Приус 30 мощность электродвигателя

Обновлено: 02.07.2024

Легковые автомобили Toyota Prius отличаются комбинированным приводом, состоящим из бензинового и электрического моторов. Понимание принципа работы гибридного двигателя Тойоты Приус позволяет рациональнее использовать возможности силовой установки. При правильной эксплуатации сокращается расход топлива и падает нагрузка на тяговую батарею, что обеспечивает рост срока эксплуатации.

Особенности гибридного двигателя Toyota Prius

Идея разработки экономичного автомобиля, вмещающего 5 человек и потребляющего не более 5 л на 100 км пути, возникла у руководства концерна Toyota в 1993 г. Спустя 4 года была представлена новая модель Prius, которая имела своеобразный дизайн и отличалась низким расходом.

Внедрение гибридной установки позволило отказаться от использования дизелей, которые активно продвигались в начале 90–х гг. европейскими производителями.

Бензиновый двигатель

Производитель применяет моторы, действующие по циклу Аткинсона, отличающиеся сниженным расходом горючего и способностью работать на бензине с октановым числом от 92 единиц. Двигатели имеют регуляторы фаз газораспределения, позволяющие повысить эластичность и динамику на низких оборотах. Агрегаты оснащены системами распределенного впрыска топлива, в выхлопной трубе расположены каталитические нейтрализаторы для дожигания вредных компонентов.

Электродвигатель

В конструкции используются 2 электрических синхронных мотора трехфазного типа. Ротор состоит из вала, опирающегося на подшипники, и центральной магнитной части (подключение к батарее не предусмотрено).

Статор укомплектован 3 обмотками, обеспечивающими вращение ротора при подаче напряжения.

При прокручивании магнита от внешнего источника (например, ДВС либо при движении накатом) в обмотках наводится ток, используемый для зарядки тяговой батареи или работы электрических компонентов.

Составляющие двигателя Тойота Приус

В число компонентов силовой установки входят:

4–цилиндровый мотор внутреннего сгорания;
двойной электрический двигатель, способный функционировать в режиме генератора и стартера;
редуктор, распределяющий работу компонентов гибридного силового агрегата;
инвертор, необходимый для преобразования постоянного тока в переменный с одновременным ростом напряжения.

Используемый на Prius бензиновый двигатель отличается минимальным потреблением топлива. Конструкция газораспределительного механизма обеспечивает начало такта сжатия после прохождения поршнем нижней мертвой точки. Выброшенная в коллектор рабочая смесь затягивается в другой цилиндр и не попадает в атмосферу.

Сокращение объема жидкости позволяет снизить давление в конце такта сжатия и увеличить степень сжатия до 13 единиц без риска детонационного сгорания. Цикл Аткинсона способствует повышению термического КПД по сравнению с классическим циклом Отто.

Конструкция мотора обеспечивает снижение расхода топлива и уменьшение вредных выбросов в выхлопных газах. Двигатель Prius не работает на холостом ходу, пуск производится для зарядки аккумулятора, прогрева радиатора системы охлаждения или салона либо для поддержания движения автомобиля. Но использование цикла Аткинсона негативно сказывается на мощности.

Например, стандартный агрегат 1NZ–FE развивает 109 л. с., а его модификация 1NZ–FXE для гибридных машин имеет мощность всего 77 л. с.

Мотор–генератор

С солнечной шестерней редуктора соединен генератор, имеющий мощность около 20 кВт. Узел позволяет запускать бензиновый мотор и регулировать частоту вращения коленчатого вала в зависимости от силы тока в цепи зарядки. С коронной шестерней состыкован тяговый двигатель, участвующий в движении автомобиля и отличающийся повышенной мощностью и увеличенными габаритами. Для охлаждения статоров используется воздух, а с IV поколения – антифриз. Жидкость применяется для обогрева салона и подается по единому контуру с ДВС.

Схема

В состав гибридного привода входит высоковольтная батарея, собранная из нескольких сотен элементов с рабочим напряжением 1,2 В.

Данный показатель на клеммах зависит от поколения, на Prius I генерации он составляет 288 В. В случае падения параметра завести бензиновый мотор невозможно, требуется зарядка аккумулятора от внешнего источника. Батарея имеет емкость 6,5 А*ч и установлена в нише позади спинки заднего ряда сидений.

Поскольку накопителем энергии является аккумулятор, а электродвигатели рассчитаны на переменный трехфазный ток, то в схему входит преобразователь. Конвертер обеспечивает питание бортовой сети, компрессора кондиционера (узел не имеет связи с коленчатым валом ДВС), повышает напряжение в линии снабжения электромотора до 650 В. Эффективность преобразователя около 98%. В конструкции машины имеется стандартный свинцовый аккумулятор, расположенный в багажнике или моторном отсеке (источник тока работает при отключенной тяговой батарее).

Планетарная коробка передач

Для распределения потоков мощности установлен планетарный редуктор Power Split Device. С солнечной шестерней соединены ротор электрического мотора и ось к главной передаче, а коленчатый вал состыкован с водилом через демпфирующую муфту для сглаживания крутильных колебаний. Внутренняя солнечная шестерня соединена с генератором. Электронный блок управления корректирует частоту вращения ротора генератора и меняет передаточное отношение редуктора.

В зависимости от условий езды, ведущие колеса приводятся в движение от ДВС, электромотора или от обоих устройств.

Трансмиссия обеспечивает плавное изменение передаточного отношения и позволяет тронуться на электрической тяге.

Для интенсивного разгона либо при падении уровня заряда аккумулятора, либо превышении заданного порога скорости происходит автоматическое включение бензинового двигателя.

Водитель и пассажиры не замечают изменение режима работы гибридной установки, данные отображаются на экране бортового компьютера на панели приборов.

На IV поколении стала использоваться модернизированная трансмиссия. Электрические моторы, стоявшие ранее на одной оси с коленчатым валом, расположили параллельно. Решение позволило снизить габариты редуктора и сократить механические потери на 20%. ДВС вращает через муфту свободного хода водило с сателлитами, а генератор связан с солнечным колесом. Внешняя коронная шестерня соединена через промежуточный вал с тяговым электрическим приводом. Крутящий момент на колеса отбирается через дифференциал от промежуточной оси.

Принцип работы двигателя Тойоты Приус

В момент старта тяговый мотор вращает шестерню планетарного редуктора и соединенную с ней главную пару с дифференциалом. Крутящий момент передается на колеса, и автомобиль начинает движение. При фиксации недостатка электрической тяги происходит автоматическое включение бензинового агрегата, который работает на обедненной смеси в наиболее экономном режиме. Связанные между собой детали планетарного редуктора определяют соотношение мощности ДВС, переданной на ведущие колеса и на генерацию электроэнергии.

Мотор–генератор отвечает за уровень зарядки батареи и может работать на неподвижной машине с включенным бензиновым агрегатом. Узел способен запускать ДВС, делая гибридную систему гибкой и не зависящей от условий эксплуатации. Трансмиссия обеспечивает равномерное распределение нагрузки и отличается надежностью, в конструкции отсутствуют сложные гидравлические либо механические компоненты.

Описание режимов работы гибридного двигателя

Такой агрегат автоматически регулирует действие ДВС и электрического привода. Владельцу автомобиля требуется перевести селектор трансмиссии в необходимое положение и нажать на кнопку старта. Прочие действия выполнит бортовая электроника, информация выводится на экран компьютера.

Автомобиль поддерживает несколько режимов работы (на примере Prius III поколения):

EV Mode, предусматривающий использование только электрической тяги;
ECO Mode, рассчитанный на достижение минимального расхода топлива и предназначенный для маневрирования;
Normal, ориентированный на стандартные условия эксплуатации;
Power Mode, повышающий динамику за счет одновременного использования ДВС и электрической тяги.

Запуск ДВС

При недостаточном уровне заряда батареи или резком нажатии на педаль акселератора осуществляется запуск бензинового мотора. Двигатель разгоняет машину и производит подзарядку батареи. На Prius предусмотрено служебное включение ДВС, необходимое для прогрева масла, промывки системы смазки или очистки форсунок от отложений без снятия. Алгоритм действий описан в инструкции по эксплуатации, в стандартных условиях работы принудительно завести ДВС невозможно.

Для старта бензинового агрегата используется энергия тягового электрического мотора, который раскручивает коленчатый вал до 1000 об/мин за 1–2 секунды. После начала работы контроллер определяет состав смеси, холодный ДВС прогревает каталитический нейтрализатор и обеспечивает подзарядку батареи.

После достижения требуемой емкости бензиновый агрегат автоматически глушится.

Старт на электротяге и разгон

При плавном нажатии на акселератор электрический мотор набирает скорость через планетарный редуктор. Блок управления отслеживает уровень заряда батареи и не допускает падение емкости ниже критического уровня. Разгон на электрической тяге продолжается до 50 км/ч, после чего подключается ДВС.

Запуск ДВС на ходу

Включение бензинового привода происходит при падении емкости аккумулятора или повышении сопротивления движению. Электрический мотор прокручивает коленчатый вал через планетарный редуктор, который затем распределяет потоки мощности. После снижения нагрузки или окончания зарядки ДВС автоматически глушится.

Задний ход

Чтобы начать маневрирование, необходимо перевести рычаг в положение R, блок управления переключает обмотки.

Для движения используется только электрический двигатель, но в случае низкого заряда запускается бензиновый мотор. Коленчатый вал вращает генератор и восстанавливает емкость аккумулятора либо подает питание на обмотки электрического привода. При деградации батареи возникают сложности с маневрированием задним ходом. Перед включением реверса необходимо дать поработать генератору несколько минут.

Аккумуляторная батарея – на сколько хватает электродвигателя

Гибридный автомобиль не предназначен для длительного движения на электрической тяге. Полностью заряженной батареи хватает всего на 1,5–2 км при скорости не более 40–50 км/ч. Деградация источника питания приводит к падению емкости и снижению расстояния. На запас хода оказывают влияние климатические условия, рельеф дорожного полотна и количество электрических приборов, находящихся во включенном состоянии.

Технические характеристики Приуса разных лет

Общие черты Toyota Prius:

компоновка с передним расположением моторного отсека и поперечно расположенным двигателем;
передняя подвеска независимого типа со стойками Макферсон и стабилизатором поперечной устойчивости;
гидравлические 2-контурные тормоза с системой ABS (перечень ассистентов зависит от года выпуска);
цельнометаллический несущий кузов, рассчитанный на водителя и 4 пассажиров;
реечный рулевой механизм с электрическим усилителем переменной производительности;
задняя подвеска с торсионной балкой и цилиндрическими пружинами;
специальные покрышки и алюминиевые диски с аэродинамическими колпаками для снижения сопротивления движению.

В конструкции автомобиля использована система рекуперации энергии торможения без вакуумного усилителя. Взамен использованы источник высокого давления и распределитель. При нажатии на педаль блок управления переводит электрический мотор в режим выработки электроэнергии, что снижает нагрузку на основные тормоза и обеспечивает лучшее замедление. Система клапанов и электроника предотвращают блокировку колес на скользком покрытии.

При поломке источника давления торможение осуществляется за счет усилия, создаваемого ногой водителя на педали.

Первое поколение

Автомобиль Тойота Приус Гибрид с 4-дверным кузовом седан начал выпускаться в 1997 г. и предлагался в 2 модификациях NHW10 и NHW11, отличавшихся элементами силовой установки. Рычаг коробки не имел механической связи с устройством выбора режима движения, а был соединен с блоком управления. На автомобилях ставились бензиновые агрегаты 1NZ–FXE, развивавшие 58 или 72 л. с. (применялись до модернизации в 2000 г. и после). Мощность электрического привода составляла 41 или 45 л. с. соответственно. Последние экземпляры Prius первого поколения собрали в 2003 г.

Второе поколение

В 2003 г. стартовало производство новой генерации NHW20, впоследствии сборку освоил завод FAW на территории Китая. Под капотом машины помещен 77-сильный 4-цилиндровый мотор 1NZ–FXE, имевший объем 1496 см³. В состав силовой установки входил электродвигатель синхронного типа, развивавший мощность 68 л. с. и момент 400 Н*м.

Производитель реализовал возможность старта на электрическом двигателе, что снижало шумность и устраняло выбросы выхлопных газов. Машина могла проехать до 2 км со скоростью не выше 50 км/ч при условии заряженной на 100% батареи.

Третье поколение

Автомобили поставлялись клиентам с 2009 по 2015 гг. и оснащались 5-дверным кузовом хетчбэк. Сборка велась на территории Японии, а впоследствии к производству подключили площадки в Индии, Китае и Таиланде. В состав силовой установки входил бензиновый 2ZR–FXE мощностью 99 л. с. при рабочем объеме цилиндров 1797 см³. Агрегат имел блок и головку из алюминиевого сплава, в схеме газораспределительного механизма стояли регуляторы фаз. Электропривод, рассчитанный на напряжение 650 В, развивал 82 л. с., для питания имелась никель-металлогидридная батарея.

Четвертое поколение

Модификация E–Four для внутреннего рынка оснащена дополнительным электродвигателем мощностью 5,3 кВт, сблокированным с редуктором привода задних колес. Предусмотрен дополнительный преобразователь питания. Компактные размеры узлов позволили сохранить неизменным объем багажного отделения. Распределение крутящего момента осуществляется электроникой, задний мотор используется кратковременно. Полный привод повышает устойчивость при движении по скользкой дороге.

Видео о работе гибридного двигателя

В приложенном ролике продемонстрирован общий принцип действия гибридной силовой установки в зависимости от режима движения. Видео позволяет понять алгоритмы переключения компонентов и условия, необходимые для зарядки батареи или отключения двигателя внутреннего сгорания.

Показано общее устройство гибридного силового агрегата и места монтажа компонентов.

Читайте также: