Тойота приус коробка передач принцип работы

Обновлено: 13.05.2024

Конструктивные особенности и отличия планетарной коробки передач Toyota Prius

Японский седан Toyota Prius стал первым массовым гибридным автомобилем, который движется как за счет работы бензинового двигателя, так и за счет электрического мотора. За оригинальность и новшество получил множество разных престижных наград. Большая часть из них, конечно же, касается веского вклада в экологичность и сохранение окружающей среды. Основным двигателем автомобиля считается бензиновый силовой агрегат, работающий за счет сгорания топливно-воздушной смеси. Мотор работает по циклу Аткинсона.

Его основные достоинства – невысокий уровень расхода, высокий КПД и крайне низкий уровень токсичности выхлопных газов. Силовой агрегат способен не только передавать усилие на колеса транспортного средства, но и крутить мотор-генератор, так будет вырабатываться необходимое электричество. Вырабатываемое электричество аккумулируется в батареях и расходуется электроприборами. Но больший интерес все-таки представляет планетарная коробка передач, отличающаяся некоторыми особенностями.

Особенность работы привода

Бензиновый движок может лишь частично помогать колесам вращаться на оптимальных оборотах и на определенном скоростном режиме. Особенность работы мотора по циклу Аткинсона состоит в том, что он практически не отдает момент на низких оборотах. Он работает оптимально во время движения по трассе, когда двигатель раскручивается до 2000 оборотов и выше. Таким образом, наиболее важное предназначение ДВС – крутить генератор, который в свою очередь вырабатывает электроэнергию.

Если машина движется по пробкам и с небольшой скоростью, усилие на колеса поступает от основного электромотора. То есть, имеем дело с последовательно-параллельной гибридной системой THS, включающей преимущества от двух одноименных системы. Самое главное, что переход из последовательного в параллельный режим при выезде из города на трассу водителем остается незамеченным.

Планетарный механизм: конструкция

В трансмиссии гибрида отсутствуют органы управления, включая муфты, синхронизаторы, гидравлику и фрикционы. Это своеобразный «электрический вариатор», в котором скорость вращения изменяется не за счет клиновидного ремня, а путем суммирования мощности ДВС и двух электромоторов через планетарный редуктор.

Планетарный шестеренчатый механизм состоит из следующих частей:

круговая шестерня – внешнее основное кольцо;
центральная шестерня – она же солнечная шестерня, расположенная в центре механизма;
планетарная шестерня – находится на планетарной оси, вращающейся вокруг центральной (солнечной) шестерни, по такому же принципу вращаются и планетарные шестерни.

Электродвигатель, работающий в качестве генератора (он же мотор-генератор номер один), также может работать в качестве стартера, напрямую соединен с солнечной шестерней. Второй электродвигатель (мотор-генератор номер два) напрямую соединен с основным кольцом, соответственно и с колесами. ДВС подключен к планетарной оси с шестернями. Получаем, что редуктор связывают между собой три компонента (ДВС и мотор-генераторы), отсюда он получил еще одно название – устройство распределения мощности или Power Split Device. Специалисты обычно говорят, что Toyota Prius получил бесступенчато-регулируемую трансмиссию. Коробка передач работает точно так же, как и обычная КПП, за тем исключением, что передаточное отношение может меняться беспрерывно и плавно.

Отличия трансмиссии гибрида от других коробок передач

Дифференциал, оси, колеса гибрида – вполне обычные. Дифференциал традиционно позволяет вращаться с одинаковой скоростью внутренним и внешним колесам во время вхождения транспортного средства в поворот. За счет осей крутящий момент передается от дифференциала до ступицы колеса. Предусмотрено специальное сочленение, позволяющее колесам двигаться вслед за подвеской – вверх или вниз.

Чего нет в трансмиссии Toyota Prius, что есть практически в каждом другом автомобиле?

Отсутствует ступенчатая коробка передач.
Нет сцепления или гидротрансформатора. Колеса автомобиля всегда жестко соединены с ДВС и электромоторами.
Отсутствует стартер. Бензиновый двигатель заводится посредством мотор-генератора один (MG1) через специальные шестерни устройства распределения мощности.

Конструктивно гибрид получился не сложней обычного автомобиля с бензиновым мотором. Основную загадку для большинства автолюбителей представляют разве что мотор-генераторы и PSD – устройство распределения мощности. Но, как показала практика, они более надежны и выносливы, чем некоторые составные части трансмиссии, которые были убраны. Также автомобиль лишился некоторых узлов, к примеру, обычного генератора переменного тока, обязанности которого взяли на себя электромоторы, вырабатывающие ток в случае необходимости.

Обслуживание коробки передач

Многих автовладельцев интересует вопрос обслуживания трансмиссии гибрида. В Toyota Prius также необходимо менять трансмиссионное масло. Для замены смазочного материала в 20-м кузове нужно просто открутить сливную пробку, дождаться, когда отработанная техническая жидкость вытечет, после чего залить свежее масло. Ничего необычного и сложного. Гораздо сложней менять масло самостоятельно в авто 10 и 11-го кузова. Основная проблема – необычная конструкция поддона. То есть, открутив сливную пробку, можно слить только часть старого масла.

Примерно 300 мл отработанного самого грязного материала (продукты износа, остатки герметика) остаются в поддоне. Правильная смена трансмиссионной жидкости в таком случае должна начинаться со снятия поддона и слития оттуда материала с последующей промывкой. С одной стороны – лишняя дополнительная работа, с другой стороны – возможность выполнить диагностику и оценить состояние коробки передач. Чего не хотел бы увидеть ни один автомобилист – бронзовую стружку на дне поддона. Это верный сигнал, что трансмиссии автомобиля осталось работать недолго и грядет скорый ремонт.

Заключение

Гибрид Toyota Prius – своеобразный и интересный автомобиль, отличающийся экономичностью и мизерным расходом топлива. Он отлично подойдет тем, кто большую часть времени проводит в городе, эксплуатируя автомобиль в умеренном скоростном режиме. Также машина оправдывает себя при движении по загородным дорогам со средней скоростью (не выше 120 км/ч). Для постоянной езды по автомагистралям на высокой скорости Тойота Приус не совсем подходит и в плане экономичности может проигрывать даже авто с дизельным силовым агрегатом.

Toyota Prius Батарейка с моторчиком › Бортжурнал › Теория работы силовой установки Приус

Не моё, но очень понравилось как расписано, поэтому решил оставить у себя.
Добавил картинки.
С некоторыми утверждениями я либо не согласен,
либо их можно было бы дополнить\подкорректировать. (кому интересно, вэлком ниже в комменты)
Оставил только авторский текст.
взято где то на просторах интернета.
--------------------------------------
ТЕОРИЯ

Вообще, писать о принципе работы гибрида сначала не хотел – уже написаны тонны статей.
Но регулярно повторяющиеся «перлы» от владельцев и невладельцев заставили пересмотреть вопрос.
Все-таки лучше «на пальцах» объяснить принцип работы.
Конечно, особо отмороженным и это не поможет, но кто-то из потенциальных покупателей,
возможно, прочтёт и поймет суть, а это постепенно искоренит страх перед гибридом.
Поэтому я кагбэ посвящаю этот раздел будущим владельцам, которые сомневаются,
а не является ли проект «Приус» родственником проекту «МММ»?

В общем и целом я слышал несколько типовых неправильных мнений о том,
почему гибрид экономичней остальных машин.
Я не буду исследовать их популярность, просто приведу встречавшиеся мне:
1. «Гибрид экономней, потому что может отключить ДВС и ехать на батарее».
(Как вариант продолжения фразы – «А когда энергия в батарейке закончится,
то он включит ДВС и будет потреблять столько же, сколько и 1.5л Королла»).
2. «Гибрид экономичен только потому, что у него 1.5л ДВС. 1.5л Королла съест столько же».
3. «Гибрид экономит только летом, когда тепло, а зимой:
А) батарейка быстро сядет (варианты – сдохнет/взорвется/разлетится/превратится в лед/улетит на Марс)
и никакой экономии не будет.
Б) Гибрид экономит, потому что выключает ДВС в пробках,
а зимой выключаться не будет, поэтому не будет и экономии.
В) Зимой вообще все замерзнет вместе с водителем и никуда не поедет.
Г) Да он вообще не заведется!»
4. «Он вообще не экономичней! Это всемирный заговор!»

Для владельцев гибридов эти пункты выглядят смешными. :)

Сначала я постараюсь «на пальцах» объяснить причину неэкономичности обычных,
негибридных машин, потом общие принципы работы гибрида и с помощью чего он экономит бензин,
а потом попунктно объясню неправоту высказывающихся
(хотя после объяснения принципа работы это уже может и не потребоваться).

Основная причина неэкономичности любой бензиновой негибридной машины
– дроссельная заслонка мотора.
Смысл в том, что если ехать на средней скорости (ну, пусть 100км/ч),
то 1.5-литровый мотор усредненной сферической короллообразной машины в вакууме
будет выдавать 20-25л.с. (при том, что типичные 1.5л моторы максимально выдают 90-110л.с.
и максимальный момент 130-150Нм).
В таком режиме дроссель открыт слегка и ДВС всасывает воздух через узкую щель.
Естественно, что ДВС таким образом работает как воздушный насос
и тратит на это немало энергии. Кто не верит, пусть попробует подышать не через нос,
а через узкую трубочку для питья коктейлей – увидите, что надолго вас не хватит.
Так вот, в таком режиме ДВС будет работать не со своим максимальным КПД 35-39%,
а всего лишь 25-30%, а при мЕньших скоростях – ещё меньше.
Вторая причина неэкономичности более очевидна – холостой ход в пробках,
когда работа ДВС, в общем-то, не нужна. Какой из этого вывод?
Заставить работать ДВС как можно чаще с более сильно открытым дросселем
и не работать вхолостую – и профит обеспечен.

Сразу появляется вопрос:
а почему этого нельзя сделать без всяких хитроумных трансмиссий?
Почему это нельзя сделать с помощью обычной коробки передач
(механической или автоматической)?
А потому, что традиционные ступенчатые КПП имеют ограниченный диапазон регулирования,
как правило от 4 до 5.5. Это число показывает, во сколько раз первая передача отличается от высшей.
Ну, к примеру, первая – 3, пятая 0.75, диапазон = 3/0.75 = 4.
Выше этот диапазон чисто технологически сделать затруднительно
(габариты/вес/нагрузки/сложность/цена. Но даже если бы таких ограничений не было,
есть гораздо более серьезное ограничение – водятел,
которому переключать более 5-6 ступеней будет просто лень).
Поэтому низшие передачи подбираются для более-менее нормального разгона,
а высшие – для приемлемой экономии и максимальной скорости,
приблизительные передаточные числа МКПП от 3 до 0.75, для АКПП от 2.5 до 0.5.
А теперь вспомним, какие ПЧ для короллообразных?
При 100км/ч на 5 передаче обычно около 2500об/мин.
Это означает, что если ДВС должен выдавать около 20л.с.,
то он должен развивать всего 57Нм крутящего момента, а это всего лишь треть от номинала.
То есть, дроссель пропускает всего лишь треть воздуха от максимально возможного.
Если бы ДВС работал при вдвое меньших оборотах (1250об/мин)
и выдавал вдвое больший момент (114Нм), то мощность была бы той же,
а расход бензина заметно меньше, так как дроссель был бы открыт сильнее
и меньше сопротивлялся потоку воздуха.
Но короллобразные этого режима осилить не могут – при таких «растянутых» ПЧ
разгоняться до 100км/ч они будут минуты, а при малейшей горке вверх
мотору не хватит момента затащить машину и придется «подтыкать» более низкую передачу,
что комфорта водятлу не прибавляет.
Поэтому Тойота напряглась и выдала на-гора хитрую трансмиссию –
электромеханический вариатор,
который в своей первой ипостаси имел название THS, а потом – HSD,
хотя по сути конструкция одна и та же.

Смысл ее работы я уже точно словами объяснять не буду
– жаждущие информации и сами найдут картинки в инете, а остальным это не нужно.
Но вкратце – в этой коробке есть 1 планетарная передача и 2 электромотора.
В итоге вся эта электромеханическая ботва дает диапазон регулирования, равный бесконечности.
На практике – около 10-15, но и это намного больше,
чем 4 у МКПП/АКПП и 5 у клиноремённых вариаторов.
Это и означает, что можно ехать в крутую горку
при скорости 1 км/ч и оборотах ДВС 1200об/мин,
а можно при тех же 1200 об/мин ехать около 90км/ч
(А можно, наоборот, стартовать при 2700об/мин и иметь на старте 480Нм момента).
То есть, такая трансмиссия ВСЕГДА сможет обеспечить режим работы ДВС
максимально «внатяг» — то есть минимум об/мин и максимум Нм,
а это и есть максимальный КПД. Ферштейн?
Собственно, вот и вся премудрость.

Исключение работы вхолостую гораздо проще и шире распространено
– системой старт-стоп оснащаются и другие машины.
Это тоже заметно экономит луц, но в основном в пробках.
Еще одна «фишка» гибридов от Тойоты – моторы с циклом Аткинсона.
Опять-таки, долго объяснять не буду (это есть в инете),
но смысл – с помощью фаз ГРМ уменьшаются всё те же насосные потери на низких нагрузках,
это повышает КПД. Рекуперация же сделана вообще «за компанию»,
только потому, что есть аккумулятор и есть электромоторы,
которые могут работать генераторами – почему бы не собрать дармовую энергию при торможении?
На практике же сбережённые рекуперацией 50Втч энергии –
это всего лишь 17мл бензина. Крохи.
Аэродинамика вносит гораздо больше:
Приус экономит 1л/100км бензина за счет низкого Сх=0.26 на скорости 100км/ч
и 2л/100 – при 150км/ч (по сравнению с короллообразными с Сх=0.35)

Итак, по пунктам, экономию дают:
1. Электромеханический вариатор с очень широким диапазоном регулирования, который очень эффективно нагружает ДВС и не даёт ему тратить энергию на прогон воздуха через узкую щель дросселя.
2. Система старт-стоп, которая глушит ДВС в тех случаях, когда его работа не нужна.
3. Цикл Аткинсона, дополнительно уменьшающий насосные потери.
4. Улучшенная аэродинамика.
5. Рекуперация энергии при торможении.

Ну, теперь для проформы, комментарии «перлов»:
1. Гибрид может ехать на батарее, но не это дает экономию,
а то, что потом при включенном ДВС мотор эффективно нагружается
и работает с сильно открытым дросселем, что дает высокий КПД.
2. Гибрид экономичней потому, что может создать такие передаточные числа в коробке,
какие короллам и не снились.
3. Зимой гибрид экономит меньше (это правда), но не из-за батарейки,
а из-за прокладки между рулем и сиденьем, которой нравится ехать в тепле.
А поскольку тепла зимой нужно много, то ДВС не столько жжёт бензин для езды,
сколько для обогрева, а обогрев нужен одинаковый что для гибридов, что для негибридов.
Поэтому если стоять в пробке в -40, то 2 машины с одинаковыми 1.5л моторами съедят,
скорее всего, одинаковое количество бензина.
Правда машину это будет напоминать отдалённо – скорее, мобильная батарея отопления.
Но вот если при тех же -40 постоянно ехать, то Приус будет,
как и летом, молотить свои 1200об/мин при 80км/ч,
а сферическое короллообразное машыно – 2000об/мин,
что сразу даст разницу в КПД и расходе.
4. Приус в нормальном техническом состоянии заводится при -56 град.

В качестве бонуса поясняю, почему при обычной повседневной езде
нельзя достичь расхода менее 3.5л/100км даже при том,
что особо отмороженные приусофаги достигали 2л/100км,
проезжая на полном баке 2400км. Когда машина движется совсем медленно (ниже 70км/ч)
потребность в энергии для движения столь низка (менее 5кВт),
что даже супер-пупер цикл Аткинсона и не менее супер-пупер HSD
со всей их эластичностью не могут извернуться и нагрузить ДВС так,
чтоб он работал с сильно открытым дросселем.
Даже на своих минимальных 1200 об/мин ДВС с сильно открытым дросселем
даст около 70Нм момента, а это около 9кВт.
Поэтому при низких скоростях расход опять начнёт расти.
По многочисленным личным экспериментам установлено,
что наиболее экономичная скорость для 20-ки 72-75 км/ч по спидометру.
Расход составляет около 3-3.5л/100 по ровной дороге, около 4л/100 при холмистой.
А что касается 2л/100км, то технология достижения следующая:
ставим машину на уклон, так чтоб в бак влезло почти 50л луца под завязку.
Затем движемся в режиме Pulse&Glide, то есть разгоняемся до 50км/ч,
отпускаем педаль и катимся до 30км/ч, потом опять жмём газ и разгоняемся до 50км/ч.
Степень нажатия на педаль газа должна быть такой,
чтобы время работы ДВС составляло 25% от всего времени движения.
Ну, и конечно же не забываем про перекачанные до 3атм колеса и заклеенные щели на кузове.
Хотя при таких скоростях потери на аэродинамику составят всего-то 0.3-0.4л/100км.

А где же недостатки? :)
А основной недостаток хитрой трансмиссии – в её повышенных потерях.
Ведь если в ступенчатых коробках момент передается шестернями
и энергия теряется только на трение, то в гибриде ко всему этому прибавляется необходимость
постоянно поддерживать определённое передаточное число.
А как оно поддерживается?
А довольно просто: один из мотор-генераторов работает как генератор,
вырабатывая энергию; электронный преобразователь преобразовывает
некоторый вырабатываемый ток и напряжение в другие ток и напряжение,
которыми питается второй, тяговый мотор-генератор.
Все это преобразование ведется с помощью компьютера
и поддерживаются такие обороты обоих моторов,
которые и дают нужное передаточное число и максимальную экономию.
В МКПП таких потерь нет.
Поэтому на высоких скоростях, когда ДВСу и так нужно работать
с почти максимальной загрузкой, гибрид перед негибридом уже преимуществ не даёт:
ДВСы работают одинаково эффективно,
а в трансмиссии потери выше – фейл гибрида.
Хорошая аэродинамика, конечно, частично это компенсирует,
но сама силовая установка работает с меньшим КПД.
Отсюда мораль:
для постоянной езды по автомагистралям с высокими скоростями гибрид не нужен.
Лучше дизель. (Кстати, поэтому в некоторых «специально обученных тестах»
Приус проигрывает дизельным машинам.
Просто потому, что можно подобрать такие режимы движения,
в которых гибрид преимуществ не имеет
и длительное трассовое движение с высокими скоростями –
именно такой невыгодный для гибрида режим).

Объединяя преимущества и недостатки, можно сказать, что гибрид будет полезен людям, которые:
1. Ездят в городе с разрешёнными скоростями зимой и летом
2. Ездят по трассе со средней скоростью (обычно менее 120км/ч)
Гибрид НЕ НУЖЕН людям, которые:
1. Специально ждут зимы, чтобы встать в многочасовую пробку и стоять там на месте,
постоянно греясь в машине. :)
2. Ездят с максимальной скоростью по автобанам при -40. :)

Добавлено от меня.
Тест, длительная езда на скорости 73 км\ч.
средний расход за поездку составил менее 3.5 л\100 км

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:

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

Давайте вместе разберемся как же инженерам компании Toyota удалось создать сложнейший редуктор для работы трех двигателей на одной оси в своем автомобиле тойота приус. Посмотрим на видео как передается момент от двигателей к колесам в реальном времени через специальную планетарную раздаточную муфту.

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.

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.

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

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.

Основные части планетарного механизма

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.

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.

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

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.

Тайна коробки Гибрида

Для начала давайте разберемся - зачем нужно переключать передачи?

Переключение передач - необходимость, возникшая в связи с неравномерной характеристикой крутящего момента бензинки. У бензинового двигателя, например, приемлемый крутящий момент находится в достаточно ограниченном диапазоне оборотов. На низких оборотах он невысок. А если на «низах» нагрузить двигатель - есть вероятность повредить его детали. Максимальный же выход силы - где-то в районе 4200. Больше 6000-7000 можно «перекрутить двигатель», возвратно-поступательные движения по многим причинам не терпят высоких оборотов. Колесо вращается с различными оборотами и при разгоне машины нужно сопрягать обороты ДВС с оборотами трансмиссии, удерживаясь в диапазоне необходимого крутящего момента. Чтобы автомобиль мог двигаться с максимальным ускорением, необходимо чтобы двигатель на всем протяжении разгона выдавал максимальную силу. Для этого сопряжения и предназначена КПП. Будь то «механика», «автомат» или вариатор. Коробки изменяют передаточное отношение двигатель/колёса.

Электродвигатель, в отличии от ДВС, имеет крутящий момент одинаковый на всем диапазоне оборотов. И коробки переключения передач не требуется.
В случае объединения несовместимого - в гибридах - появляется возможность в оптимальном режиме складывать силы разного происхождения и качества: ДВС и ЭЛЕКТРОМОТОРА. А изящное решение этой проблемы в гибридной установке на самом деле удостаивается внимания, поражая своей простотой и гениальностью идей.

В гибриде нет коробки!

Как устроен гибридный агрегат?

Гибридный агрегат (механическая часть) состоит из бензинового двигателя внутреннего сгорания, тягового электромотора, мотора-генератора и трёх приводной муфты.

Представим себе, к примеру, задний мост. На кардан, напрямую, подсоединен ДВС, на одну из полуосей подключен мотор генератор, а на вторую полуось подключен тяговый мотор, и эта же полуось через понижающую передачу идет прямо на колёса. Соответственно, тяговый мотор работает постоянно, а когда его не хватает, заводится бензиновый мотор. Судя по схеме, если полуось на которой висит мотор-генератор, будет свободно вращаться, сила потечет в сторону свободной полуоси, но стоит только нагрузить мотор-генератор, и сила потечет в помощь тяговому двигателю. Постольку поскольку система должна поддерживать на ДВС оптимальные обороты, излишки энергии перегоняются через мотор-генератор, в аккумуляторную батарею, а оттуда в тяговый мотор.

Двигатель у Приуса бензиновый. Работает он по циклу Аткинсона, что позволяет снизить токсичность, и соответственно поднять КПД. Включается он не только когда нужна помощь тяговому мотору. Режим работы ДВС зависит еще от собственной температуры, температуры салона, напряжения батарей, и т.п.
Двигатель с подобным принципом газораспределения был известен еще в 20х годах, но его не применяли из-за потерь связанных с увеличением насосного эффекта и как следствие низкой мощности, снятой c куба объема.

Svetilo: . про Аткинсона. Нам не литровая мощность важна, а именно недостаток крутящего момента на низах. А при обычном соединении, если крутить и трогаться, то сцеплпние жжешь. Напиши про ресурс. ДВС на постоянных оборотах, без рывковых нагрузок. Электродвигатель вообще с механической точки зрения живуч. Батарея то же на 7 лет расчитана. Но нельзя ее морозить, потому рекомендовать теплый бокс зимой. про ощущения! просторный салон орбиральной станции! И что электромоторчик перегревать не рекомендуется!

Электромотор

Электромотор, мощностью 30 кВт синхронного типа, управляется компьютером, через инвертор. При этом контролирует обороты колес по датчику вращения. На Приусах второго поколения, устанавливаются моторы в 50 кВт, которые могут раскручивать ротор до 10000 оборотов в минуту.

Мотор-генератор

Такой же мотор, как и тяговый только меньшего размера. Он может выполнять функцию, как сцепления, так и стартера в зависимости оттого, что требуется в данный момент.

3х ходовая муфта

Этот элемент конструкции является тем самым звеном, которое сопрягает работу вышеозначенных элементов. Похожий по конструкции элемент, был известен давно, и использовался в автоматических КПП как передача. Он состоит из четырех планетарных шестерней, центры которых находятся на одной станине. И двух зубчатых колец, одно из которых описывает получившийся квадрат, а другое вписано в него. Четыре маленькие шестерни, закрепленные параллельно оси на одной площадке с центрами равномерно расположенными по окружности. А если посмотреть кинематическую схему, то это самый обычный дифференциал.

Смазка

Особое умиление вызвал маленький масленый насосец. Если посмотреть схематично, он находится в задней части коробки, но предназначение его, при детальном рассмотрении, оказалось очень простым. Он смазывает муфту в тот момент, кода автомобиль стоит, а ДВС работает. В остальное время, детали смазываются обычным разбрызгиванием. В качестве масла в трансмиссии гибрида, используется Toyota Type T-4, объем жидкости составляет порядка 4-х литров, а охлаждающей жидкости - антифриз хорошего качества.

Хочется отметить, что эксплуатировать автомобиль следует в соответствии с инструкцией и рекомендациями завода производителя. Несоблюдение режимов и чрезмерные нагрузки могут привести городской вид транспорта к поломкам, устранение которых на данный момент стоит весьма и весьма недешево. Правда, скорее всего ситуация в скоре должна поменяться. Могу сказать, что ремонтировать и обслуживать Приус можно и в Новосибирске.

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.

Читайте также: