Принцип работы гибридного двигателя тойота

Обновлено: 19.05.2024

Содержание

Запуск и разгон производится от электромотора. После того, как машина наберет скорость, включается ДВС. При нажатии на тормоз мотор отключается и заряжает батарею. При ускорении, обгоне или движении на высокой скорости он снова вступает в работу.

Суммарная мощность гибридной установки — 110 л. с. (с учетом сложения общих диапазонов работы). При должном обслуживании она стабильно запускается в любой мороз.

В городе расход топлива не превышает 6 литров. Почти 40% городского пути ДВС остается выключенным. На шоссе вместе с увеличением скорости расход топлива вырастает до 8 литров.

Коробка передач — вариаторная с электронным управлением E-CVT. Такое сочетание способно разгонять машину до сотни за 10,9 секунд. Особых проблем у КПП не замечено, требуется только регламентная замена масла.

Как заряжается аккумулятор электромотора

Эту модель можно заправлять только бензином. Электричество для аккумулятора вырабатывается, когда электродвигатель взаимодействует с ведущими колёсами. Тут есть два основных способа зарядки. Первый — за счёт системы рекуперации, когда при торможении вырабатывается ток. Второй — активная система подзарядки — специальный генератор, который приводится в действие бензиновым двигателем.

В модели два основных режима движения:

EV — только электротяга, на батареях (когда батареи полностью заряжены);
HV — гибридный режим ДВС плюс электротяга (аккумулятор заряжается бензиновым мотором).

Электропривод тоже может потребовать замены. Производителем заявлен ресурс в 250-300 тыс. км. Помимо электроустановки всю картину портят такие классические болячки, как слабая шумоизоляция, низкая посадка и долгий прогрев салона из-за слабой мощности двигателя. К тому же в целом надёжный двигатель после 100 тыс. км начинает потреблять масло, и требуется замена маслосъёмных колец. Стоит такая услуга от 17 тысяч рублей.

ЛКП оставляет желать лучшего. Как и другие бюджетные иномарки, на вторичном рынке старые машины будут иметь сколы по кузову.

Из-за объёмных батарей багажник у модели маленький — 360 литров. Его хватит для пары чемоданов средних размеров. А вот для путешествий всей семьёй такого объёма может оказаться маловато.

За 450 тысяч рублей можно позволить себе гибридный Toyota Prius II с рестайлинговым кузовом 2007 года.

Если надумаете брать модель 2010 года с рестайлингом, то приготовьтесь отдать уже от 700 тысяч рублей.

Мы нашли на вторичном рынке типичный пример машины, которая после покупки может сулить проблемы.

Как мы видим из отчета, авто побывало в ДТП. Удар пришелся на правую переднюю часть. А такой удар мог повлечь повреждение батарейного блока или связующих узлов.

Если удар был достаточно сильный, то наверняка задето колесо. А значит, система рекуперации, которая отвечает за подзаряд батарей, возможно, тоже была повреждена. Машине уже 8 лет, а значит, у нее закончилась гарантия на батарейный блок.

Не подойдет это авто любителям агрессивной и быстрой езды. Из-за слабого двигателя особой прыти от него не увидишь. А из-за долгого разгона до 100 км — 10,9 секунд — раскрутка мотора до высоких оборотов приведет к излишнему потреблению топлива.

Автор: Максим Голенецких

А как вы относитесь к гибридным авто? Расскажите нам об этом в комментариях ниже.

История гибридных двигателей

Гибридные силовые установки были известные ещё в 19 веке. Изобретателем первого гибрида, работающего на электроэнергии, стал Роберт Андерсон. Однако, патент на систему получил Генри Пайпер в 1905 году. В этом же направлении работал Фердинанд Порше. Серийными производителями гибридных моторов были французская компания Parisienne des Voitures Electriques, американская корпорация General Electric, бельгийская Pieper.

Бурного развития технология гибридов в начале 20 века не получила по нескольким причинам:

низкая стоимость топлива;
нерентабельность по сравнению с бензиновым ДВС.

К концу 20 века рост на энергоносители и ужесточение экологических стандартов заставили автопроизводителей возвратиться к разработкам эффективных моторов. Изначально в гонку включились VW, Mercedes, GM, Audi, но до серийного производства гибридных автомобилей так и не дошли, перейдя в другие сферы разработок. Первым удачным автомобилем с гибридным двигателем стал Toyota Prius 1997 года. За год компания смогла продать 25 000 моделей. Вторым популярным гибридом на рынке стал Honda Insight.

После Приуса, Тойота наладила серийный выпуск моделей: Hybrid Harrier, Highlander, Estima Hybrid, Crown, Camry Hybrid, Lexus RX. Среди разработок Хонда с гибридной установкой известны Accord Hybrid и Civic Hybrid. Единичные автомобили встречаются у Форда, Ауди, Мазды, Рено, БМВ, Ниссан, Хёндай.

Поговорим подробнее, что значит машина-гибрид. Рассмотрим устройство, принцип работы, в чём плюсы и минусы гибридных установок.

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

Принцип работы гибридных двигателей основан на комбинировании возможностей ДВС и электромотора. Бензиновый агрегат развивает максимальный крутящий момент на высоких оборотах, в то время, как электрический двигатель — на низких. Объединение установок позволяет исключить из конструкции механизмы преобразования механической энергии, увеличить КПД силового агрегата и снизить расход топлива.

Полная конструкция

Автомобиль с гибридным мотором устроен иначе, чем привычные машины с ДВС. Здесь под днищем находятся:

двигатель внутреннего сгорания;
один или несколько электрических моторов;
блок аккумуляторных батарей.
для управления и преобразования энергии установлен электронный блок с инвертором.

Источником энергии в гибридном двигателе служит ДВС, работающий на бензине или дизеле. Мощность, преобразованная генератором, запускает тяговый электродвигатель и заряжает аккумуляторные батареи. Именно от блока аккумуляторов электромотор получает дополнительное питание, если не будет хватать энергии генератора.

Инвертор преобразует постоянный ток высоковольтного аккумулятора в 3-фазный переменный ток большего напряжения. Энергия используется для:

управления электромотором;
обратной конвертации тока с генератора для подзарядки батареи;
питания бортовой электросети.

Конструктивно инвертор представляет собой корпус с набором электронных плат и транзисторными сборками.

Общий принцип работы гибридного автомобиля рассмотрим далее.

Функционирование двигателя

Режим совместной работы ДВС и электромотора зависит от конструктивного устройства гибридного силового агрегата и режима движения автомобиля. Так, в начале движения бензиновый двигатель не всегда нужно запускать. Машина тронется за счёт работы электрического мотора, питающегося от батареи.

Большая ёмкость аккумулятора с возможностью внешней подзарядки может сократить потребление бензина до нуля, если суточный пробег автомобиля короткий.

Электромотор поддерживает работу автомобиля на холостом ходу: при стоянке на светофоре, временной остановке. В это время ДВС отключен, до те пор, пока хватает мощности электротяги. Обычно бензиновый мотор подключается на скорости 60км/ч. При больших нагрузках, например, для заезда в горку, понадобится двойное усилие обоих агрегатов. В таком режиме автомобиль сможет проехать более 500 км.

Отличительно, как работает гибридный двигатель во время торможения. Тормозная система привычного автомобиля с ДВС преобразует кинетическую энергию в тепловую, рассеивая её в воздухе. Гибриды оснащены системой рекуперации, т.е. возвращения. При замедлении движения электромотор переключается в режим генератора, отдавая электрическую энергию в аккумуляторную батарею.

Типы гибридных агрегатов

Гибридные двигатели различаются по типу применения и компоновочной схеме. По первому критерию гибриды делятся на микрогибриды, умеренные гибриды и полные гибриды. Более подробно о них поговорим ниже.

Применение разных компоновочных систем гибридных двигателей отражает уровень развития гибридизации, суть которой заключается в желании производителей перевести автомобиль на альтернативный источник энергии. Наиболее прогрессивными в плане разработок являются компании Тойота, БМВ, Хёндай, Вольво.

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

Конструктивная схема гибридного двигателя выбирается исходя из проектных характеристик автомобиля: требуемой мощности, скорости разгона, расхода топлива и т.д. Различают последовательную, параллельную и комбинированную схемы.

Последовательная схема

Гибридная система автомобиля с последовательной компоновкой была придумана Порше в 1899 году. Схема включает в себя ДВС с генератором, тяговый электродвигатель и аккумуляторные батареи. По этой схеме двигатель внутреннего сгорания запускает генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую, питая электрический мотор. В свою очередь электродвигатель воздействует на ведущие колёса, приводя машину в движение.

Большая ёмкость аккумуляторов позволяет автомобилю в некоторых режимах работать только на электрической энергии, при выключенном ДВС. Батареи заряжаются от генератора, когда потребляемая мощность электромотора невысока, например, во время размеренного движения. Однако, в режиме ускорения мощности генератора может не хватать, и тогда недостаток энергии компенсирует аккумулятор.

Последовательная схема гибридного двигателя хороша тем, что ёмкая АКБ позволяет устанавливать ДВС меньших габаритов и меньшего веса. Более простая конструкция расходует меньше топлива и требует меньших затрат на обслуживание.

Электрический мотор вращается в любом направлении, что позволяет упростить конструкцию автомобиля, убрав сцепление и коробку передач. А при установке электродвигателей с редуктором в ведущие колёса, можно обойтись и без дифференциала. Подобная схема встречается на карьерных самосвалах БелАЗ и городских автобусах ЗИЛ. В легковых автомобилях встречается редко.

Параллельная схема

Гибридные двигатели с параллельной системой могут приводить автомобиль в движении от ДВС, тягового электромотора или их совместной работы. Часто электрический двигатель устанавливают вместо маховика, используя электромотор в качестве генератора и стартера для трогания и остановки автомобиля. Аккумуляторные батареи подзаряжаются во время рекуперативного торможения.

Параллельная схема подходит для автомобилей небольшой мощности. За счёт использования малоёмких батарей снижается вес и начальная стоимость машины. Подобная конструкция встречается в моделях Honda Insight, BMW 7 ActiveHybrid.

Последовательно-параллельная схема

По сути данная схема представляет собой доработку параллельной. Особенность гибридных двигателей с последовательно-параллельной системой — наличие делителя мощности в трансмиссии. Энергия ДВС разделяется на 2 потока в соответствии с режимом движения автомобиля. Часть мощности переходит к ведущим колёсам, другая — к накопителю электрической энергии.

Для реализации подобной компоновки необходим менее мощный ДВС, но с высокой эффективностью. Например, двигатель, работающий по циклу Аткинсона с коротким тактом сжатия. По такой схеме построены Toyota Prius и Lexus RX.

Классификация по степени электрификации

Разбираясь в особенностях гибридных двигателей, поговорим и о различном применении электромоторов. Степень электрификации машины указывает на возможности электрической установки. В одном случае, она идёт как приложение, в другом — позволяет полноценно передвигаться на электротяге. Чтобы понять насколько прогресс ушёл вперёд, рассмотрим этапы электрификации последовательно.

Микрогибрид

Мягкий гибрид

К гибридам подобного действия относятся: BMW 7 ActiveHybrid, Honda Civic Hybrid, Suzuki Smart Hybrid, Mercedes S 400 Hybrid.

Полный гибрид

Полноценный гибридный автомобиль способен работать на одном тяговом электромоторе при выключенном ДВС. Электрический двигатель заменяет сцепление, работает как генератор для заряда аккумуляторных батарей, в том числе в режиме рекуперативного торможения. В отличие от умеренного гибрида, здесь применяется электромотор мощностью 60 — 250 кВт.

Принцип полного гибрида реализован в Audi A1 и BMW X6 ActiveHybrid. В такие гибриды устанавливают мощные литий-ионные аккумуляторные батареи. Однако, при ёмкости в 12кВт/ч, накопитель электроэнергии сможет обеспечить пробег автомобиля не более 60 км. При низком уровне заряда ДВС подключается автоматически, но чтобы снизить потребление топлива и увеличить пробег электрического мотора, инженеры разработали Plung-In.

Гибриды плагины

Plung-In или гибрид-плагин по принципу работы схож с полным гибридом. Разница заключается в возможности подзарядки аккумулятора от внешней сети. Расстояние, которое может проехать машина на одной электрической тяге, характеризуется показателем PHEV.

Чтобы превратить гибридный двигатель в Plung-In, необходимо поставить дополнительное оборудование: зарядное устройство, дополнительный блок управления и блок батарей. Розетка для заряда располагается возле лючка для заправки топливного бака. Для подпитки батареи можно использовать домашнюю электросеть, учитывая рекомендации производителя.

Преимущества и недостатки гибридных авто

Разобравшись, как работает гибридный автомобиль, подведём итог в виде объективной оценки. Сведём плюсы и минусы гибридного двигателя в таблицу.

Преимущества

Недостатки

Заключение

Принцип работы гибридного автомобиля основан на использовании энергии бензинового и электрического двигателей. Их совместная работа позволяет достичь жёстких требований экологических стандартов, снижая расход топлива и выбросов. Инженеры постоянно совершенствуют конструкции, придумывают новые решения. Однако, не все компании видят перспективу в гибридах, концентрируясь на создании полноценных электромобилей.

Тойота

Компания Toyota уже давно является производителем качественных гибридных автомобилей. Настоящий фурор произвёл хэтчбек Тойота Приус гибрид, который был выпущен в 1997 году. Модель производится только с установкой смешанного типа. В 2015 году на автосалоне во Франкфурте было представлено четвёртое поколение машины. Массовый выпуск обновлённого Prius Hybrid начался в 2016 году.

Экстерьер Тойота Приус гибрид

Инженеры Тойота ощутимо переработали внешний облик нового Приус. Передняя часть кузова стала более резкой и спортивной. Светодиодные фары сложной формы, маленькая радиаторная решётка, бампер с угольными свесами добавили драйв экстерьеру.

Профиль машины стал выглядеть более обтекаемым. Покатое лобовое стекло и плавно снижающаяся крыша ещё раз подтверждают это. Использование нового кузова лифтбек позволило увеличить длину и сделать машину ниже.

Задняя часть выделяется большим багажником, как бы задранным вверх. Вытянутая задняя оптика со светодиодной лентой по краю добавляет спортивные нотки общему образу.

Автомобиль имеет следующие габаритные размеры: длина – 4,540 м, ширина – 1,760 м, высота – 1,470 м.

Интерьер Тойота Приус гибрид

Внутреннее убранство приобрело некий футуризм. Приборная панель размещена под лобовым стеклом. На ней расположены два цветных дисплея с диагональю 4,2 дюйма, на которые выводятся контрольно-измерительные данные. Это создаёт иллюзию болида или космического корабля. Теперь не нужно отрывать взгляд от дороги, чтобы взглянуть на спидометр или заряд батареи. Рулевое колесо многофункциональное и обито кожей.

Под панелью расположился блок управления системой мультимедиа и климат-контролем. Он представлен полноцветным ЖК-дисплеем с диагональю 6,2 дюйма. Ещё ниже можно обнаружить странный рычажок, отвечающий за управление трансмиссией. В наличии имеется аудиосистема Entune с 6-ю динамиками. В авто установлены технологии Bluetooth, Siri, синхронизация со смартфоном и распознавание голоса.

Пятиместный салон вместительный и просторный. Передние кресла получили выраженную боковую поддержку. На заднем ряду места достаточно, но слишком заниженная крыша может вызвать ощущение дискомфорта, особенно у высоких людей. Объём багажника составляет 502 литра.

Вид гибридной установки

В качестве основы для Тойота Приус была взята новая модульная платформа TNGA. Обтекаемые формы и низкий центр тяжести позволяют получить высокие показатели управляемости и контроля над дорогой.

При создании гибрида использовалась последовательно-параллельная схема установки. Устройство гибридного двигателя включает ДВС, электромотор, высоковольтную батарею и распределитель силового потока.

В качестве тягового двигателя могут выступать как бензиновый, так и электромотор. Последний также играет роль генератора, который заряжает батарею. В машину установлена система стоп/старт, которая включает и выключает ДВС в нужный момент.

Принцип работы гибридной системы несложный. Производимая двумя моторами энергия поступает к делителю силового потока. Далее крутящий момент распределяется на колёса. Он может гибко изменяться, передавая необходимое количество энергии в нужный момент.

Суммарная мощность гибридной установки составляет 122 л.с.

Описание режимов работы гибридной силовой установки

В гибриде Toyota Prius предусмотрено 4 режима езды:

1. EV mode – режим электромобиля, который предусматривает езду только на электротяге. Это позволяет исключить расход топлива. Из недостатков – ограничение по скорости и возможное расстояние. Так можно ехать только со скоростью до 60 км/ч в тёплую погоду и до 30 км/ч в холод.

2. ECO mode – режим максимальной экономичности при вождении, при котором машина, в основном, использует электротягу. Машина плохо отзывается на ускорение. Данный режим лучше использовать в пробках и во дворах. Однако из-за постоянной нужды давить на газ, расход топлива не очень-то уменьшается. Поэтому данный режим лучшее вообще не использовать.

3. Normal – ничего не выбрано. Автомобиль работает в обычном режиме. Стартует на электротяге, далее включается ДВС. При торможении активируется система рекуперации. Самый удобный и универсальный режим.

4. Power mode – режим максимальной эффективности. Как работают силовые агрегаты в таком случае? Электромотор и ДВС находятся в связке, обеспечивают максимальную мощь. Подойдёт для использования на автобанах и при выполнении резких манёвров. Минусом является большой расход топлива при его использовании.

Технические характеристики Тойота Приус гибрид

Обновлённый Toyota Prius получил достойные технические характеристики, которые способны удовлетворить желания любого водителя. Автомобиль оснащён передним приводом.

Основная информация о характеристиках приведена в таблице.

Коробка передач	Автоматическая, вариатор
Клиренс	136 мм
Колёсная база	2700 мм
Радиус разворота	5,4 м
Ширина колеи передней и задней	1530/1520
Масса	1,375 т
Объём бака	43 л
Подвеска передняя и задняя	Стойки МакФерсон/ независимая двурычажка
Тормоза передние и задние	Дисковые вентилируемые/дисковые
Размер колёс	195/65 R15
Диски	15X6J

Справка! Данные приведены для всех комплектаций. В продвинутых модификациях добавляются только новые опции и функции, характеристики остаются неизменными.

В автомобиле также предусмотрена запаска (полноразмерное запасное колесо), которая размещается в специальной нише багажного отделения.

Бензиновый двигатель

В качестве ДВС гибридная Тойота Приус использует 4-цилиндровый мотор 2ZR-FXE типа DOHC. Объём составляет 1,8 литра. Максимальная мощность в 98 л.с. достигается при 5200 об/мин. Крутящий момент доходит до 142 Нм.

Двигатель соответствует экологическому стандарту Евро-6. Кроме того он укомплектован системой газораспределения Dual VVT-i. Для обеспечения дополнительной мощности применяется распределённый впрыск топлива.

Электродвигатель

Пару ДВС составляет электромотор, который также находится под капотом. Его мощность составляет 53 кВт, а крутящий момент – 163 Нм.

Эффективность электродвигателя повышается благодаря накоплению рекуперативной кинетической энергии при торможении, что позволяет своевременно заряжать батарею.

Батарея и пробег на одном заряде

Гибрид Тойота Приус оснащён блоком никель-металлогидридных батарей. Он располагается под задним сиденьем, что позволило инженерам не сокращать объём багажника.

Сам батарейный блок состоит из 28 модулей, по 7,2 Вольт каждый. Ёмкость ВВБ – 1,3 кВт*ч, а напряжение составляет 201,6 Вольт.

Запас хода Toyota Prius Hybrid составляет около 30 км по хорошей дороге. В случае поломки, стоимость замены ВВБ обойдётся в районе 105 000 рублей.

В машине установлена и стандартная 12-вольтовая АКБ, которая питает бортовые системы и электронику.

Расход топлива на 100 км и динамика

Обновлённый Приус имеет неплохие показатели динамики. Разгон до 100 километров занимает порядка 10,6 секунд. Максимальная скорость ограничена отметкой 180 км/ч.

При езде по трассе будет расходоваться около 4,36 литров. В городе расход топлива на 100 км 4,7 литров бензина. Смешанный цикл затребует 4,5 литров горючего.

Важно! По официальным данным расход топлива меньше на 1-1,3 литра, но по факту он не соответствует. На расход бензина сильно влияет качество дорожного покрытия и погодные условия.

Для снижения расхода горючего можно использовать такие методы:

не забывать активировать езду на электротяге во дворах, пробках и выездах со стоянок;
не допускать резких перепадов скорости;
тормозить заранее, увидев препятствие;
держать давление в шинах в норме.

Надёжность гибрида, поломки

В автомобиле установлена улучшенная система безопасности Toyota Safety Sense.

стандартные системы ABS, EBD, BAS, TCS;
электронный контроль устойчивости;
помощник при спуске и подъёме;
круиз-контроль;
система распознавания велосипедистов и пешеходов;
функция экстренного торможения;
автоматическое управление дальним светом;
помощник при начале движения в сложных погодных условиях;
контроль над полосой движения с предупреждениями о смене и выходе.

Хэтчбек Prius обладает следующими плюсами:

эффектный и притягательный облик;
новая приборная панель;
технологичный и просторный салон;
скромные габариты.

Из недостатков выделяются:

маленький дорожный просвет;
слабоватый двигатель;
высокая цена.

Поломки очень редки и касаются чаще всего батареи. Начинают выходить из строя модуля, особенно такая проблема возникает в зимний период. Помочь может частичная замена.

Управляемость на дороге Тойота Приус гибрид

Применяемая платформа TNGA c преимуществом в виде низкого центра тяжести и жёсткого кузова вывела управляемость на новый уровень. Благодаря задней независимой подвеске и усовершенствованной McPherson спереди, Приус гибрид очень легко управляется в скоростных поворотах.

По плохой дороге с небольшими ямами можно ехать, не сбавляя скорость, амортизаторы заглатывают все неровности. Значение крена мало. Автомобиль чувствителен к рулевому управлению. Каждый поворот отлично ощущается, как будто ты находишься в спортивном болиде.

Эксплуатация в зимний период

Зимой автомобиль Тойота Приус проблем не испытывает. Двигатель заводится сразу, а салон прогревается за 3 минуты. Иногда даёт сбои батарея, модули которой не выдерживают морозов. Однако такое угрожает автомобилям с пробегом и при температуре ниже -25ºС.

Комплектации и цены Тойота Приус

Автомобиль Toyota Prius Hybrid поставляется в Россию только в комплектации Люкс. Кроме всего перечисленного выше, комплектацию дополняет:

двухзонный климат-контроль;
кожаная обивка сидений;
камера заднего обзора.

Производитель предлагает дополнительное оборудование, которое включает:

7-дюймовый сенсорный экран;
навигацию;
систему Entune c 10 динамиками и JBL аудио.

Возможна также установка прозрачного люка, с выдвижной солнцезащитной шторкой и автоматической регулировкой, а также установка проекционного дисплея на лобовое стекло.

Стоимость комплектации в зависимости от дополнительного оборудования будет варьироваться от 2 268 000 рублей до 2 322 000 рублей.

Отзывы о Тойота Приус гибрид

1. Езжу уже 3 года на Приусе. Функции экономии авто выполняет на все 100%. Нравится дизайн и надёжность машины. За всё время менял только расходники. Аккумулятор ресурсоёмкость не теряет. Использую гибрид только в городских условиях, поэтому мощности мне хватает.

2. Стала проблема покупки нового авто. Выбор пал на Toyota Prius, раньше ездил на Хёндай Туксон. Порадовала экономичность и технические данные авто. С полностью заряженной батареей машинка весьма резвая. Не хватает дорожного просвета, на плохой дороге иногда цепляю покрытие.

Для кого Тойота Приус

Гибрид от Тойота подойдёт для активных жителей города и людям с семьями. Надёжность, безопасность и дизайн, полный футуризма – что ещё нужно, чтобы вписаться в городскую жизнь. Просторный и функциональный салон порадует как водителя, так и пассажиров. Автомобиль подойдёт для городских и загородных поездок.

Главный конкурент

Соперником Toyota Prius выступает гибридный Hyundai Ioniq. Мощность ДВС составляет 105 л.с. при 5700 об/мин. Крутящий момент составляет 147 Нм. Мощность электромотора составляет 32 кВт при 170 Нм. Расход горючего в среднем составляет 4,4 литра на 100 км пути.

Обзор Тойота Приус гибрид

В прикреплённом ниже видео Вы можете просмотреть подробный обзор автомобиля Toyota Prius.

Заключение

Toyota Prius – классика среди гибридов. Каждое поколение находило своих ценителей и почитателей. Инженеры автомобильной компании Toyota постоянно улучшают дизайн и характеристики автомобиля, доводя его до совершенства.

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: