмотреть в полном контексте все режимы работы привода. Поэтому посвятим несколько других тем обсуждению устройства распределения мощности. Короче говоря, это позволяет Prius работать и в последовательном-, и в параллельно-гибридных режимах работы одновременно и получать некоторые из преимуществ каждого режима. ДВС может крутить колеса непосредственно (механически) через PSD. В то же самое время переменное количество энергии может быть снято с ДВС и превращено в электричество. Оно может заряжать батарею или передаваться к одному из моторов/генераторов, чтобы помогать крутить колеса. Гибкость этого механического/электрического распределения энергии позволяет Prius улучшать показатели топливной экономичности и управлять выбросами во время движения, что невозможно при жесткой механической связи между ДВС и колесами, как в параллельном гибриде, но без потерь электрической энергии, как в последовательном гибриде. Prius, как часто говорят, имеет CVT (Continue Variable Transmission) — бесступенчато-регулируемую или «постоянно-переменную» трансмиссию, это и есть устройство распределения мощности PSD. Однако обычная бесступенчато-регулируемая передача работает точно так же, как нормальная коробка передач за исключением того, что передаточное отношение может меняться непрерывно (плавно), а не в небольшом диапазоне шагов (первая передача, вторая передача и т.д.). Немного позже мы рассмотрим, чем PSD отличается от обычной бесступенчато-регулируемой передачи, т.е. вариатора.

Обычно самый задаваемый вопрос по «коробке» автомобиля Prius: какое масло туда льется, сколько по объему и как часто его менять. Очень часто среди работников автосервиса бытует такое заблуждение: раз в коройке нет щупа — значит, масло там менять вообще не нужно. Это заблуждение привело к гибели уже не одной коробки.

10    кузов: рабочая жидкость Т-4 — 3,8 литра.

11    кузов: рабочая жидкость Т-4 — 4,6 литра.

20 кузов: рабочая жидкость ATF WS — 3,8 литра. Срок замены: через 40 тыс. км. По японским срокам масло меняется раз в 80 тыс. км, но для особо тяжелых условий эксплуатации (а японцы относят эксплуатацию автомобилей в России как раз к этим особо тяжелым условиям — и мы с ними солидарны) масло положено менять в 2 раза чаще.

Расскажу об основных различиях в обслуживании коробок, т.е. о замене масла. Если в 20-м кузове, чтобы поменять масло, надо просто открутить сливную пробку и, слив старое, залить новое масло, то на 10-м и 11-м кузовах не все так просто. Конструкция масляного поддона на этих машинах выполнена таким образом, что если просто открутить сливную пробку, то сольется только часть масла, причем не самого грязного. А 300-400 грамм самого грязного масла с прочим мусором (кусочки герметика, продукты износа) остается в поддоне. Поэтому чтобы заменить масло, надо снять поддон коробки и, вылив грязь и почистив его, поставить на место. При съеме поддона мы получаем еще один дополнительный бонус — мы можем продиагностировать состояние коробки по продуктам износа, находящимся в поддоне. Самое страшное для владельца — это когда он на дне поддона увидит желтую (бронзовую) стружку. Такой коробке жить осталось недолго. Прокладка поддона пробковая, и если отверстия на ней не приобрели овальную форму — ее можно использовать повторно без всяких герметиков! Главное при установке поддона — не перетянуть болты, чтобы не разрезать прокладку поддоном. Что еще интересного применено в трансмиссии: Использование цепной передачи довольно необычно, но все обычные автомобили имеют шестеренчатые редукторы между двигателем и осями. Их цель состоит в том, чтобы позволить двигателю вращаться быстрее, чем колеса и также увеличивать произведенный двигателем крутящий момент к большему крутящему моменту на колесах. Отношения, с которыми скорость вращения уменьшена и крутящий момент увеличены — обязательно то же самое (пренебрежем трением) из-за закона сохранения энергии. Отношение называют «полным передаточным числом». Полное передаточное число Prius в 11-м кузове — 3,905. Оно получается так:

—    Цепное колесо с 39 зубьями на выходном валу PSD приводит в движение цепное колесо с 36 зубьями на первом промежуточном валу через бесшумную цепь (так называемую цепь Морзе).

—    Шестерня с 30 зубьями на первом промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 44 зубьями на втором промежуточном валу.

—    Шестерня с 26 зубьями на втором промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 75 зубьями на входе дифференциала.

—    Значение выхода дифференциала к двум колесам -такое же, как вход дифференциала (они, фактически, идентичны, кроме тех случаев, когда происходит движение в повороте).

Если мы выполним простое арифметическое действие: (36/39) * (44/30) * (75/26), мы получим (с точностью до четырех значащих цифр) полное передаточное число 3,905.

Почему используется цепной привод? Потому что это позволяет избежать осевого усилия (сила, направленная вдоль оси вала), которая возникала бы при применении обычных косозубых шестерен, используемых в автомобильных трансмиссиях. Этого можно было бы также избежать при использовании прямозубых шестерен, но они производят шум. Осевое усилие не проблема на промежуточных валах и может быть уравновешено коническими роликовыми подшипниками. Однако, это не так просто с выходным валом PSD. Нет ничего очень необычного в дифференциале, осях и колесах Prius. Как в обычном автомобиле, дифференциал позволяет внутренним и внешним колесам вращаться с разными скоростями, когда автомобиль поворачивает. Оси передают крутящий момент от дифференциала до ступицы колеса и включают сочленение, позволяющее колесам перемещаться вверх и вниз вслед за подвеской. Колеса — легкий алюминиевый сплав и оснащены шинами высокого давления с низким сопротивлением качения. Шины имеют катящийся радиус приблизительно 11,1 дюймов, что означает, что на каждый оборот колеса автомобиль перемещается на 1,77 м. Необычен только размер штатных покрышек на 10 и 11 кузове: 165/65-15. Это довольно редкий размер резины в России. Многие продавцы даже в специализированных магазинах совершенно серьезно убеждают, что такой резины не существует в природе. Мои рекомендации: для российских условий наиболее подходящим размером является 185/60-15. В 20 Prius размер резины увеличен, что благотворно сказалось на ее долговечности. Теперь интересней: что отсутствует в Prius, что есть в любом другом автомобиле?

Это:

—    нет никакой ступенчатой коробки передач, ни ручной, ни автоматической — Prius не использует ступенчатые передачи;

—    нет никакого сцепления или трансформатора — колеса всегда жестко связаны с ДВС и моторами/генераторами;

—    нет никакого стартера — запуск ДВС производится с помощью MG1 через шестерни в устройстве распределения мощности;

—    нет никакого генератора переменного тока -электроэнергия производится моторами/генераторами при необходимости.

Поэтому конструктивная сложность гибридного привода Prius фактически не намного больше, чем у обычного автомобиля. Кроме того, новые и незнакомые части, такие, как моторы/генераторы и PSD, имеют более высокую надежность и более длительный срок службы, чем некоторые из частей, которые были устранены из конструкции.

toyoinfo.ru

Как работает гибрид Toyota — Автоцентр.ua

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

Гибридный силовой агрегат Toyota включает в себя ДВС, два электромотора и планетарный механизм.

Конструкция

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

Расположение основных и вспомогательных элементов гибридной силовой установки Toyota Prius.

Общий принцип работы

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

Очень гибкое распределение крутящего момента в гибридной силовой установке Toyota обеспечивает планетарный механизм.

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

ДВС

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

Во время торможения один из электродвигателей начинает работать в режиме генератора, подзаряжая АКБ.

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

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

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

Электромоторы

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

Yaris Hybrid – 45 кВт, 169 Нм;

Auris Hybrid – 60 кВт, 207 Нм;

Prius – 56 кВт, 163 Нм;

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

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

Электроника

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

Аккумуляторы

На борту гибридов Toyota установлено два типа аккумуляторных батарей. Одна основная никель-металл-гидридная, которая в разных моделях может иметь разную характеристику:

Yaris Hybrid – 120 ячеек, напряжение – 144 В, емкость – 6,5 А/ч;

Auris Hybrid – 168 ячеек, напряжение – 201,6 В, емкость – 6,5 А/ч;

Prius – 168 ячеек, напряжение – 201,6 В, емкость – 6,5 А/ч;

RAV4 Hybrid – 204 ячейки, напряжение – 244,8 В, емкость – 6,5 А/ч;

Батарея имеет собственную систему охлаждения.

У подзаряжаемых гибридов (имеется ввиду Prius PHV) применяется литий-ионная батарея на 95 ячеек с напряжением 351,5 вольт и емкостью 25 А*ч и вспомогательная на 12 вольт (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.autocentre.ua

Устройство и схема работы коробки передач и двигателей тойота приус (Toyota Prius)

Автомобиль Toyota Prius имеет достаточно сложную систему привода.
 

Основные компоненты силовой установки Toyota Prius:

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

Оснонвые элементы привода Toyota Prius — два электродвигателя и коробка в разборе

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

Оба мотор/генератора сделаны на основе мощных неодимовых магнитов.

Сердечник элетромотора Тойота Приус из стали с нишами под неодимовые магниты

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

Электрический статор мотор/генератора Тойота Приус с медными трехфазными силовыми обмотками

На выходе статора при работе в режиме генератора мы получаем трехфазное переменное напряжение, которое с помощью конвертера  преобразовывается в постоянное напряжение, необходимое для подзарядки аккумуляторов и стабильно работы электросети автомобиля.
 
Так же в режиме мотора, если на обмотки электромагнитного статора подается трехфазное контролируемое напряжение, ротор с магнитами крутится вырабатывая необходимое количество кинетической энергии.

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

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

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

 

Схема работы коробки передач (передаточного планетарного механизма) и двигателей тойота приус

Основные части планетарного механизма

Основные элементы планетарного шестеренчатого механизма Тойота Приус

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

Собранные вместе основные элементы планетарного шестеренчатого механизма Тойота Приус

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

На стенде представлена вся система в сборе.

Собранная вместе система привода Тойота Приус из двух электромоторов, распределительного планетарного механизма и диска сцеплени ДВС

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

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

Примеры работы коробки передач тойоты приус:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

www.insidecarelectronics.com

Устройство гибридного автомобиля на примере Toyota Prius

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

Устройство гибридного автомобиля

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

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

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

 

Принцип работы гибридного автомобиля

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

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

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

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

Двигатель (ДВС) гибридного автомобиля

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

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

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

Данный тип ДВС дал современному мотору Toyota Prius следующие преимущества:

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

Электромотор автомобиля Тойота

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

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

Мощность электромотора Тойота Приус определяется следующими характеристиками:

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

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

Аккумуляторная батарея

На борту Тойота Приус аккумуляторных батарей две:

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

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

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

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

Категории: Статьи

jurtransavto.com.ua

Как в хэтчбеке Toyota Prius живётся вымышленному владельцу. Тест-драйв toyota prius — ДРАЙВ

Константин Болотов, 24 февраля 2010. Фото: DRIVE.RU

Имя Prius происходит от того же слова, что и наша Приора. Латинское prior имеет массу значений, и общепринятое в России толкование «идущий впереди» едва ли верное. Prius — это скорее «предыдущий», предшественник автомобилей будущего.

Hybrid Synergy Drive. В названии полногибридной силовой установки Приуса вопросы вызывает разве что второе заморское слово, похожее на наше «снегири». Это синергия — совместные усилия. В Приусе синергично объединились и тесно взаимодействуют настолько причудливые и разные по всем параметрам штуки, что сам факт их альянса озадачивает. В остатке главное ощущение от многогранного и противоречивого автомобиля — недоумение.

Каков он, добросовестный приобретатель третьего «Generation П», и японцы, и российские дилеры прекрасно себе представляют: это обеспеченный человек, индивид, открытый высокотехнологичным инновациям. И не беда, что в России эти двое даже не знакомы. Есть понимание — русские Prius покупать не будут, и без толку пытаться им его продавать. Вот и красуется гибрид на витрине как имиджевый автомобиль японской марки. Комплектация — максимальная, цена — запредельная, бери — не хочу.

Кто-то считает Prius истинной Тойотой-коровой. Между тем по длине (4460 мм) гибрид тютелька в тютельку равен новому хэтчбеку Mazda3, а по ширине (1745) на 10 миллиметров ему уступает, превосходя «матрёшку» лишь по высоте, зато сразу на тридцатку (1500 мм). Вот весит Prius порядочно, как грузопассажирский Ford Transit Connect (1445 кг). В одной только основной батарее — 45 кг.

Наиважнейший синергизм Приуса заключён в союзе трёх двигателей: работающей по циклу Аткинсона бензиновой «четвёрки» 1.8 VVT-i мощностью 99 л.с., 60-киловаттного тягового электромотора (82 л.с.) и его коллеги, небольшого мотор-генератора. Однако суммарные 136 л.с. Приуса складываются из 99 «лошадей» ДВС и отдачи никель-металлогидридного аккумулятора Panasonic (1,31 кВт/ч), эквивалентной 37 силам. Батарея подзаряжается не только генератором, но и за счёт рекуперации энергии торможения. Таким образом, полный гибрид может ехать на одной лишь электротяге и хвастаться экономичностью (паспортные 3,9 л/100 км) да экологичностью (выбросы CO₂ — 89 г/км). Всё для тебя, о преуспевающий! Живи припеваючи!

Вопреки ожиданиям салон Приуса спокоен и не имеет ничего общего с аэрокосмической техникой. Внутри Prius не футуристичнее какого-нибудь спортивного тренажёра.

Артистка не раскрывает, на каких условиях стала первой владелицей «третьего» Приуса в нашей стране. Своё участие в рекламной кампании модели Чулпан Хаматова объясняет тем, что её гражданская позиция совпала с позицией компании Toyota по продвижению экологичного транспорта.

«В Приусе мне нравится абсолютно всё», — говорит знаменитая актриса. Чулпан Хаматову трудно не любить, невозможно не уважать и точно так же нереально разделить её безграничный восторг от внешности этого автомобиля. «Лицо» третьего поколения Приуса в России утверждает — дизайн безупречен! С точки зрения аэродинамики это так: коэффициент C_x Приуса — всего 0,25, как у нового Мерседеса E-класса. Но что с того гипотетическому хозяину белоснежного утюжка?

Поглядев на наши дороги и содрогнувшись в наши морозы, японцы не решились ослаблять структуру кузова — люк в крыше с интегрированной солнечной батареей, питающей в жару систему охлаждения салона, россиянам не положен.

Стоит признать, что в своеобразии запоминающегося навеки облика определённо присутствует особая фотогеничность. И потом, какое дело человеку обеспеченному или открытому инновациям индивиду до того, что серая масса считает их машину уродливой? В виде Приуса они протягивают другим, таким же передовым ребятам визитку — приглашение к синергии. Ведь тойотовский гибрид — это прежде всего имиджевая вещь. Экономичность и экологичность тут постольку-поскольку.

• Изобилие переключателей в автомобиле, который заводится кнопкой, выглядит вполне уместно. Что такое DISP, а что NAVI — разбираешься без труда, да и «капслочность» надписей на удивление не напрягает. Чего не скажешь о необходимости подтверждать нажатие некоторых кнопок тычком в сенсорный экран.
• Регулировать на руле громкость музыки левой рукой не очень удобно, однако правой конечности вверено дело поважнее — копаться в компьютере, следя за «потоками энергии».

Prius — это такая азартная игра, в ходе которой водитель проигрывает бензин своему автомобилю. Азартна она ровно до тех пор, пока человек не поймёт, что выиграть шансов нет никаких. Машина настолько нагло жульничает, что кажется, будто двигатели Приуса распиливают бак АИ-95 на твоих глазах абсолютно честно. Из окна взирает на делёжку и матушка-природа. Без особой, впрочем, надежды.

Демонстрирует совместные действия агрегатов машины Energy Monitor — режим дисплея, стараниями йога-русификатора ставший трансцендентальным «Потоком энергии». На экране выработанные токи в виде стрелок ходят между бензиновым и электрическим мотором, колёсами и батареей. Выглядит это как возвращение одним вором другому украденной дубинки или перетекание из пустого в порожнее и обратно. Как бы ни перенаправлялись потоки энергии, не вытекает из этого небывалой экономии топлива — расход от 7 л/100 км и, здравствуйте, дружище заправщик.

Три из четырёх режимов синергетического драйва сознательно сделаны Тойотой вусмерть плодоовощными — у Приуса уникально одинаковая с троллейбусом динамика. Разгон до сотни длится неделю. Даже неспешные соседи по потоку оглядываются — чего это не едет такой стремительный с виду айсберг? Может, с тормозами проблемы или педаль газа из-за коврика залипла? Тут бы нашему мифическому драйверу и объясниться: нет-нет, понимаете, э-э-э.

www.drive.ru