Авангардный “Prius II” и внутри выглядит необычно. Основные части планетарного механизма

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.

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.

На международном автосалоне в Токио (в декабре 2011 года) компания «Toyota» явила миру «младшего брата» известного во всем мире гибрида «Prius» – двоякодвижимую модификацию компактного хэтчбека «Aqua». А уже через месяц (на Североамериканском автошоу) состоялась официальная премьера «леворульного издания» этой пятидверки, которое получило название «Prius C» (где литера «C» означает «City» – «город»).

В 2015 году автомобиль подвергся косметическому обновлению – ему «освежили» внешний вид и внесли улучшения в интерьер, оставив без внимания техническую часть.

Очередная модернизация настигла пятидверку в январе 2017-го: ей вновь слегка подретушировали дизайн экстерьера и предложили более богатое базовое оснащение за счет комплекса систем безопасности «Toyota Safety Sense C», однако к силовой установке руки опять не дотянули.

В целом можно сказать, что внешность Toyota Prius C, оформленная в корпоративном ключе японской марки, не представляет собой ничего сверхвыдающегося. Хотя, при этом, выглядит этот «гибрид» свежо, привлекательно и достаточно динамично – агрессивный передок со светодиодной оптикой и трапецией решетки радиатора, клиновидный силуэт с круто «срезанной» кормой и поджарый задок с крупными LED фонарями и «надутым» бампером.

По своим габаритным размерам хэтчбек вписывается в рамки B-класса: 4031 мм в длину, 1694 мм в ширину и 1455 мм в высоту. Колесная база и дорожный просвет у «городского» гибрида составляют 2550 мм и 140 мм соответственно. В зависимости от версии снаряженный «Приус С» весит от 1100 до 1140 кг.

Внутри Toyota Prius C демонстрирует современный и весьма стильный, но обыденный дизайн, даже несмотря на широкий козырек под лобовым стеклом, накрывающий цветные дисплеи приборной панели, ассиметричную консоль по центру торпедо с 6.1-дюймовым экраном мультимедийного комплекса и оригинальным «пультом» климатической системы и четырехспицевый многофункциональный руль. Интерьер компактного гибрида качественно собран, но материалы отделки в нем применены преимущественно «бюджетные».

В передней части салона японского хэтчбека размещены вполне себе обычные кресла с ненавязчивыми валиками боковой поддержки и достаточными диапазонами регулировок. Трехместный задний диван на деле подойдет лишь для двоих человек, хотя даже для них избыточным пространством он не блещет.

Багажный отсек у Toyota Prius C типичен для представителей B-класса – его объем составляет 484 литра. Второй ряд сидений трансформируется в пропорции 60:40, но ровной поверхности не образует. В подполье «трюма» – запасное колесо, правда, компактное.

Технические характеристики. В движение Toyota Prius C приводится гибридным силовым агрегатом. Под капотом автомобиля базируется бензиновая алюминиевая «четверка» на 1.5 литра, работающая по циклу Аткинсона и оснащенная 16-клапанным ГРМ, изменяемыми фазами газораспределения и распределенным впрыском топлива, отдача которой составляет 73 «лошадки» при 4800 об/минуту и 111 Нм пиковой тяги при 4000 об/минуту. Вкупе с ней установлены электромотор переменного тока, выдающий 61 «кобылу» и 169 Нм момента, никель-металлгибридные батареи емкостью 0.94 кВт/час и электрическая бесступенчатая трансмиссия, передающая мощность на переднюю ось. Совокупный потенциал бензоэлектрической установки – 100 лошадиных сил.

С места до 100 км/ч «городской Приус» ускоряется за 10.7 секунды, а максимально набирает 175 км/ч. В смешанном режиме движения гибрид в среднем потребляет 4.7 литров горючего на каждую «сотню» пути, а на чистой электротяге способен преодолеть всего несколько километров.

В основе Prius C лежит переднеприводная платформа «Toyota B» с независимыми стойками МакФерсон на передней и полунезависимой конструкцией на сопряженных продольных рычагах на задней оси (в обоих случаях с винтовыми пружинами и поперечными стабилизаторами).
Рулевой механизм типа «шестерня-рейка» на «японце» дополнен электрическим усилителем управления. Спереди автомобиль оснащен вентилируемыми тормозными дисками диаметром 254 мм, а сзади – барабанными устройствами (со «штатной» ABS и системой динамической стабилизации).

Комплектации и цены. На рынке США Toyota Prius C 2017 года продается по цене от 20 150 до 24 965 долларов (1 195 ~ 1 485 тысяч рублей по актуальному курсу).
Базовая комплектация гибрида – это девять подушек безопасности, информационно-развлекательный комплекс с 6-дюймовым экраном, легкосплавные колеса на 15 дюймов, полностью светодиодная оптика (в том числе и противотуманки), двухзонный «климат», система бесключевого доступа, ABS, EBD, ESP, BAS, TSC, аудиосистема, «рисованная» комбинация приборов и другие «примочки». Помимо этого, в «штате» имеется комплекс «TSS-C», в который входят система автоматического торможения (работает в диапазоне от 11 до 137 км/ч), автоматическое переключение с дальнего света на ближний режим и технология слежения за разметкой.

Подержанный Toyota Prius можно рассматривать с двух сторон. С одной стороны – это символ экологии, который превратился в экономичный бесхарактерный автомобиль для поездок из пункта А в пункт Б. С другой – интересный и довольно оригинальный способ сократить расходы на топливо.

Но что в действительности необходимо подавляющему большинству людей? Чтобы автомобиль был надежным, сравнительно быстрым, удобным, безопасным и потреблял минимум топлива. Всем этим требованиям и соответствует Тойота Приус третьего поколения.

Производитель утверждает, что Prius способен обойтись 4 литрами бензина на 100 км. В действительности же, двигаясь так, чтобы не раздражать окружающих, понадобится около 6 литров. Если избегать поездок по шоссе, то в городе средний расход составит около 5 литров. За городом, где гибридный привод уже бесполезен, а двигателю приходится толкать автомобиль с тяжелыми аккумуляторами, затраты окажутся на уровне 7-8 литров.

Практичность – еще одна сильная сторона Toyota Prius. Внутри довольно много места. Но с комфортом дела обстоят немного хуже. Кресла плохо удерживают тело от перемещений, а подушки сидений короткие. Кроме того, невозможно правильно установить руль. Приходится либо сидеть с полностью вытянутыми руками, либо с согнутыми ногами.

Придется привыкать и к крайне медленному прогреву салона в зимний период. В этом виноват, в первую очередь, двигатель с высокой тепловой эффективностью. Выделяемой им тепловой энергии просто не хватает для таких излишеств, как комфорт экипажа. Для спасения белых медведей приходится чем-то жертвовать.

Даже эргономика не является образцовой. Проекционный Head-Up дисплей не так утомляет глаза, как перегруженный мелкими значками цифровой приборный щиток над центральной панелью. Чтобы к нему привыкнуть, необходимо время.

Шумоизоляция и подвеска не плохи в городе и на низких скоростях, но при более высоком темпе движения начинают выть шины, и дает о себе знать ходовая. Задний мост с упругой балкой, дерзко реагирует на трещины в асфальте и волнистые поверхности.

Тойота Приус не требует каких-либо специальных навыков в управлении. Но если вы хотите использовать максимальный потенциал гибридной установки, то следует приловчиться ездить немного по-другому. Например, использовать инерцию для накопления электрической энергии (рекуперация). Таким образом, можно экономить топливо. Приноровившись угадывать, как далеко способен докатиться гибрид без газа, замедляясь по инерции, тормозами можно будет пользоваться лишь в исключительных случаях. Это особый вид развлечения, не менее увлекательный, чем езда боком.

В то время как более ранние поколения Prius не могли полностью положиться на электромотор, третье поколение модели вполне может обойтись без помощи двигателя внутреннего сгорания. Запаса электроэнергии хватает на 2-3 км хода, но на скорости выше 50 км/ч, как правило, включается комбинированный режим гибридной установки.

Электродвигатель работает в основном в качестве ассистента, помогая сравнительно тяжелому автомобилю с достоинством стартовать с места. На перекрестках мало желающих останавливаться за гибридом. Но каково же удивление окружающих, когда Приус бодро стартует на зеленый сигнал светофора. В отличие от некоторых автоматов, которым после отпускания педали тормоза требуется целая вечность, прежде чем автомобиль стронется с места, японский гибрид начинает движение мгновенно. Конечно, это не самый экономичный способ езды, но при необходимости вы всегда можете ускориться. Тойота охотно разгоняется где-то до 150 км/ч, но после 130 км/ч ускорение уже мало впечатляет. На ровной дороге можно достичь максимальной скорости 180 км/ч.

Гибридная силовая установка имеет три режима работы. В первом, Eco – ответ на педаль газа довольно вялый. А в режиме Power реакции слишком резкие и похожи на работу выключателем ON/OFF. Для обычных поездок лучше подходит «стандартный режим». Power, возможно, пригодится для обгонов.

На рулевое управление режимы движения никакого влияния не оказывают. Реакции немного расплывчатые, как будто сигналы передаются по проводам. Обратной связи на руле просто нет. Toyota Prius имеет характер, отличный от того, что присущ классическим автомобилям. Водитель никогда не сможет стать единым целым с японским гибридом.

На скоростях до 80 км/ч после снятия ноги с педали газа, двигатель отключается и начинается процесс рекуперации энергии. Торможение происходит за счет электродвигателя, что позволяет экономить тормоза. Предусмотрен также режим торможения коробкой передач, который необходим при движении по крутому спуску на загруженном автомобиле.

Типичные проблемы и неисправности

Тойота Приус не имеет фатальных дефектов. А силовой привод очень надежен. Двигатель внутреннего сгорания объемом 1,8 литра работает по модифицированному циклу Аткинсона (впускной клапан остается открытым на некоторое время, даже когда поршень начинает возвращаться, тем самым фактически имитируя ход поршня переменной длины).

Вместо, зачастую проблематичного, вариатора с ограниченным сроком службы здесь установлена практически вечная планетарная передача. Она работает с электродвигателем, который тоже не имеет характерных заболеваний. Но это не означает, что Тойота Приус не требует обслуживания. Бензиновый мотор, как и любой другой двигатель, регулярно нуждается в обновлении масла и фильтров. А после 300-400 тыс. км может прогореть прокладка под головкой блока, либо потечь насос системы охлаждения. Вскоре подвести может клапан системы EGR. Он легко доступен сверху и нередко оживает после очистки.

Если и возникают какие-то мелкие механические неисправности, то, как правило, из-за пренебрежения регулярным обслуживанием. Проблемы появляются и после длительных стоянок, в процессе которых полностью разряжается аккумулятор. Этот автомобиль не должен «простаивать».

Toyota Prius прошел через пару больших отзывов. Один касался автомобилей, произведенных до января 2010 года – встречались проблемы с ABS на разбитых дорогах. В феврале 2014 года был объявлен второй. На этот раз ремонта требовала гибридная установка. Существовала опасность перегрева транзисторов инвертора, в результате автомобиль переходил в безопасный режим или полностью обесточивался. Дефект затронул все экземпляры Приуса и вполне возможно, что Ваш автомобиль данная проблема еще ждет впереди. Стоимость нового инвертора от 320 000 рублей, б/у – от 20 000 рублей.

В зимнее время порой начинают капризничать центральный дисплей, не охотно реагируя на прикосновения. Не слишком качественный интерьер временами скрипит, а пластик легко царапается.

Тем не менее, надежность автомобиля оценивается, как выше среднего. Тойота Приус регулярно занимает первые места в рейтингах удовлетворенности и надежности.

Определенные опасения у многих вызывает срок службы аккумуляторов. Это правда, что зимой их емкость, и, прежде всего, готовность сдвинуть автомобиль с места на чистой электротяге снижается. Но в умеренном климате даже после 100 000 км или 5 лет эксплуатации (срок гарантии), значительного уменьшения мощности батареи не ощущается. Владельцы даже после 300 000 км не жалуются на падение емкости аккумуляторов.

Необходимость замены никель-металлогидридной батареи (Ni-MH) может возникнуть только после механических повреждений, например, в результате аварии. Стоимость новой высоковольтной батареи – от 280 000 рублей, б/у – от 45 000 рублей.

Техническое обслуживание

Масло в коробке передач и дифференциале рассчитано на весь срок службы и требует лишь контроля уровня и состояния каждые 60 000 км. И все же при эксплуатации в сложных условиях Тойота рекомендует сократить интервал контроля до 45 000 км, а полную замену рабочих жидкостей провести не позднее 90 000 км. К сложным условиям следует отнести и частые поездки по шоссе со скоростью около 130 км/ч.

Еще нужно менять охлаждающую жидкость. Первый раз после 150 000 км, а далее через каждые 90 000 км. Требует обновления и охлаждающая жидкость инвертора: сначала через 240 000 км, а затем через каждые 90 000 км.

Заключение

Тойота Приус третьего поколения – чрезвычайно надежный автомобиль, который при соблюдении условий эксплуатации и регламента технического обслуживания окажется не только экономичным, но и долговечным.

Технические характеристики Toyota Prius III (XW30 / 2009-2016)

Тип двигателя – бензиновый;

Рабочий объем – 1798 см3;

Тип системы ГРМ – DOHC;

Количество цилиндров / клапанов на цилиндр - 4/4;

Диаметр / ход поршня - 80,5 мм / 88,3 мм;

Степень сжатия - 13: 1;

Максимальная мощность - 100 кВт (136 л.с.);

Наибольший крутящий момент - 207 Нм;

Ускорение от 0 до 100 км / ч - 10,4 сек;

Максимальная скорость - 180 км/ч;

Коробка передач: вид – бесступенчатая;

Емкость топливного бака - 45 л;

Масса: снаряженная / полная - 1495 кг / 1805 кг;

Расход топлива:

Средний/шоссе/город - 3,9 / 3,7 / 3,9 л / 100 км;

Колесная база - 2700 мм;

Колея: передняя / задняя - 1 525 / 1 520 мм;

Размер шин - 195/55 R15;

длина × ширина × высота - 4460 × 1745 × 1500 мм.

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). Это уже третье поколение модели, существенно переработанное и улучшенное. Кроме этого на моделях 2010 года используется светодиодный ближний свет.

Попробуем разобраться в особенностях гибридного привода и проверим машину в городе и на трассе.

2. Фактически, на рынке гибридных автомобилей существует два крупных игрока: Toyota Prius и Honda Insight. Конечно, есть и другие модели гибридов, но я не буду их перечислять, ввиду того, что они намного менее популярны и известны. Обе модели выпускаются с конца 90-х годов, преимущественно для рынка США и Европы. Отличие между ними заключается в типах гибридной установки - Приус, как я уже упоминал выше, является полноценным гибридом (подробности далее), в то время как гибридная установка Хонды Инсайт работает по параллельной схеме (электромотор помогает бензиновому двигателю, но машина не может передвигаться только на электротяге). В России стали официально продавать только Приус последнего, третьего поколения.

3. Начнем с гибридной силовой установки. 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.

4. Бензиновый двигатель работает по цикла Аткинсона, хотя это не совсем верное утверждение. В реальности используется упрощенный аналог, работающий по циклу Миллера, ввиду того, что создание двигателя по циклу Аткинсона требует очень сложного кривошипно-шатунного механизма. Если же говорить в двух словах, то 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.

Для наглядности я сделал схему, которая позволит понять принцип работы гибридного привода. На самом деле, конструкция очень простая. Слева у нас находится бензиновый двигатель, который соединен с первым мотор-генератором. Справа у нас находится второй, тяговый мотор-генератор. Он соединен с инвертором, который в свою очередь соединяется с аккумуляторной батареей и первым мотор-генератором. По центру находится планетарная передача, которая суммирует потоки мощности слева и справа и передает момент на редуктор и главную передачу к колесам. Планетарная передача полностью заменяет коробку передач и работает по принципу бесступенчатого вариатора.

5. Как это работает? 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, который в свою очередь 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.

Мощность бензинового двигателя 98 лс, а тягового электромотора 79 лс. В то же время, 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. Зато, как показал эксперимент, степень заряженности аккумулятора абсолютно не влияет на динамические характеристики и время разгона до 100 км/ч.

6. Приус заметно выделяется в городском потоке своей обтекаемой формой. Прошлые поколения Приуса выглядели действительно нелепо, но последняя модель вполне симпатична. Коэффициент аэродинамического сопротивления Cx равен 0,26. Это один из лучших показателей для серийных автомобилей.

7. Светодиодная оптика (подробности ниже). На колесных дисках одеты аэродинамические колпаки. Выглядят, честно говоря так себе. На практике их наличие снижает расход топлива всего на 1-2 процента. Правильнее их делать полностью закрытыми, но тогда возникнет проблема охлаждения тормозных механизмов.

8. Главное нововедение на модели 2010 года - светодиодный ближний свет. Блок-фара состоит из нескольких модулей. Вверху располагается габаритный огонь (на удивление с галогеновой лампой), справа - классический модуль дальнего света с рефлектором и галогеновой лампой. Ближний свет разделен на три модуля. Два линзованных модуля, которые 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. Зато между ними колоссальная разница в сила света. Свет на голову выше любого, самого лучшего ксенона.

9. По сравнению с прошлым поколением, сзади Приус остался практически без серьезных изменений. Аналогичные фонари и скошенное стекло задней двери из двух частей со спойлером. Визуальное отсутствие патрубка выхлопной системы намекает на лояльное отношение автомобиля к окружающей среде.

10. Наибольшую популярность Приусы получили в США, и это их главный рынок сбыта (не забывая при этом, что на родине, в Японии они тоже очень популярны). Существует множество клубов владельцев, которые пытаются выжать из Приуса минимальный расход топлива. Зачастую бессмысленное, с точки зрения практического применения, занятие привлекает очень большое количество людей.

11. Минимум, который удалось выжать энтузиастам из Приуса - 1,73 литра на 100 километров в городском режиме. Для этого давление в шинах было поднято до 5 атмосфер.

12. 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.

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

14. На руле сенсорные кнопки с дублированием информации на центральном дисплее. Вместо ручки КПП - нефиксируемый джойстик. «Паркинг» включается кнопкой (на заднем плане). В движении можно пользоваться двумя режимами: D - обычный драйв, B - режим торможения двигателем, в основном нужен для движения на спусках в горной местности и дополнительной экономии топлива при правильном использовании.

15. Слева в углу - кнопки управления проекционным экраном на лобовое стекло (он показан в видео ниже). Климатическая установка не имеет разделения на зоны, зато использует полностью электрический кондиционер. В качестве опции есть возможность запуска охлаждения салона дистанционно с брелка (не в этой комплектации). Подробнее о медиасистеме. Покрытие навигации так себе - России дальше Урала на Восток для нее не существует в принципе. Самое интересное в том, что это первая штатная медиасистема, которая поддерживает возможность приема музыки по bluetooth с мобильных устройств по протоколу A2DP (в то время, как обыкновенные магнитолы научились это делать еще лет 5 назад). К слову - аудиосистема звучит существенно лучше, чем от нее ожидаешь. 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.

16. Индикатор Ready ознает, что машина «заведена», при этом бензиновый двигатель на парковке заводится только в случае сильного разряда батареи. Тахометр отсутствует, его место занимает экономайзер, подсказывающий оптимальный режим движения с минимальным расходом топлива. Расход топлива более 10 литров для Приуса из области фантастики (условно).

17. Салон особенно интересен в деталях. Бардачок из двух отделений очень напоминает аналогичные ящики для багажа на самолетах. С плавным открытием и характерным щелчком при закрытии.

18. Некоторые экраны медиасистемы.

19. И варианты отображения на центральном дисплее. Два круглых изображения дублируют соответствующие кнопки на рулевом колесе и активизируются при касании. Справа несколько экранов: энергетический монитор, показывающий куда идет энергия между моторами, колесами и батареей; индикатор работы гибридной установки, так сказать продвинутый экономайзер; а также графики расхода топлива за прошедшие интервалы и последние 5 минут (работа в реальном времени можно посмотреть в видео ниже).

21. Динамику автомобиля проще всего сравнить с троллейбусом. Спокойное и постоянное ускорение с любой скорости. Разгон до 100 км/ч - 11,5 секунд (по паспорту 10,5 сек). По ощущениям как автомобиль С-класса с двухлитровым бензиновым двигателем и автоматической коробкой передач. Для безопасного движения динамики достаточно.

23. Центральный тоннель превосходен. Сверху на нем очень удобно ложится правая рука. Вот только зачем кнопки включения подогрева сидений разместили в этой нише, рядом с розеткой-прикуривателем? Так неудобно тянуться, чтобы его включить.

24. Многофункциональный подлокотник - съезжает назад, для превращения в подстаканник, или поднимается вверх, для доступа в ящик. Очень круто реализована функция закрытия воздуховодов, без усложения конструкции лишними элементами. Включение режима рецикруляции кнопкой на руле инженеры Тойоты явно подсмотрели у БМВ, но кнопки изменения температуры явно лишние и бесполезные.

25. Сзади просторно, но очень скучно. Из особенностей передних сидений - спинка водительского кресла не имеет плавной регулировки наклона, а заодно не может фиксироваться в строго вертикальном положении.

26. Светло-серая перфорированная кожа совершенно не производит впечатления дорогой, зато очень практична. Рядом с правым задним сиденьем расположена вентиляционная решетка аккумуляторной батареи - по инструкции ее нельзя ничем закрывать. Вдвоем сзади сидеть отлично, но втроем будет тесно.

27. Обзор назад закрывает разделитель стекла со спойлером. Нижнее стекло затонировано. Для меня осталось самой большой загадкой - зачем здесь задний дворник? Зона его очистки исключительно верхняя часть стекла, через которую все равно ничего не увидеть. Парктроник отсутствует, его заменяет камера заднего вида. Вдобавок есть функция автоматической парковки, ее работа показана в видео (далее по тексту).

28. Рассуждать о тонкостях управляемости с шинами такой размерности просто бессмысленно. Но на самом деле не все так плохо, как может показаться на первый взгляд. Электроусилитель руля совершенно четко увеличивает усилие на руле с ростом скорости, а подвеска не позволяет колесам терять сцепление с дорогой. Длинная база крайне положительно влияет на устойчивость и комфорт при движении по трассе.

29. Отдельного обзора заслуживает тормозная система. 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.

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

Я провел небольшое исследование с целью выявить реальный расход топлива. При движении на круиз-контроле по относительно ровной трассе без перепадов высот, получились вот такие значения:

Скорость 60 км/ч - 3 л/100 км
Скорость 70 км/ч - 3,5 л/100 км
Скорость 90 км/ч - 4,5 л/100 км
Скорость 120 км/ч - 6,5 л/100 км
Скорость 135 км/ч - 7,5 л/100 км

Разумеется, в таком режиме гибридная установка не работает так, как задумано и расход фактически определяется топливной экономичностью бензинового двигателя и коэффициентом лобового сопротивления (для скорости от 90 км/ч и выше). Любой современный турбодизель на трассе покажет сопоставимые цифры расхода (например, BMW 123d).

Испытания в московских пробках показали более интересные цифры. Если ездить спокойно со скоростью потока, стоять в пробках (не важно каких - на остановках бензиновый двигатель отключается, поэтому можно хоть несколько часов стоять на месте с нулевым расходом топлива) и совершенно не задумываться об экономии топлива получится расход 5,5-6 литров на 100 километров. Если ездить динамично, с частыми ускорениями, то получить средний расход более 7,5-8 литров на 100 километров будет крайне затруднительно. Самое главное - не забывать тормозить, чтобы подзаряжать аккумулятор.

Будет считать, что средний годовой пробег типового автовладельца составляет 30 тысяч километров. Обычная машина сопоставимой мощности (бензиновый двигатель объемом 2 литра с АКПП) в смешанном цикле с преобладанием движения по городу в условиях пробок будет расходовать 10 литров на 100 км пути. Приус в аналогичных условиях покажет расход порядка 6 литров на 100 км. Если принять, что стоимость одного литра 95-го бензина равна 25 рублям, то годовая экономия при использовании Приуса составит всего 30 тысяч рублей.

Следует заметить, что в погоне за минимальным расходом следует также учитывать ветер, тип дорожного покрытия, температуру воздуха, а также давление в шинах. Все испытания проводились при температуре +5 градусов на зимних шипованных шинах с давлением 2,5 атм.

Видеосюжет демонстрирует работу систему помощи на парковке. Крайне бесполезная опция, которая кроме того, как крутить рулем ничего больше не умеет, и всегда требует поддержки со стороны водителя. Я заснял только перпендикулярную парковку, поскольку на параллельную у меня не хватило сил выполнить все условия системы, чтобы она не отключалась раньше времени (нельзя нажимать газ, надо придерживать тормоз, машина не может заехать на небольшой подъем без газа, система не «видит» потенциальное место для парковки). Обратите внимание на противный писк при включенной задней передаче который невозможно отключить! Кроме этого показана работа проекции спидометра и экономайзера на лобовое стекло (также туда выводятся подсказки навигационной системы), эпизод разгона с места до 100 км/ч (сразу хочу заметить, что обгоняющий автомобиль в левой полосе не тормозил на светофоре и уже имел скорость в момент старта Приуса) и экран показывающий режимы работы гибридной силовой установки.

32. В Россию Приус поставляется в двух комплекциях: Элеганс за 1,1 млн рублей и Престиж за 1,35 млн. рублей. Основное различие между комплектациями: светодиодный ближний свет, навигация, кожаный салон, датчики дождя и света, климат-контроль и bluetooth.

Приус прекрасен своей уникальностью. Он привлекает внимание окружающих, он комфортен и надежен, как и полагается быть автомобилю Тойота. Он максимально технологичен и нафарширован всеми современными электронными системами под завязку (вплоть до опции в виде солнечных батарей на крыше, которые питают климатическую установку, чтобы воздух в салоне не застаивался на парковке, но в Россию такую комплектацию не возят). Единственная проблема покупки Приуса в России заключается в том, что наше государство не поощряет покупку экологически чистых и экономичных автомобилей, как это реализовано в цивилизованных странах. А еще наше общество не задумывается об экологических проблемах в принципе. И даже сознательные люди понимают, что их личный вклад в заботу об окружающей среде не будет заметен на фоне того автохлама, который ездит по нашим дорогам, не удовлятворяя никаким экологическим стандартам.

В любом случае это отличный автомобиль для городских пробок. Покупка Приуса это в первую очередь имиджевая вещь и повод для гордости, что вы владелец высокотехнологичного и экологически чистого автомобиля. Но не удивляйтесь, если общество не поймет ваш выбор.

Toyota Prius Работа автомобиля в различных режимах движения

Сравнительные данные автомобилей Prius различных годов выпуска

Двигатель внутреннего сгорания Toyota Prius

Тойота Приус имеет необычно маленький для автомобиля весом 1300 кг двигатель внутреннего сгорания (ДВС), объемом 1497 см". Это стало возможным из-за наличия электрических моторов и батареи, которые помогают ДВС, когда необходима большая мощность. На обычном автомобиле двигатель рассчитан на высокое ускорение и движение на крутой подъем, поэтому он почти всегда работает с низкой эффективностью (к.п.д). На 30-м кузове применяется другой двигатель, 2ZR-FXE, объемом 1,8 литра. Так как автомобиль не может быть подключен к городской сети электроснабжения (что планируется осуществить японскими инженерами в недалеком будущем), нет никакого другого долгосрочного источника энергии и этот двигатель должен поставлять энергию для зарядки батареи, а также для перемещения автомобиля и питания дополнительных потребителей таких, как кондиционер воздуха, электрический нагреватель, аудио, и т.д. Обозначение Toyota для двигателя Prius - 1NZ-FXE. Прототипом данного двигателя является двигатель 1NZ-FE, который устанавливался на автомобили Yaris, Bb, Fun Cargo", Platz. Конструкция многих деталей двигателей 1NZ-FE и 1NZ-FXE одинакова. Например, блоки цилиндров у Bb, Fun Cargo, Platz и Prius 11 одинаковые. Однако двигатель 1NZ-FXE использует другую схему смесеобразования, и соответственно с этим связаны конструктивные отличия.В двигателе 1NZ-FXE реализован цикл Atkinson, тогда как в двигателе 1NZ-FE используется обычный цикл Отто.

В двигателе цикла Отто, в процессе впуска, топливо-воздушная смесь поступает в цилиндр. Однако давление во впускном коллекторе ниже, чем в цилиндре (поскольку расход регулируется дроссельной заслонкой), и поэтому поршень совершает дополнительную работу по всасыванию топливовоздушной смеси, работая как компрессор. Около нижней мертвой точки закрывается впускной клапан. Смесь в цилиндре сжимается и поджигается в момент подачи искры. В отличие от этого, цикл Atkinson не закрывает впускной клапан в нижней мертвой точке, а оставляет его открытым, в то время как поршень начинает подниматься. Часть топливовоздушной смеси вытесняется во впускной коллектор, и используется в другом цилиндре. Таким образом, уменьшаются насосные потери, по сравнению с циклом Отто. Поскольку объем смеси, который сжимается и сгорает, уменьшен, то давление в процессе сжатия при такой схеме смесеобразования также уменьшается, что позволяет повысить степень сжатия до 13, без риска появления детонации. Увеличение степени сжатия способствует увеличению термического КПД. Все эти мероприятия способствуют улучшению топливной экономичности и экологичности двигателя. Расплатой является уменьшение мощности двигателя. Так двигатель 1NZ-FE имеет мощность 109 л.е., а двигатель 1NZ-FXE - 77 л.с.

Мотор/Генераторы Toyota Prius

Тойота Приус имеет два электрических мотора/генератора. Они очень похожи по конструкции, но отличаются по размерам. Оба - трехфазные синхронные двигатели с постоянными магнитами. Название более сложно, чем сама конструкция. Ротор (часть, которая вращается) -представляет собой большой, мощный магнит и не имеет никаких электрических соединений. Статор (неподвижная часть, прикрепленная к корпусу автомобиля), содержит три набора обмоток. Когда ток проходит в некотором направлении через один комплект обмоток, ротор (магнит) взаимодействует с магнитным полем обмотки и устанавливается в некотором положении. Пропуская ток последовательно через каждый набор обмоток сначала в одном направлении, а затем в другом, можно перемещать ротор из одного положения к следующему и так заставить его вращаться. Конечно, это упрощенное объяснение, но показывает суть данного типа двигателя. Если же ротор вращает внешняя сила, электрический ток течет в каждом наборе обмоток по очереди и может использоваться для заряда батареи или для питания другого двигателя. Таким образом, одно устройство может быть двигателем или генератором в зависимости от того, пропускается ли ток в обмотках, чтобы притягивать магниты ротора, или ток выходит, когда некая внешняя сила вращает ротор. Это еще более упрощено, но послужит глубине объяснений.

Мотор/генератор 1 (MG1) связан с солнечной шестерней устройства распределения мощности (PSD). Он - меньший из двух и имеет максимальную мощность около 18 кВт. Обычно он осуществляет запуск ДВС и регулирует обороты ДВС изменением производимого количества электроэнергии. Мотор/генератор 2 (MG2) связан с коронной шестерней планетарного механизма (устройства распределения мощности) и далее через редуктор на колеса. Поэтому он непосредственно приводит в движение автомобиль. Он - больший из двух моторов-генераторов и имеет максимальную мощность 33 кВт (50 кВт для Prius NHW-20). MG2 иногда называют "тяговый мотор", и его обычная роль - приводить автомобиль в движение как двигатель или возвращать энергию торможения как генератор. Оба мотора/генератора охлаждаются антифризом.

Инвертор Toyota Prius

Поскольку моторы/генераторы работают от переменного трехфазного тока, а батарея, как и все батареи, производит постоянный ток, необходимо некое устройство, чтобы преобразовать один вид тока в другой. Каждый MG имеет "инвертор", который выполняет эту функцию. Инвертор узнает положение ротора от датчика на валу MG и управляет током в обмотках мотора так, чтобы поддерживать вращение мотора на требуемой скорости и с необходимым вращающим моментом. Инвертор изменяет ток в обмотке, когда магнитный полюс ротора проходит мимо этой обмотки и переходит к следующей. Кроме того, инвертор подключает напряжение батареи на обмотки и затем выключает снова очень быстро (с высокой частотой), чтобы изменить среднее значение тока и, следовательно, крутящий момент. Используя "самоиндуктивность" моторных обмоток (свойство электрических катушек, которые сопротивляются изменению тока), инвертор может фактически пропустить больший ток через обмотку, чем поступает от батареи. Он работает только когда напряжение на обмотках меньше напряжения батареи, следовательно, энергия сохраняется. Однако, поскольку значение тока через обмотку определяет крутящий момент, этот ток позволяет достигнуть очень большого крутящего момента на малых оборотах. Приблизительно до 11 км/ч, MG2 способен создать крутящий момент 350 Нм (400 Им для Prius NHW-20) на редукторе. Именно поэтому автомобиль может начать движение с приемлемым ускорением без использования коробки передач, которая обычно увеличивает крутящий момент ДВС. При коротком замыкании или перегреве инвертор отключает высоковольтную часть машины. В одном блоке с инвертором расположен и конвертер, который предназначен для обратного преобразования переменного напряжения в постоянное -13,8 вольт. Чтобы немного отойти от теории, немного практики: инвертор, как и мотор-генераторы, охлаждаются от независимой системы охлаждения. Эта система охлаждения приводится в действие электрической помпой. Если на 10 кузове эта помпа включается при достижении температуры в гибридном контуре охлаждения около 48°С, то на 11 и 20 кузовах применен другой алгоритм работы этой помпы: будь "за бортом" хоть -40 градусов, помпа все равно начнет свою работу уже при включении зажигания. Соответственно ресурс этих помп очень и очень ограничен. Что происходит при заклинивании или сгорании помпы: антифриз по законам физики под нагревом от MG (особенно MG2) поднимается вверх - в инвертор. А в инверторе он должен охлаждать силовые транзисторы, которые под нагрузкой значительно нагреваются. Итог - их выход из строя, т.е. самая распространенная ошибка на 11 кузове: Р3125 - неисправность инвертора из-за сгоревшей помпы. Если в этом случае силовые транзисторы выдерживают такое испытание, то сгорает обмотка МГ2. Это другая распространенная ошибка на 11 кузове: Р3109. На 20 кузове японские инженеры усовершенствовали помпу: теперь ротор (крыльчатка) вращается не в горизонтальной плоскости, где вся нагрузка идет на один опорный подшипник, а в вертикальной, где нагрузка распределяется равномерно на 2 подшипника. К сожалению, надежности от этого добавилось мало. Только за апрель-май 2009 года у нас в мастерской заменено 6 помп на 20-х кузовах. Практический совет для владельцев 11 и 20 Prius: возьмите за правило хоть раз в 2-3 дня приоткрывать капот на 15-20 с при включенном зажигании или заведенной машине. Вы сразу увидите движение антифриза в расширительном бачке гибридной системы. После этого можете ехать спокойно. Если же движения антифриза там нет - ехать на автомобиле нельзя!

Высоковольтная батарея Тойота приус

Высоковольтная батарея (сокращенно ВВБ тойота приус ) Prius в 10 кузове состоит из 240 элементов номинальным напряжением 1,2 В, очень похожих на батарейку для фонарика размера D, объединенных по 6 штук, в так называемые "бамбуки" (внешне есть небольшое сходство). "Бамбуки" установлены по 20 штук в 2 корпуса. Общее номинальное напряжение ВВБ составляет 288 В. Рабочее напряжение колеблется в режиме холостого хода от 320 до 340 В. При падении же напряжения до 288 В в ВВБ запуск ДВС становится невозможен. При этом на экране дисплея будет гореть символ батареи со значком "288" внутри. Чтобы запустить ДВС, японцы в 10-м кузове применили штатное зарядное устройство, доступ к которому осуществляется из багажника. Часто задают вопросы, как им пользоваться? Отвечаю: во-первых, повторюсь, что использовано оно может быть только когда на дисплее горит значок "288". В противном случае при нажатии на кнопку "START" Вы просто услышите противный писк, и загорится красная лампочка "ошибка". Во-вторых: к клеммам маленького аккумулятора нужно подцепить "донора", т.е. либо зарядное устройство, либо хорошо заряженный мощный аккумулятор (но ни в коем случае не пусковое устройство!). После этого при ВЫКЛЮЧЕННОМ зажигании нажимаем кнопку "START" не менее чем на 3 секунды. Когда загорится зеленая лампочка - пойдет зарядка ВВБ. Закончится она автоматически через 1-5 минут. Этой зарядки вполне хватит для 2-3 пусков ДВС, после запуска которого ВВБ будет заряжаться от конвертера. Если 2-3 запуска не привели к запуску ДВС (а при этом "READY" ("Готов") на табло должно не мигать, а устойчиво гореть), то надо прекратить бесполезные запуски и искать причину неисправности. В 11 кузове ВВБ состоит из 228 элементов 1,2 В каждый, объединенных в 38 сборок по 6 элементов, с полным номинальным напряжением 273,6 В.

Вся батарея установлена за задним сиденьем. При этом элементы уже не оранжевые "бамбуки", а представляют собой плоские модули в пластмассовых корпусах серого цвета. Максимальный ток батареи - 80 А при разряде и 50 А при заряде. Номинальная емкость батареи - 6,5 Ач, однако, электроника автомобиля позволяет использовать только 40% этой емкости, чтобы продлить срок службыаккумулятора. Состояние заряда может изменяться только между 35% и 90% полного номинального заряда. Перемножив напряжение батареи и ее емкость, получим номинальный запас энергии - 6,4 МДж (мегаджоулей), а используемый запас - 2,56 МДж. Этой энергии достаточно, чтобы ускорить автомобиль, водителя и пассажира до 108 км/ч (без помощи ДВС) четыре раза. Чтобы произвести такое количество энергии, ДВС потребовалось бы приблизительно 230 миллилитров бензина. (Эти цифры приводятся только для того, чтобы Вы представляли количество накопленной энергии в батарее.) Автомобилем нельзя управлять без топлива, даже если стартовать с 90% полного номинального заряда с длинного спуска. Большую часть времени у Вас есть приблизительно 1 МДж пригодной к употреблению энергии батареи. Очень много ВВБ попадает в ремонт именно после того, как у владельца заканчивается бензин (при этом на табло загорится пиктограмма "Check Engine" ("Проверь двигатель") и треугольник с восклицательным знаком), но владелец пытается "дотянуть" до заправки. После падения напряжения на элементах ниже 3 В - они "умирают". На 20 кузове японские инженеры для увеличения мощности пошли другим путем: они снизили количество элементов до 168, т.е. оставили 28 модулей. Но для использования в инверторе напряжение батареи повышается до 500 В с помощью специального устройства -booster. Увеличение номинального напряжения MG2 в кузове NHW-20 позволило повысить его мощность до 50 КВт без изменения габаритов.

Prius также имеет вспомогательную аккумуляторную батарею. Это 12-вольтовая, емкостью 28 ампер-часов кислотно-свинцовая батарея, которая находится в левой части багажника (в 20 кузове - в правой). Ее цель состоит в том, чтобы запитать электронику и дополнительные устройства, когда гибридная система выключена, и главное реле батареи высокого напряжения выключено. Когда гибридная система работает, 12-вольтовым источником служит преобразователь постоянного тока, поступающего от системы высокого напряжения в постоянный ток 12 В. Он также подзаряжает вспомогательную батарею в случае необходимости. Основные блоки управления обмениваются данными по внутренней CAN-шине. Оставшиеся системы общаются по внутренней сети Body Electronics Area Network. В ВВБ имеется и свой блок управления, который следит за температурой элементов, напряжением на них, внутренним сопротивлением, а также управляет встроенным в ВВБ вентилятором. На 10 кузове стоят 8 температурных датчиков, представляющих собой терморезисторы, на самих "бамбуках", и 1 - общий датчик контроля температуры воздуха ВВБ. На 11-м кузове -4 +1, а на 20-м-3+1.

Устройство распределения мощности Тойота Приус

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?

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.

Работа автомобиля в различных условиях движения

Запуск двигателя Toyota Prius

Чтобы запустить двигатель, MG1 (связанный с солнечной шестерней) вращается вперед, используя электроэнергию высоковольтной батареи. Если автомобиль стоит, то коронная шестерня планетарного механизма будет также оставаться неподвижной. Вращение солнечной шестерни поэтому вынуждает водило сателлитов вращаться. Оно связано с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и проворачивает его в 1/3,6 скорости вращения MG1. В отличие от обычного автомобиля, который подает топливо и зажигание в ДВС, как только стартер начинает его вращать, Prius ждет, пока MG1 не разгонит ДВС приблизительно до 1000 оборотов в минуту. Это случается меньше чем через секунду. MG1 значительно более мощный, чем обычный двигатель стартера. Чтобы вращать ДВС с этой скоростью, он сам должен вращаться со скоростью 3600 оборотов в минуту. Старт ДВС на 1000 оборотов в минуту не создает почти никакого напряжения для него, потому что это - скорость, на которой ДВС был бы счастлив работать от своей собственной энергии. Кроме того, Prius запускается, зажигая только пару цилиндров. Результат - очень гладкий запуск, свободный от шума и дергания, который устраняет изнашивание, связанное с запусками двигателя обычных автомобилей. При этом сразу обращу внимание на распространенную ошибку ремонтников и владельцев: часто мне звонят и спрашивают, что мешает ДВС продолжать работать, почему он заводится секунд на 40 и глохнет. На самом деле, пока мигает рамочка READY - ДВС НЕ РАБОТАЕТ! Это его крутит MG1! Хотя зрительно - полное ощущение запуска ДВС, т.е. ДВС шумит, из выхлопной трубы идет дым..

Как только ДВС начал работать от своей собственной энергии, компьютер управляет открытием дросселя, чтобы получить подходящие холостые обороты в течение разогрева. Электричество больше не питает MG1 и, фактически, если батарея разряжена, MG1 может производить электричество и заряжать батарею. Компьютер просто формирует MG1 как генератор вместо мотора, открывает дроссель ДВС немного больше, (примерно до 1200 оборотов) и получает электричество.

Холодный запуск Toyota Prius

Когда Вы запускаете Prius с холодным двигателем, его главный приоритет состоит в том, чтобы нагреть двигатель и каталитический нейтрализатор, чтобы заработала система управления токсичностью выхлопа. Двигатель будет работать в течение нескольких минут, пока это не случится (как долго - зависит от фактической температуры двигателя и катализатора). В это время принимаются специальные меры,- чтобы управлять выхлопом во время прогрева, включая сохранение выхлопных углеводородов в поглотителе, который будет очищен позже и работой двигателя в специальном режиме.

Теплый запуск Toyota Priu s

Когда Вы запускаете Prius с теплым двигателем, он будет работать в течение короткого времени и затем останавливаться. Холостые обороты будут в пределах 1000 об/мин.

К сожалению, невозможно препятствовать запуску ДВС, когда Вы включаете автомобиль, даже если все, что Вы хотите сделать - переехать на соседний подъемник. Это относится только к 10 и 11 кузовам. На 20 кузове применен другой алгоритм запуска: нажимаете на тормоз и на кнопку "START". Если в ВВБ достаточно энергии, и Вы не включите отопитель на обогрев салона или стекла -ДВС не запустится. Просто загорится надпись "READY"(Totob"), т.е. автомобиль ПОЛНОСТЬЮ готов к движению. Достаточно переключить джойстик (а выбор режимов на 20 кузове производится именно джойстиком) в положение D или R и отпустить тормоз, Вы поедете!

Prius находится всегда на прямой передаче. Это означает, что двигатель не может в одиночку выдать весь крутящий момент, чтобы автомобиль энергично тронулся с места. Крутящий момент для начального ускорения добавляется мотором MG2, вращающим непосредственно коронную шестерню планетарного механизма, связанную с входом редуктора, выход которого связан с колесами. Электрические двигатели развивают лучший крутящий момент на низкой скорости вращения, поэтому идеально подходят для начала движения автомобиля.

Представим, что ДВС работает и автомобиль неподвижен, значит, мотор MG1 вращается вперед. Управляющая электроника начинает отбирать энергию с генератора MG1 и передает ее на мотор MG2. Теперь, когда Вы отбираете энергию от генератора, эта энергия должна откуда-нибудь взяться. Появляется некоторая сила, которая замедляет вращение вала и нечто, вращающее вал, должно сопротивляться этой силе, чтобы сохранить скорость. Сопротивляясь этой "генераторной нагрузке", компьютер увеличивает обороты ДВС, чтобы добавить дополнительной энергии. Итак, ДВС крутит водило сателлитов планетарного механизма более сильно, а генератор MG1 пытается замедлить вращение солнечной шестерни. Результат - сила на коронной шестерне, которая заставляет ее вращаться и начинать двигаться автомобиль.

Вспомните, что в планетарном механизме крутящий момент ДВС делится в соотношении 72% к 28% между короной и солнцем. Пока мы не нажали педаль акселератора, ДВС только бездельничал и не производил никакого выходного крутящего момента. Теперь, однако, обороты добавились и 28% крутящего момента вращают MG1 как генератор. Другие 72% крутящего момента передаются механически на коронную шестерню и, следовательно, на колеса. Одновременно с тем, что большая часть крутящего момента поступает от мотора MG2, ДВС действительно передает крутящий момент к колесам таким образом.

Теперь мы должны выяснить, как 28% крутящего момента ДВС, который передается к генератору MG1, могут по возможности усилить старт автомобиля - с помощью мотора MG2. Чтобы сделать это, мы должны ясно различать крутящий момент и энергию. Крутящий момент - это вращающая сила, и так же, как в случае с прямолинейной силой, не требуется расходовать энергию на поддержание силы. Предположим, что Вы тянете ведро воды с помощью лебедки. Она берет энергию. Если лебедка вращается электромотором, вы должны были бы снабдить его электроэнергией. Но, когда Вы подняли ведро наверх, Вы можете зацепить его каким-нибудь крюком или стержнем или чем-нибудь еще, чтобы удержать его наверху. Сила (вес ведра), которая приложена к веревке, и крутящий момент, передаваемый веревкой барабану лебедки, не исчезла. Но потому, что сила не перемещается, нет никакой передачи энергии, и ситуация устойчива без энергии. Аналогично, когда автомобиль неподвижен, даже при том, что 72% крутящего момента ДВС передают на колеса, нет никаких потоков энергии в этом направлении, так как коронная шестерня не вращается. Солнечная шестерня, однако, вращается быстро, и хотя она получает только 28% вращающего момента, это позволяет произвести много электроэнергии. Подобная цепь рассуждений показывает, что задача MG2 состоит в применении крутящего момента к входу механического редуктора, не требующего большой мощности. Много тока должно пройти через обмотки мотора, преодолевая электрическое сопротивление, и эта энергия теряется в виде тепла. Но, когда автомобиль перемещается медленно, эта энергия идет от MG1. Поскольку автомобиль начинает перемещаться и набирает скорость, генератор MG1 вращается медленнее и производит меньше энергии. Однако компьютер может немного прибавить обороты ДВС. Теперь больше крутящего момента прибывает от ДВС и, поскольку больше крутящего момента должно также пройти через солнечную шестерню, MG1 может поддержать генерирование энергии на высоком уровне. Уменьшенная скорость вращения компенсируется увеличением момента.

Мы избегали упоминания о батарее до этого места, чтобы стало ясно, как она не обязательна для приведения автомобиля в движение. Однако, большинство троганий с места - результат действий компьютера, передающего энергию от батареи непосредственно к мотору MG2.

Существуют предельные обороты ДВС, когда автомобиль движется медленно. Они обусловлены необходимостью предотвратить повреждение MG1, которому придется вращаться очень быстро. Это ограничивает количество энергии, производимой ДВС. Кроме того, это было бы неприятным для водителя услышать, что ДВС слишком увеличивает обороты для плавного трогания. Чем сильнее Вы нажимаете акселератор, тем больше ДВС увеличит обороты, но также и больше энергии поступит от батареи. Если утопить педаль в пол, приблизительно 40% энергии поступают от батареи и 60% от ДВС при скорости около 40 км/ч. Поскольку автомобиль ускоряется и одновременно обороты ДВС растут, он дает большую часть энергии, достигая приблизительно 75% при 96 км/ч, если Вы все еще давите педаль в пол. Как мы помним, энергия ДВС включает и то, что снято генератором MG1 и передано в виде электричества к мотору MG2. При 96 км/ч MG2 фактически дает больше крутящего момента, и, следовательно, больше мощности к колесам, чем поставляется через планетарный механизм от ДВС. Но большая часть электроэнергии, которую он использует, идет от MG1 и, следовательно, косвенно от ДВС, а не от батареи.

Ускорение и езда в гору Toyota Prius

Когда требуется большая мощность, ДВС и MG2 совместно создают крутящий момент, чтобы вести автомобиль почти таким же способом, как описано выше для начала движения. Когда скорость автомобиля растет, уменьшается крутящий момент, который MG2 в состоянии выдать, так как он начинает работать на пределе своей мощности в 33 кВт. Чем быстрее он вращается, тем меньше крутящий момент он может выдать на этой мощности. К счастью, это совместимо с ожиданиями водителя. Когда обычный автомобиль ускоряется, ступенчатая коробка переключается на более высокую передачу и вращающий момент на оси уменьшается так, чтобы двигатель мог понизить свои обороты до безопасного значения. Хотя это делается с использованием абсолютно разных механизмов, Prius дает такое же общее ощущение, как и ускорение на обычном автомобиле. Главное различие - полное отсутствие "дерганий" при переключении передач, потому что просто нет никакой коробки передач.

Итак, ДВС вращает водило сателлитов планетарного механизма.

72% его крутящего момента поступает механически через коронную шестерню к колесам.

28% его крутящего момента поступают в генератор MG1 через солнечную шестерню, где он превращается в электричество. Эта электрическая энергия питает мотор MG2, который добавляет некоторый дополнительный крутящий момент на коронной шестерне. Чем больше Вы нажимаете акселератор, тем больше крутящего момента производит ДВС. Он увеличивает как механический крутящий момент через корону, так и количество электроэнергии, произведенной генератором MG1 для мотора MG2, используемой, чтобы добавить еще больше крутящего момента. В зависимости от различных факторов - таких, как состояние заряда батареи, уклона дороги и особенно от того, как сильно Вы нажимаете педаль, компьютер может направлять дополнительную энергию от батареи к MG2, чтобы повысить его вклад. Вот так достигается ускорение, достаточное для движения по шоссе такого большого автомобиля с ДВС мощностью всего 78 л. с

С другой стороны, если необходимая мощность не так высока, iu час1ь элекфичества, производимою MG1, может использоваться для зарядки батареи даже при наборе скорости! Важно помнить, что ДВС и крутит колеса механически и крутит генератор MG1, заставляя его производить электричество. Что происходит с этим электричеством и добавляется ли еще электричество от батареи, зависит от комплекса причин, которые мы не можем все учесть. Этим занимается контроллер гибридной системы автомобиля.

Как только Вы достигли устойчивой скорости на плоской дороге, мощность, которая должна поставляться двигателем, расходуется на преодоление аэродинамического сопротивления и трения качения. Это намного меньше, чем мощность, необходимая для езды в гору или разгона автомобиля. Чтобы работать эффективно на низкой мощности (и также не создавать много шума), ДВС работает с низкими оборотами. Следующая таблица показывает, какая мощность нужна для перемещения автомобиля на различных скоростях на горизонтальной дороге и приблизительные обороты.

Обратите внимание, что высокая скорость автомобиля и низкие обороты ДВС ставят устройство распределения мощности в интересное положение: генератор MG1 должен теперь вращаться назад, как видно из таблицы. Вращаясь назад, он заставляет сателлиты вращаться вперед. Вращение сателлитов складывается с вращением водила (от ДВС) и заставляет коронную шестерню вращаться намного быстрее. Еще раз отмечу, что различие состоит в том, что в более раннем случае мы были рады с помощью высоких оборотов ДВС получить большую мощность, даже передвигаясь с меньшей скоростью. В новом случае мы хотим, чтобы ДВС остался на низких оборотах, даже если мы разогнались до приличной скорости, чтобы установить более низкое потребление мощности с высокой эффективностью. Мы знаем из раздела про устройства распределения мощности, что генератор MG1 должен проявить обратный крутящий момент на солнечной шестерне. Это как бы точка опоры рычага, с помощью которого ДВС вращает коронную шестерню (а значит, колеса). Без сопротивления MG1 ДВС просто вращал бы MG1 вместо того, чтобы приводить в движение автомобиль. Когда MG1 вращался вперед, было легко видеть, что этот обратный вращающий момент мог создаваться генераторной нагрузкой. Следовательно, электроника инвертора должна была забирать энергию от MG1, и тогда появлялся обратный крутящий момент. Но теперь MG1 вращается назад, и как же нам добиться, чтобы он создавал этот обратный крутящий момент? Хорошо, как мы сделали бы, чтобы MG1 вращался вперед и производил прямой крутящий момент? Если бы работал как мотор! Все наоборот: если MG1 вращается назад, и мы хотим получить крутящий момент в том же самом направлении, MG1 должен быть двигателем и вращаться, используя электроэнергию, поставляемую инвертором. Это начинает выглядеть экзотически. ДВС толкает, MG1 толкает, MG2, что, толкает тоже? Нет никакой механической причины, почему это не может происходить. Это может выглядеть привлекательным с первого взгляда. Два двигателя и ДВС - все одновременно вносят свой вклад в создание движения. Но, мы должны напомнить, что мы попали в эту ситуацию, уменьшая обороты ДВС для эффективности работы. Это не было бы эффективным способом получить большую мощность на колесах; чтобы сделать это, мы должны увеличить обороты ДВС и возвратиться к более ранней ситуации, когда MG1 вращается вперед в режиме генератора. Есть еще одна проблема: мы должны придумать, откуда мы собираемся брать энергию для вращения MG1 в режиме мотора? Из батареи? На некоторое время мы можем сделать это, но вскоре Ьудем вынуждены выйти „ из этого режима, оставшись без заряда батареи для ускорения или подъема на гору. Нет, мы должны получать эту энергию непрерывно, не допуская снижения заряда батареи. Таким образом, мы пришли к заключению, что энергия должна поступать от MG2, который должен работать как генератор. Генератор MG2 производит энергию для мотора MG1? Поскольку и ДВС и MG1 вносят мощность, которая объединена планетарным механизмом, предлагалось название "режим объединения мощности". Однако, идея относительно MG2, производящего энергию для мотора MG1, была в таком противоречии с представлениями людей о работе системы, что появилось название, которое стало общепринятым - "еретический режим". Давайте снова "пробежимся" по нему и изменим точку зрения. ДВС вращает водило сателлитов с низкими оборотами. MG1 вращает солнечную шестерню назад. Это заставляет сателлиты вращаться вперед и добавляет больше вращения коронной шестерне. Коронная шестерня все еще получает только 72% крутящего момента ДВС, но скорость, с которой вращается кольцо, увеличена движением мотора MG1 назад. Вращение короны быстрее позволяет автомобилю ехать быстрее при низких оборотах ДВС. MG2, что невероятно, сопротивляется движению автомобиля как генератор, и производит электричество, которое питает мотор MG1. Автомобиль движется вперед остающимся механическим крутящим моментом от ДВС.

Вы можете определить, что Вы движетесь в таком режиме, если Вы хорошо определяете обороты ДВС на слух. Вы едете вперед на приличной скорости, и можете только едва слышать двигатель. Он может быть полностью замаскирован дорожным шумом. Дисплей Монитор Энергии показывает подачу энергии двигателя ДВС колесам и мотор/генератору, заряжающему батарею. Картинка может меняться - чередуются процессы заряда и разряда батареи на мотор, чтобы крутить колеса. Я интерпретирую это чередование как регулирование генераторной нагрузки MG2 для поддержания постоянной энергии движения.