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.
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.
Toyota Prius — Википедия
Toyota Prius (/ˈpriːəs/) — первый в мире массовый гибридный легковой автомобиль, который движется за счёт как бензинового, так и электрического двигателей, производимый японской корпорацией Toyota с 1997 года. Латинское слово prius (яп. プリウス) в названии модели трактуется как первый, изначальный [1]. Автомобиль имеет низкий уровень вредных выхлопов и малый расход топлива. За свою экологичность и оригинальность конструкции получил множество призов и наград, в том числе признавался автомобилем года в Японии[2][3], Северной Америке[4] и Европе[5]. Также, компания Toyota получила награду ЮНЕП, подразделения ООН по охране окружающей среды за разработку дружественных к окружающему миру автомобилей, в том числе за модель Prius[6].
Седан первого поколения в декабре 1997 года поступил в продажу, но только в Японии. А уже начиная с 2000 года немного модернизированный автомобиль стали поставлять в Северную Америку и Европу. Осенью 2003 года увидел свет автомобиль второго поколения. На смену седану пришел более длинный, широкий и обтекаемый хэтчбек с большой дверью багажника сзади
Помимо базовой модели выпускаются большего размера универсал Prius // и более компактный хэтчбек /, а также автомобиль Prius PHV (Plug-in Hybrid Vehicle) с увеличенной аккумуляторной батареей, которую можно подзаряжать от внешней электросети.
С 2009 по 2019 годы автомобиль Prius продавался в России.
Прототип Toyota Prius, впервые показанный осенью 1995 годаВ сентябре 1993 года на фирме Toyota был запущен проект под названием G21 (Global 21) и создана группа из 10 человек, которым было поручено сформулировать требования к автомобилю 21 века. Результаты были представлены к концу года: новый автомобиль должен быть компактным, но вместительным, с длинной колёсной базой и экономичным.
1 февраля 1994 года проект G21 под руководством Такеши Учиямада (Takeshi Uchiyamada) стартовал официально. Так как главным для автомобиля будущего считалось снижения выбросов и расхода топлива, то основное внимание разработчики сосредоточили на силовом приводе. В то время уже были известны гибридные, с использованием двигателя внутреннего сгорания и электромотора, системы, но казалось что, создать такой привод к началу 21 века нереально. Поэтому начались работы над двигателем с непосредственным впрыском и высокоэффективной автоматической трансмиссией. А целью было достичь снижения на треть расхода топлива по сравнению с существующими автомобилями[10].
Но прежде необходимо было закончить концептуальную модель. Показанный осенью 1995 года на автосалонах во Франкфурте[12] и Токио[13] гибридный автомобиль имел совершенно другой привод, названный Energy Management System (EMS). Для того, чтобы отличить концепт от подготавливаемого к серийному производству автомобиля, последний стали называть Prius (Первый)[14].
В начале ноября 1995 года был собран первый прототип будущего автомобиля, но он не сдвинулся с места. В течение 49 дней разработчики пытались заставить его двигаться и когда он проехал первые 500 метров и заглох, все были просто счастливы. Это было только начало, до создания пригодного к производству автомобиля необходимо было решить ещё гору проблем. Тем более что дата запуска в производство была перенесена с 1998 года на декабрь 1997-го. Автомобиль решили представить к началу конференции по изменению климата[15].
К августу 1997 года все испытания были закончены, а в сентябре на заводе Takaoka Plant началась предварительная сборка[16]. 10 декабря первые серийные автомобили сошли с конвейера, все обещания были выполнены и полностью соответствовали рекламной компании под лозунгом «Точно вовремя, к началу 21 века»[17]
Инновационный автомобиль требовал особого внимания и на фирме была создана специальная служба, оперативно отслеживающая все проблемы, возникавшие у покупателей[18]. Несмотря на опасения, автомобиль понравился, и его продажи постепенно росли. Покупателей не смущал странный внешний вид модели и её не самые выдающиеся ходовые свойства. Prius выбирали за малый расход топлива, низкую токсичность выхлопа, а главное — за то, что автомобиль был полон технических новинок[19].
Беспрецедентной особенностью этого проекта стало то, что неизвестные и не опробованные технологии были исследованы и подготовлены к массовому производству всего, примерно, за два года.
Схема гибридного силового привода Toyota Prius: двигатель (Engine) и электромотор (Electromotor) вращают колёса и взаимодействуют между собойНеобходимо сразу уточнить, что Prius заправляется только бензином, всю необходимую электроэнергию он вырабатывает сам. Его гибридный силовой привод (англ. Hybrid vehicle drivetrain) построен таким образом, что позволяет и бензиновому двигателю, и электромотору непосредственно подключаться к ведущим колёсам автомобиля и взаимодействовать между собой. При такой схеме каждый из моторов работает в режиме наибольшей эффективности, за счёт чего и обеспечивается низкий расход топлива и малая токсичность выхлопа бензинового двигателя. Кроме этого, в приводе имеются генератор, преобразователь электрического тока и аккумуляторная батарея.
При трогании и движении на малой скорости, когда эффективность бензинового двигателя низка, автомобиль едет на электротяге, с помощью электромотора, разряжая батарею. С ростом скорости, в работу вступает двигатель внутреннего сгорания, который одновременно крутит ведущие колёса и генератор, заряжая батарею. При резком нажатии на педаль газа, в работу вступают оба двигателя, бензиновый и электрический, обеспечивая интенсивный разгон. А при торможении, совместно с обычной тормозной системой задействуется электромотор, работающий в режиме генератора: он создаёт дополнительный тормозной момент на колёсах и подзаряжает батарею. При остановке, даже кратковременной, всё выключается. Переход от одного режима работы к другому происходит автоматически и практически не заметен[20][21].
Иногда бензиновый двигатель работает на стоящем автомобиле, например, если ему необходимо прогреться или, если разряжена батарея и её надо подзарядить[22]. Когда в баке мало бензина, то автомобиль не тронется с места, несмотря на заряженную батарею, его необходимо заправить так, чтобы погасла контрольная лампочка низкого уровня топлива[23]. При длительном хранении аккумуляторная батарея разряжается, поэтому автомобиль необходимо заводить, хотя бы раз в несколько месяцев[22].
Надпись на крышке бензобака Toyota Prius можно перевести как:— «Плевать на бензин!»Многочисленные государственные и независимые исследования показали[24][25][26][27][28], что автомобиль Prius действительно, первоначально, имел существенно более низкий расход топлива и уровень вредных выбросов. Со временем, производители двигателей внутреннего сгорания сделали их экономичнее и чище, а многие фирмы запустили производство гибридных автомобилей. И хотя Prius также совершенствовался, в последние годы ему стало трудно тягаться с электромобилями по экологичности[29]. Но он, по-прежнему, имеет над ними такие преимущества, как быстрая заправка бензином и длительный пробег до следующего пополнения бака.
Автомобиль спроектирован так, что большинство его пластмассовых деталей легко перерабатываются[30], а такие токсичные в утилизации материалы как поливинилхлорид не используются[31]. Шумоизоляция салона и даже резиновые шланги модели изготовлены из отходов промышленного производства[32].
Сразу же после запуска автомобиля Prius в производство, была создана сеть пунктов по сбору использованных аккумуляторных батарей, которые, затем, отправляются на переработку[33]. Кроме того, совместно с другими японскими производителями фирма Toyota запустила специальную программу по извлечению и повторному использованию применяемых в электродвигателях редкоземельных металлов[34].
Prius в сравнении с обычными автомобилями (данные EPA, пересчитанные в метрические единицы)[35]
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В декабре 1997 года продажи автомобиля Prius первого поколения начались в Японии. Это был четырёхдверный седан с салоном на пятерых и отдельным багажником. Автомобиль оборудовался 1,5-литровым бензиновым двигателем и 30-киловаттным электромотором. В 2000-м, после модернизации, в процессе которой была улучшена отдача гибридной системы и повышена топливная экономичность, Prius первого поколения был представлен в Северной Америке и Европе[36].
«Классический» Toyota Prius второго поколения со знаменитым треугольным профилемPrius второго поколения появился в продаже в сентябре 2003 года. Большой обтекаемый автомобиль теперь имел пятидверный кузов типа хэтчбек. Электромотор его гибридной силовой установки питался вдвое большим напряжением, стал мощнее, поэтому бензиновый двигатель реже вступал в работу, что давало существенную экономию топлива[37].
В мае 2009 года в Японии был представлен Prius третьего поколения. Если внешне он сохранил черты предшественника, только имел более модные плоские поверхности и острые грани, то его гибридный силовой привод был на 90 % новым. Специально разработанный для модели 1,8-литровый двигатель большую часть времени работал на пониженных оборотах, меньше нагружался, экономя топливо. Переработанная трансмиссия стала компактнее и легче, а электрическая часть системы работала ещё на более высоком напряжении, что повышало её отдачу[38].
В июле 2007 года фирма Toyota показала автомобиль-прототип Prius PHV (Plug-in Hybrid Vechicle), созданный на базе модели второго поколения, который имел вдвое большую батарею, подзаряжаемую от внешней электросети[39]. Модель сочетала экологическую чистоту электромобиля и длительный пробег до заправки гибрида. В конце 2009 года, после запуска Prius третьего поколения, начались испытания его подзаряжаемой версии с новейшей литий-ионной батареей. Вскоре, ограниченные партии автомобилей стали предлагать в аренду для правительственных и коммерческих организаций на ключевых рынках: в Японии, Северной Америке и Европе[40]. На фирме решили изучить требования покупателей к автомобилям такого типа и найти оптимальный баланс между пробегом, временем зарядки, размером и стоимостью батареи. В конце января 2012 года подзаряжаемый гибрид Prius PHV поступил в продажу. Автомобиль мог проехать около 25 километров только на электротяге и полностью заряжался за 90 минут[41].
Toyota Prius v, семиместный универсалУниверсал Prius α с увеличенной колёсной базой был представлен в Японии в мае 2011 года. В нём могли комфортно разместиться пятеро взрослых и багаж объёмом до 552 литров. Имелся также семиместный вариант автомобиля с тремя рядами сидений и багажником объёмом 200 литров. Для размещения дополнительного ряда сидений стандартную батарею заменили на более компактную литий-ионную, которую переместили из багажника в нишу между передними сиденьями[42]. Этот же автомобиль под названием Prius v (versatile — универсальный) в конце года поступил в продажу в Северной Америке[43], а летом 2012 — года в Европе, под именем Prius +[44].
Компактный Toyota Prius cВ декабре 2011 года в Японии был представлен компактный хэтчбек Aqua с самым низким, на тот момент, расходом топлива в мире[45]. Весной следующего года этот автомобиль под названием Prius c (city — городской) стали продавать в Северной Америке[46]. Автомобиль был на полметра короче базовой модели Prius, оборудовался 1,5-литровым бензиновым двигателем и имел, размещённую под задним сиденьем компактную аккумуляторную батарею.
Созданный на новой корпоративной платформе TNGA (Toyota New Global Architecture), Prius четвёртого поколения поступил в продажу в Японии в декабре 2015 года. Футуристического вида, угловатый с зазубринами и зигзагообразными элементами автомобиль сильно отличался от предшественников. Двигатель модели остался прежним, но была повышена его эффективность, полностью изменённая трансмиссия стала ещё компактнее, а созданные на новой элементарной базе электронные компоненты были намного экономичнее. Независимая задняя подвеска, а также размещённая под задним сиденьем батарея позволили существенно увеличить объём багажника. Впервые, но только в Японии, предлагалась полноприводная версия автомобиля с периодически подключаемым электроприводом задней оси[47].
В феврале 2017 года появился обновлённый Prius PHV, созданный на базе модели четвёртого поколения, но с несколько иным оформлением передней и задней частей. Батарея увеличенной ёмкости позволяла ему проезжать в режиме электротяги до 68 километров. Довести её заряд до 80 % от максимума на станции быстрой подзарядки можно было всего за 20 минут. Время же полной зарядки от бытовой электросети составляло от 2 до 14 часов, в зависимости от напряжения и допустимой силы тока[48]. В Северной Америке этот же автомобиль продаётся под названием Prius Prime[49].
| Версии Prius | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Prius | Prius PHV | Prius α/v/+[50] | Aqua/ Prius c[51] | |||||||||
| Поколения | I[52][53] | II[54] | III[55] | IV[56] | I[57] | II[58] | — | — | ||||
| Код | NHW10 | NHW11 | NHW20 | ZVW30 | ZVW50 | ZVW51 | ZVW55* | ZVW35 | ZVW52 | ZVW40** | ZVW41 | NHP10 |
| Годы выпуска | 1997— 2000 | 2000— 2003 | 2003— 2009 | 2009— 2015 | 2015— | 2011— 2016 | 2017— | 2011— | 2011— | |||
| Кузов | Седан | Хэтчбек | Универсал | Хэтчбек | ||||||||
| Cx | 0,3[59] | 0,3[60] | 0,26[61] | 0,25[62] | 0,24[63] | 0,25[64] | 0,25[65] | 0,29[66] | 0,28[67] | |||
| Длина, мм | 4275 | 4310 | 4450 | 4460 | 4540 | 4480 | 4645 | 4615 | 3995 | |||
| Колёсная база, мм | 2550 | 2700 | 2780 | 2550 | ||||||||
| Вес, кг*** | 1254 | 1220 | 1270 | 1350 | 1370 | 1390 | 1490 | 1440 | 1530 | 1490 | 1470 | 1080 |
| Бензиновый двигатель | ||||||||||||
| Рабочий объём, см³ | 1496 | 1779 | 1496 | |||||||||
| Мощность, кВт (л.с.) | 43 (58) | 53 (72) | 57 (77) | 73 (99) | 72 (98) | 73 (99) | 72 (98) | 73 (99) | 54 (74) | |||
| Электромотор | ||||||||||||
| Мощность, кВт | 30 | 33 | 50 | 60 | 53 | 53+5,3**** | 60 | 53 | 60 | 45 | ||
| Максимальное напряжение, В | 273,6[68] | 500[69] | 650[70] | 600[71] | 650[72] | 600[73] | 650[74][75] | 520[76] | ||||
| Батарея | ||||||||||||
| Тип | Ni-MH | Li-ion | Ni-MH | Li-ion | Li-ion | Ni-MH | Ni-MH | |||||
| Ёмкость, А ч | 6,5 | 3,6 | 6,5 | 21,5 | 25 | 5 | 6,5 | 6,5 | ||||
| Напряжение, В | 273,6[68][77] | 201,6[69][70][71] | 207,2[71] | 201,6[78] | 207,2[57] | 351,5[58] | 201,6[74] | 201,6[75] | 144[76] | |||
| Вес, кг | 80[79] | 55[80] | 39[81] | 41[82] | 40[83] | 24[84] | 40[83] | 80[72] | 120[73] | 31,5[85] | 41[86] | 31[87] |
| * полный привод ** семь мест *** максимальная снаряженная масса **** спереди+сзади | ||||||||||||
Большую роль в распространении модели Prius сыграла поддержка правительств, которые в виде субсидий, налоговых льгот и скидок поддерживали покупателей, приобретавших автомобили меньше загрязняющие окружающую среду.
В Японии покупатель автомобиля Prius мог получить выгоду до 7300 долларов в виде льгот, в том числе за счёт снижения налога на покупку, налога производителя и увеличения амортизационных отчислений. В США с 2002 по 2007 год было выделено четыре миллиарда долларов на налоговые скидки тем, кто купит гибридный автомобиль. В Великобритании субсидия в 1000 фунтов предоставляется каждому покупателю такого автомобиля. Во Франции была введена налоговая скидка примерно в 2000 евро на «чистые» автомобили.
В целом, вскоре после начала мировых продаж Prius правительства одиннадцати государств стали оказывать поддержку «зелёным» автомобилям[88].
Кроме чистой экономии на расходах, Prius, как не загрязняющий окружающую среду автомобиль, имеет особый статус в большинстве европейских городов. Так, в Лондоне он освобождался от уплаты налога при въезде в центральную часть города[89].
- Вскоре после начала массовых продаж автомобиля Prius в США эмигрант из СССР, профессор университета Алексей Северинский (Alex Severinsky) подал в суд на фирму Toyota, утверждая, что она нарушает ряд его патентов по гибридной трансмиссии. После шести лет разбирательств спор был урегулирован: стороны согласились, что некоторые автомобили Toyota использовали технологии подобные запатентованным, но гибридная трансмиссия Prius была создана в рамках исследовательской программы Toyota, независимо от любых других изобретений[90].
- Исследования Национального бюро по преступлениям в сфере страхования США (NICB) показали, что автомобиль Prius имеет низкий уровень угонов. Так, если в 2008—2010 годах в среднем угонялся каждый 78 автомобиль, то для Prius этот показатель составил один угон на 606 автомобилей. А из этих угнанных — 97 % автомобилей их владельцы получили обратно[91].
- Ассоциации страховщиков Японии в своём отчёте по состоянию на ноябрь 2017 года сообщает, что при общем спаде количества угонов автомобилей воры сконцентрировали своё внимание на отдельных моделях. Так, доля Prius достигла 22 % всех угнанных автомобилей, что является рекордом последних четырёх лет[92].
- Многие голливудские звёзды владели автомобилем Prius. Среди них: Джессика Альба, Натали Портман, Дженнифер Энистон, Камерон Диас, Сальма Хайек, Гвинет Пэлтроу, Джулия Робертс, Деми Мур, Джулианна Мур, Клаудия Шиффер, Леонардо Ди Каприо, Том Хэнкс, Харрисон Форд, Мэтт Деймон, Орландо Блум, Брэдли Купер, Оуэн Уилсон, Дастин Хоффман, Мэтт Грейнинг[93].
| Хронология[94] | ||
|---|---|---|
| Год | Месяц | Событие |
| 1995 | Октябрь | Концептуальная модель Prius показана на Токийском автосалоне |
| Ноябрь | Построен первый прототип серийного автомобиля | |
| 1997 | Март | Представлен гибридный силовой привод THS (Toyota Hybrid System) |
| Октябрь | Впервые показан серийно изготовленный Prius первого поколения | |
| Декабрь | Начались продажи автомобиля в Японии | |
| 2000 | Ноябрь | Суммарные продажи Prius достигли 50 тысяч штук[95] |
| 2002 | Август | Продажи Prius достигли 100 тысяч штук[96] |
| 2003 | Апрель | Представлено второе поколение гибридного силового привода THS II[97] |
| Сентябрь | Полностью переработанный Prius второго поколения показан публике | |
| 2004 | Ноябрь | Prius признан автомобилем 2005 года в Европе |
| 2005 | Декабрь | Производство Prius второго поколения началось в Китае |
| 2006 | Апрель | Общие продажи Prius достигли 500 тысяч автомобилей[98] |
| 2008 | Апрель | Суммарные продажи Prius достигли миллиона автомобилей[99] |
| 2009 | Май | Представлен обновлённый Prius третьего поколения |
| 2010 | Январь | По итогам 2009 года Prius вышел на первое место по продажам в Японии[100] |
| Сентябрь | Общие продажи Prius достигли двух миллионов штук[101] | |
| Ноябрь | Началось производство Prius третьего поколения в Таиланде[102] | |
| 2011 | Январь | Продажи Prius в Японии в 2010 году достигли рекордных 315 тысяч штук |
| Апрель | В США продан миллионный Prius[103] | |
| Май | Представлен большой универсал Prius α | |
| Ноябрь | Представлен подключаемый к внешней электросети автомобиль Prius PHV | |
| Декабрь | Продажа большого Prius v началась в США | |
| Декабрь | Производство Prius третьего поколения началось в Китае[104] | |
| Декабрь | В Японии представлен компактный хетчбэк Aqua[45] | |
| 2012 | Январь | Продажа Prius PHV началась в Японии |
| Март | Prius PHV поступил в продажу в США | |
| Март | Универсал Prius+ поступил в продажу в Европе | |
| Март | Начались продажи компактного Prius c в США[46] | |
| 2013 | Июль | Суммарные продажи Prius достигли трёх миллионов автомобилей[105] |
| 2015 | Декабрь | Новейший Prius четвёртого поколения поступил в продажу в Японии[9] |
| 2017 | Февраль | Обновлённый Prius PHV начали продавать в Японии[48] |
| Продажи[106] | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модель | Год | Всего | В Японии | В Северной Америке | В Европе | В других странах | В России |
| Prius | 1997 | 323 | 323 | — | — | — | — |
| 1998 | 18 000 | 18 000 | — | — | — | — | |
| 1999 | 15 000 | 15 000 | — | — | — | — | |
| 2000 | 19 000 | 13 000 | 6 000 | 709 | 2 | — | |
| 2001 | 29 000 | 11 000 | 16 000 | 2 000 | 162 | — | |
| 2002 | 28 000 | 7 000 | 20 000 | 841 | 216 | — | |
| 2003 | 43 000 | 17 000 | 25 000 | 859 | 387 | — | |
| 2004 | 126 000 | 60 000 | 56 000 | 8 000 | 2 000 | — | |
| 2005 | 175 000 | 44 000 | 110 000 | 19 000 | 3 000 | — | |
| 2006 | 186 000 | 49 000 | 109 000 | 23 000 | 5 000 | — | |
| 2007 | 281 000 | 58 000 | 184 000 | 32 000 | 7 000 | — | |
| 2008 | 286 000 | 73 000 | 163 000 | 41 000 | 8 000 | — | |
| 2009 | 404 000 | 209 000 | 144 000 | 43 000 | 7 000 | 30[107] | |
| 2010 | 509 000 | 315 000 | 144 000 | 42 000 | 8 000 | 367[108] | |
| Prius | 2011 | 368 000 | 197 000 | 130 000 | 25 000 | 17 000 | 225[109] |
| Prius α/v/+ | 64 000 | 55 000 | 9 000 | — | 43 | — | |
| Aqua/Prius c | 361 | 361 | — | — | — | — | |
| Prius | 2012 | 363 000 | 177 000 | 151 000 | 19 000 | 16 000 | 115[110] |
| Prius α/v/+ | 187 000 | 130 000 | 45 000 | 11 000 | 1000 | — | |
| Aqua/Prius c | 315 000 | 267 000 | 38 000 | — | 11 000 | — | |
| Prius PHV | 27 000 | 11 000 | 13ˆ000 | 3& 000 | 0 | — | |
| Prius | 2013 | 316 000 | 145 000 | 147 000 | 12 000 | 11 000 | 52[111] |
| Prius α/v/+ | 154 000 | 104 000 | 38 000 | 11 000 | 1 000 | — | |
| Aqua/Prius c | 318 000 | 262 000 | 45 000 | — | 11 000 | — | |
| Prius PHV | 21 000 | 4 000 | 12 000 | 5 000 | 54 | — | |
| Prius | 2014 | 242 000 | 102 000 | 125 000 | 7 000 | 9 000 | 27[112] |
| Prius α/v/+ | 118 000 | 77 000 | 33 000 | 7 000 | 2 000 | — | |
| Aqua/Prius c | 282 000 | 233 000 | 43 000 | — | 5 000 | — | |
| Prius PHV | 20 000 | 5 000 | 13 000 | 1 000 | 5 | — | |
| Prius | 2015 | 203 000 | 74 000 | 115 000 | 7 000 | 7 000 | 4[113] |
| Prius α/v/+ | 92 000 | 52 000 | 31 000 | 7 000 | 2 000 | — | |
| Aqua/Prius c | 261 000 | 216 000 | 42 000 | — | 4 000 | — | |
| Prius PHV | 7 000 | 1 000 | 4 000 | 925 | 7 | — | |
| Prius | 2016 | 357 000 | 221 000 | 102 000 | 16 000 | 18 000 | — |
| Prius α/v/+ | 53 000 | 27 000 | 17 000 | 7 000 | 2 000 | — | |
| Aqua/Prius c | 194 000 | 168 000 | 24 000 | — | 3 000 | — | |
| Prius PHV | 3 000 | 160 | 2 000 | 227 | 1 | — | |
| Prius | 2017[114] | 218 600 | 116 600 | 68 600 | 11 100 | 22 300 | 184[115] |
| Prius α/v/+ | 38 500 | 17 600 | 11 700 | 7400 | 1700 | — | |
| Aqua/Prius c | 149 300 | 131 600 | 14 700 | — | 3000 | — | |
| Prius PHV/Prime | 51 000 | 26 700 | 21 700 | 2500 | 100 | — | |
| Prius | 2018 | [116]+[117] | 11 924[К. 1] | 59[118] | |||
| Prius α/v/+ | [117] | 9785[К. 1] | — | ||||
| Aqua/Prius c | [117] | — | — | ||||
| Prius PHV/Prime | — | ||||||
| Prius | 2019 | [116]+[117] | 7459[К. 1] | 21[119] | |||
| Prius α/v/+ | [117] | 13 447[К. 1] | — | ||||
| Aqua/Prius c | [117] | — | — | ||||
| Prius PHV/Prime | — | ||||||
- ↑ 1 2 3 4 Источники информации те же, что и в этой статье
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 . Популярность подобной схемы мотора можно объяснить ее экологичностью, экономичностью и надежностью, проверенной годами.
Категории: Статьи
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.