Принцип работы гибридного двигателя тойота

Обновлено: 12.05.2024

Как устроен гибридный автомобиль? 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.

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.

Какой гибрид лучше? Отличия PHEV, REX и «Приусов»

За последние 20 лет слово гибрид прочно вошло в обиход автомобилистов. В конце 90-х термин почти стал синонимом чуда техники своего времени — Toyota Prius, первой в мире массовой гибридной машины. Эта бесполезная, как многим тогда казалось, «игрушка» разошлась по миру тиражом 10 миллионов штук. Сегодня гибриды выпускают все ведущие автопроизводители, а в линейке «Тойоты» более 30 гибридных моделей! Давайте взглянем, какие гибриды есть на рынке и в чём их отличия.

Под общим названием «гибридные автомобили» скрываются совершенно разные технические решения. Объединяет их одно — наличие на борту двух разных источников энергии: не только двигателя внутреннего сгорания (ДВС), но и электромотора с тяговой батареей. В этом, кстати, принципиальное отличие гибридов от электромобилей — у последних ДВС нет. Но работают гибридные силовые установки по-разному.

Последовательный гибрид (REX)

Самая первая конструкция гибрида — последовательная — была придумана ещё на заре автомобилестроения Фердинандом Порше, а рабочий прототип Lohner-Porsche Hybrid появился в 1901 году, за сотню лет до «Приуса». На поверку гибридный автомобиль — почти ровесник бензинового, но своего часа ему пришлось ждать целый век: при дешёвом топливе в технически сложных гибридах просто не было смысла. Да и экология в XX веке мало кого заботила.

В последовательной гибридной схеме ДВС играет роль большого генератора: он установлен под капотом, но никак не связан с колёсами. Обороты двигателя всегда оптимальны, коробка передач также не требуется. Единственная задача двигателя — вырабатывать ток для электромотора, который и вращает колёса машины.По сути, последовательный гибрид — это автономный электромобиль, не требующий подзарядки от внешней сети. Такие гибриды эффективны в условиях частых остановок, где нет высоких скоростей, зато нужна хорошая тяга. Прежде всего, это городской общественный транспорт и карьерные грузовики. Самый известный последовательный гибрид — БелАЗ, крупнейший самосвал в мире: огромный дизель этого монстра вырабатывает ток, а колёса вращают электромоторы.

В легковом транспорте последовательная схема используется реже из-за больших потерь мощности, но такие примеры есть: близнецы Chevrolet Volt и Opel Ampera. Бестселлерами, правда, они не стали, оказавшись весьма «сырыми». Тем не менее, эксперименты с последовательной гибридной схемой на легковушках продолжаются. Например, электромобиль BMW i3 может быть оснащён опцией REX (Range Extender, увеличитель запаса хода) — крошечным двухцилиндровым ДВС для выработки тока, который превращает электрокар в последовательный REX-гибрид .

Забытый ныне российский «Ё-мобиль» тоже задумывался как последовательный гибрид. Корейцы из SsangYong продают на домашнем рынке Actyon EV-R с последовательной гибридной силовой установкой. А суперкары Karma Revero и Infiniti Emerg-e — попытки REX-гибридов бросить вызов Tesla.

Параллельный гибрид

В большинстве современных гибридов используется более универсальная параллельная схема. В ней и двигатель внутреннего сгорания, и электромотор(ы) связаны с колёсами, работая как по отдельности, так и совместно (параллельно).

Первые параллельные гибриды были довольно примитивными. В 1999 году, в ответ на тойотовский Prius (о нём — ниже) Honda внедрила гибридную систему Integrated Motor Assist (IMA) в модели Insight, затем — в Civic, Accord, Fit/Jazz, CR-Z и других. Электромотор в ней был электрическим помощником, а не полноценной силовой установкой: ездить на чистой электротяге такие гибриды не могли, как и заряжать батарею от двигателя во время движения. Электрические киловатты просто добавлялись к бензиновым лошадиным силам, позволяя меньше крутить двигатель и немного экономить топливо. А батарея заряжалась в основном от рекуперации при торможении.

Современные параллельные гибриды ушли далеко вперёд, а некоторые даже научились «перевоплощаться» прямо на ходу. Та же Honda активно внедряет в новые модели силовую установку i-MMD (Intelligent Multi-Mode Drive), которая в городском режиме работает по последовательной гибридной схеме. На небольших скоростях бензиновый двигатель отключен от ведущих колёс, и автомобиль движется только за счёт электромотора. С ростом скорости машина вновь превращается в параллельный гибрид, подключая двигатель внутреннего сгорания автоматическим сцеплением. Такая система уже используется на новых поколениях Odyssey, Accord и CR-V для некоторых рынков. По похожему пути пошли и в Mitsubishi со своим гибридным кроссовером Outlander PHEV.

Последовательно-параллельный гибрид (Toyota HSD)

Формально Toyota Prius можно отнести к гибридам параллельного типа. Но при его разработке инженеры «Тойоты» действовали столь новаторски и внедрили такое количество смелых решений, что получившийся результат пришлось выделить в отдельный тип. «Приус» называют последовательно-параллельным гибридом или гибридом смешанного (комбинированного) типа.

В большинстве параллельных гибридов есть привычная коробка передач (чаще всего — бесступенчатый вариатор), а электромотор является промежуточным звеном между КПП и двигателем внутреннего сгорания, своего рода надстройкой. У «Тойоты» же бензиновый двигатель, электромотор и ведущие колёса связаны между собой планетарным механизмом, без коробки передач и сцепления. Это делает всю силовую установку единым целым, позволяя управляющей электронике распределять мощность между узлами в любых соотношениях. Эффективность такой системы очень высока.

Свою конструкцию в Toyota назвали Hybrid Synergy Drive (HSD) — гибридным синергетическим приводом. Во всех современных гибридах Toyota и Lexus используется именно она, также по лицензии HSD ставили на несколько моделей Nissan и Ford. Toyota планирует постепенно перевести на синергетический привод всю линейку автомобилей. Для некоторых моделей на внутреннем JDM-рынке альтернативы HSD уже нет: например, Toyota Camry в Японии последние несколько лет предлагается только с гибридной силовой установкой.

Подзаряжаемый Plug-in гибрид (PHV/PHEV)

Даже самый современный гибрид проигрывает в экономичности полностью электрической машине, ведь та не расходует бензин вовсе. Да, какое-то время гибрид может ехать только на электротяге, но в таком режиме батарея быстро сядет, а для зарядки придётся задействовать ДВС и тратить топливо. Но почему не восполнять запасы энергии от внешней электросети, как делают электрические машины? В этом и состоит идея подзаряжаемого гибрида PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) — гибридного автомобиля с возможностью подключения к внешней зарядке.

Как и традиционный гибрид, PHEV может заряжать тяговую батарею прямо на ходу: от работы двигателя внутреннего сгорания и с помощью рекуперации — преобразования энергии торможения. Но приехав домой или на работу, плагин-гибрид (Plug-in Hybrid) можно поставить на зарядку от стационарной электросети, как любой электрокар, и затем ехать уже с полной батареей. Это намного выгоднее, чем самозаряд во время движения.

В сравнении с полностью электрической машиной у PHEV-гибрида также есть ощутимые плюсы:

Большой запас хода. Даже топовые электрокары пока не проезжают более 500 км на одном заряде батареи, а бюджетным городским электромобилям и скромные 200 км даются с трудом, особенно зимой. Подзаряжаемый гибрид же на полном баке топлива проедет более 800 км.
Независимость от внешних источников электричества — то, чего так не хватает электромобилям. Если не зарядить электрокар вовремя, он просто выключится. А PHEV имеет под капотом классический ДВС, и зарядка от внешней сети для него — приятная опция, а не необходимость. Пока в баке есть топливо, он будет ехать, причём весьма экономично. Этот фактор критически важен в поездках между городами: обычных бензиновых АЗС на дорогах в разы больше, чем электрических зарядных станций.

Подключаемые гибриды — главный автомобильный тренд последних лет. На рынке их уже немало, причём подзаряжаемым может быть гибрид любой конструкции: и последовательный, и параллельный, и гибрид смешанного типа — тяговая батарея ведь есть у всех. Примеры: Toyota Prius PHV и Prius Prime, Mitsubishi Outlander PHEV, Ford Fusion Energi, Hyundai Ioniq, Chevrolet Volt, Volvo V60, Audi e-tron, Chrysler Pacifica, Range Rover PHEV и другие. Даже китайские автопроизводители уже делают свои версии Plug-in-гибридов. Дело не только в экономии топлива и экологичности: производителям машин важно быть в авангарде современных технологий.

В будущем PHEV-гибриды, как и электрокары, избавятся от зарядных проводов. Уже сейчас есть мелкосерийные автомобили, способные заряжать батарею силовой установки на специальных индукционных парковочных местах, по аналогии с беспроводной зарядкой смартфонов. Вот только инфраструктура городов пока не поспевает за прогрессом транспорта.

Умеренный «мягкий» гибрид (Mild Hybrid)

Наверняка вы встречали автомобили в комплектации Mild Hybrid — в народе их нарекли мягким гибридом, хотя правильнее назвать такую силовую установку «умеренным гибридом». Что же такое Mild Hybrid, и насколько он «мягок»?

Mild Hybrid — это «зародыш» гибрида: стандартный автомобиль, озеленённый энергосберегающими технологиями. За красивым гибридным термином скрывается знакомая многим система «Старт-стоп», глушащая двигатель во время остановок, но чуть более продвинутая. ДВС Mild-гибрида снабжен специальным мотор-генератором; во время движения он работает как стандартный генератор, вырабатывая ток. Когда машина останавливается и система Start-Stop глушит двигатель, мотор-генератор вступает в дело, обеспечивая работу всех систем автомобиля: электрики, отопителя, кондиционера… Водитель даже не замечает, что двигатель заглушен. При нажатии на газ двигатель моментально заводится непосредственно от мотор-генератора и автомобиль трогается.

Особенности эксплуатации гибрида

Чем отличается гибрид от обычного автомобиля в повседневной эксплуатации? Ведь далеко не все водители — ярые энтузиасты новых технологий; многим просто нужно надёжное и хорошо работающее решение без лишних сложностей. И гибрид вполне подходит под это описание.

Сильная сторона гибрида — отсутствие каких-то специальных требований и процедур, как у электромобилей или машин с газобаллонным оборудованием. Работой гибридной системы полностью заведует умная электроника без вмешательства водителя. Периодическое обслуживание и замена расходников не требует специального «гибридного» автосервиса: с типовыми работами справится любая квалифицированная СТО. А некоторые особенности зимней эксплуатации гибридов не идут ни в какое сравнение с зимними проблемами электромобилей, запас хода которых на морозе падает почти вдвое.

ДВС большинства гибридов работают по экономичному циклу Аткинсона, который позволяет выровнять нагрузку на силовую установку, убрав опасные пики. В двигателях обычных машин он не используется из-за падения мощности, но у гибридов это падение компенсирует электромотор. В итоге получается оптимальный баланс качеств: мощности, экономичности, надёжности и низкой токсичности выхлопа.

Помимо прямой экономии топлива, гибрид снижает траты на некоторые запчасти. Например, тормозные колодки почти не изнашиваются из-за рекуперативного торможения. У большинства гибридов отсутствуют привычные стартер и генератор — в этом гибридная силовая установка даже проще классической. А в тойотовских гибридах нет даже коробки передач — её роль выполняет «планетарка».

Минусов у гибридов ровно два: высокая цена и постепенный износ тяговой высоковольтной батареи (ВВБ). Причём эти минусы исключают друг друга: у нового (и дорогого) гибрида нет проблем с батареей, ну а машину с изношенной ВВБ можно купить с хорошей скидкой на её замену.

Технологии идут вперёд невероятно быстро. Ещё недавно гибридные автомобили казались чем-то инопланетным, а сегодня на фоне полностью электрических машин они выглядят даже слегка устаревшими. Но отсутствие развитой инфраструктуры для зарядки электрокаров и их малый запас хода ещё долго будут аргументами в пользу гибридов.

Гибридный автомобиль Тойота Приус: устройство, принцип работы

Благодаря своей экономичности и надежности гибридные автомобили Тойота вызывают огромный интерес у потребителя. Плавный ход и устойчивость на дороге, оказывается, далеко не все достоинства этого японского автомобиля. Отличные ходовые качества машины удивительно сочетаются с экономичным расходом топлива. Работу гибридного автомобиля Тойота Приус обеспечивают два источника мощности: электромотор и двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Содержание статьи (закрыть)

Устройство гибридного автомобиля

Давайте попробуем разобраться, каким образом при повышении мощности машина может расходовать бензин на уровне малолитражки. Устройство гибридного автомобиля Тойота Приус состоит из:

двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
электромотора;
планетарного редуктора (делителя мощности);
генератора;
инвертора;
аккумуляторной батареи.

ДВС и электромотор могут работать одновременно, поочередно и дополнять друг друга при необходимости. В гибридном устройстве, крутящий силовой момент на колеса может передаваться от электромотора и ДВС напрямую в различных пропорциях.

Одним из главных достоинств Приуса можно считать то, что в отличие от электромобилей, для зарядки гибридного автомобиля не требуется подключение к сети питания. Процессор, управляющий всеми действиями машины, подзаряжает при необходимости аккумулятор от ДВС.

Принцип работы гибридного автомобиля

Основная задача инженеров Toyota состояла в том, чтобы создать экономичную машину, которая на трассе не уступала бы мощным «железным коням», но при этом имела бы небольшой расход двигателя. Для этого было использовано сочетание ДВС и электромотора. Чтобы достичь максимальной эффективности, в Тойоте Приус оба источника мощности могут работать отдельно, вместе и параллельно.

Итак, принцип работы гибридного Тойота Приус. Запуск двигателя и разгон автомобиля производится с помощью тягового электромотора. Он вращает внешний сателлит планетарного редуктора и передавая, таким образом, крутящий момент на колеса. Но на аккумуляторе далеко не уедешь. Поэтому, как только автомобиль набрал скорость, в дело включается ДВС.

Совместное использование электромотора и ДВС позволяют добиться максимального КПД (коэффициента полезного действия) всей системы, поскольку. При нажатии на тормоз двигатель внутреннего сгорания отключается и происходит так называемое рекуперативное торможение (вся энергия от сопротивления преобразуется в электрическую), при котором электродвигатель, работая в режиме генератора, заряжает аккумуляторную батарею.

Если автомобилю снова требуется повышенная мощность, например для обгона, вновь включается электромотор, энергии которого вполне хватает для резкого набора скорости. Схемы работы гибридных автомобилей были рассчитаны для увеличения экономичности авто и снижения выброса углекислого газа в атмосферу. При повышении расхода топлива (при нажатии на педаль газа), управляющий компьютер посылает сигнал на делитель мощности и включает электрический источник, что позволяет ДВС работать в режиме без нагрузок.

Toyota обладают уникальной надежностью и гибкостью, поскольку управление движением производится большей частью по проводам, минуя использование сложных узлов и агрегатов. Кстати, в гибриде Тойота Приус генератор выполняет роль стартера, и помогает «раскрутить» ДВС до необходимых 1000 оборотов.

Режим работы двигателя

Старт. Перемещение при помощи только электрической тяги.
Движение с постоянной скоростью. В этом случае производится передача крутящего момента на генератор и колеса.
Генератор, при необходимости, подзаряжает аккумулятор и передает энергию на электромотор. При этом происходит суммирование крутящих моментов обоих тяговых установок.
Форсированный режим. Электромотор, получая дополнительное питание от генератора, усиливает мощность бензинового двигателя.
Торможение. Гибрид тормозит большей частью при помощи электродвигателя. Однако при сильном нажатии на педаль, задействуются гидравлические узлы, и торможение происходит обычным способом.

Двигатель (ДВС)

В середине 50 годов прошлого столетия инженер Ральф Миллер предложил усовершенствовать идею Джеймса Аткинсона . Суть идеи выражалась в повышении эффективности ДВС путем сокращенного хода сжатия. Именно этот принцип, который теперь часто именуют циклом Миллера/Аткинсона, используется в гибридных двигателях компании Тойота.

Итак, Тойота Приус гибрид, как работает двигатель этого автомобиля. В отличие от других моделей ДВС, процесс сжатия в цилиндре начинается не в момент начала движения поршня вверх, а несколько позже. Поэтому перед закрытием впускных клапанов часть смеси из топлива и воздуха выходит обратно во впускной коллектор, что позволяет увеличить время, в которое используется энергия давления расширяющих газов. Все это обуславливает значительное повышение КПД двигателя, увеличение экономичности агрегата, а также повышает крутящий момент.

Характеристики двигателя:

Электромотор автомобиля Тойота

Конструкция гибридного синергетического привода предусматривает использование тягового электродвигателя. Мощность электромотора Тойота Приус- 56 кВт, 162 Нм. Этот агрегат обеспечивает движение автомобиля со старта и до набора постоянной скорости, включается, когда машина идет на обгон и участвует в торможении. Вся система Тойоты Приус продумана до мельчайших деталей. Зарядка гибридного автомобиля осуществляется в процессе движения, от ДВС через управляющий генератор.

Аккумуляторная батарея

Гибрид оснащен двумя аккумуляторами (основным высоковольтным и вспомогательным), оба находятся в багажнике автомобиля. Основное устройство аккумуляторной батареи автомобиля изготовлено из никель-металл-гидридного сплава и имеет емкость 6,5 А/ч, напряжение 201, 6 В. Этот агрегат имеет собственную систему охлаждения. Внутри высоковольтной батареи находится контроллер, управляющий процессом зарядки каждой ячейки (блока) всего 168 ячеек.

Расход и восстановление энергии аккумулятора контролирует управляющий процессор автомобиля. Аккумуляторная батарея Тойоты Приус не требует подзарядки от электрической сети, этот процесс осуществляется во время движения и торможения (большей частью) транспортного средства.
Вспомогательный аккумулятор: 12 В (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).

Заключение

Несмотря на достаточно высокую стоимость, гибридные автомобили вызывают все больше интереса у покупателей. В сравнении с другими гибрид-автомобилями, Тойота Приус действительно потребляет значительно меньше топлива, и обладает низким уровнем выброса углекислого газа.

Приус, как работает гибрид?

Prius

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

Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус?

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

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

Мотор-генератор №1 и №2

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Описание режимов работы гибридной силовой установки

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

начало перемещения с запуском ДВС;

старт на электротяге и движение на высокой скорости;

запуск 2ZR-FXE на ходу;

Начало движения с запуском ДВС

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

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

Задний ход

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

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

Заключение

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

Автомобили с гибридным двигателем, плюсы и минусы, принцип работы

Подавляющее большинство современных автомобилей в качестве силового агрегата используют двигатель внутреннего сгорания. На фоне постепенного истощения запасов нефти, а также возрастающих требований к экологичности, автоинженеры разрабатывают новые технологии, позволяющие отказаться от использования углеводородов в качестве топлива или, как минимум, снизить расход.

Решить эту проблему можно двумя способами: установить вместо ДВС электромотор или гибридный двигатель. К последнему прибегают многие автомобильные марки.

Как видно из названия, подобный силовой агрегат представляет из себя классический двигатель внутреннего сгорания и одновременно электродвигатель, объединенные в одно целое. По многим причинам такое решение предпочтительнее одной только электрической тяги.

На сегодняшний день электромобиль имеет серьезные минусы. Наиболее значимые из них – это отсутствие развитой сети электрозаправок, а также недостаточная дальность поездки без дозарядки (у разных моделей электромобилей она составляет от 80 до 160 км).

К тому же на то, чтобы полностью зарядить батареи потребуется несколько часов, а значит, мобильность такого авто ограничивается поездками от дома до работы и обратно.

Тем не менее, нельзя забывать и про плюсы электромотора, среди которых более высокий КПД (у ДВС максимальный КПД достигается только на определенных оборотах), отсутствие каких-либо выбросов, большой крутящий момент.

Электрический двигатель, в отличие от работающего на нефтепродуктах, не нуждается в постоянной подаче топлива. Он может находиться в выключенном состоянии сколь угодно долго, пока на него не будет подано напряжение. При подаче электричества он практически моментально передает колесам максимальную тягу.

Гибридный двигатель совместил преимущества обоих моторов, благодаря чему достигается экономичность, экологичность и неплохие динамические характеристики.

Принцип работы гибридных двигателей

Гибридный двигатель устроен таким образом, что оба мотора работают, условно говоря, друг на друга. Двигатель внутреннего сгорания крутит генератор и снабжает энергией электромотор, а тот позволяет «напарнику» работать в оптимальном режиме без резких колебаний и нагрузок. К тому же, гибриды обычно оснащаются системой рекуперации кинетической энергии KERS (аналогичную той, что применяется на болидах Формулы-1).

Эта система позволяет заряжать аккумуляторные батареи во время торможения и при движении машины накатом. Принцип ее работы в том, что при торможении колеса приводят в действие электромотор, который в этом случае сам играет роль генератора и заряжает аккумуляторы. Особенно полезна KERS при езде по городу в режиме «тронулся-остановился».

Список автомобилей с гибридными двигателями
Audi Q5 Hybrid
BMW Active Tourer
Chevrolet Volt
Ford Escape Hybrid (Fusion Hybrid)
Hyundai Sonata Hybrid
Honda CR-Z (Insight Hybrid)
Jaguar Land Rover
Mitsubishi Outlander PHEV
Nissan Altima Hybrid
Toyota Prius (Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid

По степени гибридизации силовые агрегаты разделились три типа: «умеренные», «полные» и plug-in. В «умеренных» постоянно работает двигатель внутреннего сгорания, а электромотор включается только тогда, когда необходима дополнительная мощность.

Автомобиль с «полным» гибридом способен двигаться на одной электротяге, не расходуя горючего.

Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.

Последовательная схема

Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.

Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.

Плюсы такой конструкции заключаются в следующем:

ДВС всегда работает на неизменных оборотах, с максимальным КПД;
нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
не нужно сцепление и коробка передач;
автомобиль способен передвигаться и с выключенным двигателем внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.

Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:

потери энергии в процессе преобразований;
большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.

Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.

Параллельная схема

Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.

В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.

Плюсы подобной компоновки в том, что нет необходимости устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, потери энергии намного меньше, чем при последовательной схеме, поскольку ДВС напрямую связан с ведущими колесами, а кроме того, сама по себе конструкция довольно проста, а значит, дешева.

Основные минусы схемы – меньшая топливная экономичность по сравнению с другими вариантами и низкая эффективность в городских условиях. Машины с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по трассе.

По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.

Последовательно-параллельная схема

Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме).

На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).

Поскольку в системе имеется отдельный генератор, заряжающий аккумуляторную батарею, электромотор используется только для привода ведущих колес и во время рекуперативного торможения. Через планетарный механизм (он же делитель мощности), часть крутящего момента от ДВС частично передается на колеса и частично отбирается для работы генератора, который питает либо электромотор, либо аккумуляторную батарею. Электронный блок управления все время регулирует подачу мощности из обоих источников.

Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.

Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.

Принцип работы тойота приус

Toyota Prius - это полноценный гибридный автомобиль с фирменной технологией Hybrid Synergy Drive.

Среди основных особенностей автомобиля — высокая экологичность (с запасом покрывает требования Евро-5) и экономичность (расход в смешанном цикле менее 5 литров/100 км).

Гибридная силовая установка

Под капотом находится бензиновый двигатель объемом 1,8 литра (в прошлом поколении использовался мотор с объемом 1,5 л), два мотор-генератора, планетарная передача и инвертор.

Аккумуляторная батарея располагается за спинками задних сидений, под полом багажного отделения.

Бензиновый двигатель работает по цикла Аткинсона.

В реальности используется упрощенный аналог, работающий по циклу Миллера, ввиду того, что создание двигателя по циклу Аткинсона требует очень сложного кривошипно-шатунного механизма.

Цикл Аткинсона характеризуется увеличенной по времени фазой рабочего хода. На практике это дает более высокие показатели экономичности и экологичности, но теряется тяга на низких оборотах.

В гибридном автомобиле это компенсируется электромотором, который выдает максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов.

Для повышения экономичности с двигателя убрано все навесное оборудование: водяная помпа и компрессор кондиционера электрические.

Кроме этого отсутствует стартер, его роль выполняет один из электромоторов.

Начало работы

На старте работает только тяговый электродвигатель.

При необходимости к нему автоматически подключается бензиновый мотор. Его запускает первый мотор-генератор, который делает это очень плавно и незаметно за счет регулирования скорости оборотов.

Момент от бензинового двигателя передается на планетарную передачу, а также на первый мотор-генератор, который работает в режиме генератора и выдает энергию на инвертор. Он перенаправляет полученную энергию либо в аккумуляторую батарею для подзарядки, либо на тяговый электромотор, момент с которого через планетарную передачу передается на колеса.

В результате получается замкнутый цикл, где главную роль играет тяговый электромотор, а бензиновый двигатель работает на подхвате.

При торможении тяговый электромотор работает в режиме генератора и вся полученная энергия накапливается в аккумуляторе.

Суммарная мощность гибридного привода составляет 136 лс. Потеря лошадиных сил обусловлена тем, что ток, отдаваемый аккумуляторной батареей, ограничен электроникой, и электромотор фактически работает на половину своей мощности. Но степень заряженности аккумулятора абсолютно не влияет на динамические характеристики и время разгона до 100 км/ч.

Коэффициент аэродинамического сопротивления Cx равен 0,26. Это один из лучших показателей для серийных автомобилей.

На колесных дисках одеты аэродинамические колпаки. Их наличие снижает расход топлива всего на 1-2 процента.

Правильнее их делать полностью закрытыми, но тогда возникнет проблема охлаждения тормозных механизмов.

Светодиодный ближний свет. Блок-фара состоит из нескольких модулей. Вверху располагается габаритный огонь с галогеновой лампой, справа — классический модуль дальнего света с рефлектором и галогеновой лампой.

Ближний свет разделен на три модуля. Два линзованных модуля дают четкий и сфокусированный световой поток вдаль. Над ними - модуль рассеянного света для освещения пространства вблизи автомобиля.

Передние поворотники вынесены на бампер рядом с протувотуманными фарами.

Суммарное энергопотребление секции ближнего света — 33 ватта, что сопоставимо с обычным ксеноном.

Багажник большой с удобным доступом.

Под полом расположена докатка и достаточно вместительный ящик для мелочей. По бокам огромные ниши между задними фонарями и колесными арками.

Отделка салона выполнена из жесткого пластика, но с очень приятной текстурой. Из-за сильного наклона лобового стекла салон кажется большим и просторным.

На руле сенсорные кнопки с дублированием информации на центральном дисплее.

Вместо ручки КПП — нефиксируемый джойстик. «Паркинг» включается кнопкой. В движении можно пользоваться двумя режимами: D — обычный драйв, B — режим торможения двигателем.

Климатическая установка не имеет разделения на зоны, зато использует полностью электрический кондиционер.

В качестве опции есть возможность запуска охлаждения салона дистанционно с брелка.

Медиасистема поддерживает возможность приема музыки по bluetooth с мобильных устройств по протоколу A2DP.

Еще ниже три кнопки управления гибридной установкой. В полностью электрическом режиме разгон происходит ооочень плавно и двигаться можно со скоростью не более 50 км/ч. На полностью заряженной батарее можно проехать примерно 1-1,5 километра. Режимы «Eco» и «Power» всего лишь меняют чувствительность педали газа, настраивая водителя на спокойную, или наоборот более спортивную манеру вождения.

Бардачок из двух отделений напоминает аналогичные ящики для багажа на самолетах. С плавным открытием и характерным щелчком при закрытии.

Динамику автомобиля проще всего сравнить с троллейбусом.

Спокойное и постоянное ускорение с любой скорости. Разгон до 100 км/ч — 11,5 секунд.

Спинка водительского кресла не имеет плавной регулировки наклона и не может фиксироваться в строго вертикальном положении.

Рядом с правым задним сиденьем расположена вентиляционная решетка аккумуляторной батареи — по инструкции ее нельзя ничем закрывать. Вдвоем сзади сидеть отлично, но втроем будет тесно.

При нажатии на педаль тормоза в первую очередь гибридная силовая установка переключается в режим рекуперации энергии. Таким образом, большая часть энергии, которая на обычном автомобиле уходит на нагрев тормозных колодок и дисков, преобразуется в электричество, которое накапливается в аккумуляторе. При более сильном нажатии на педаль тормоза дополнительно начинает работать штатная тормозная система. В связи с этим существенно изменена схема работы антиблокировочной системы (ABS) и системы динамической стабилизации. ABS допускает интенсивное торможение с полной блокировкой колес и включится только после того, как автомобиль проскользит с заблокированными колесами некоторое расстояние.

Бортовой компьютер показывает шкалу расхода с пятиминутными интервалами. Маленькие машинки — накопленные бонусы за эффективное использование гибридной установки, их можно «собирать» на торможениях.

Характеристики батареи

Производитель использует аккумуляторы от компаний NiMH и Panasonic, на которые дается 8 лет гарантии. Собственно, благодаря этим элементам и обеспечивается экономичность модификации авто «Тойота-Приус-Гибрид». Технические характеристики используемых батарей выглядят следующим образом:

Читайте также: