Принцип работы Приус: планетарная коробка, электромотор, гибрид
Японские конструкторы смогли разработать гибридный агрегат для моделей Toyota Prius, использующий полезную работу трех двигателей. Они функционируют благодаря одноосному редуктору. Рассмотрим принцип работы и устройство гибридного двигателя Тойота Приус.
Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус?
Для того чтобы разобраться, как работает гибридный Тойота Приус, понадобится ознакомиться с базовыми компонентами установки. Она включает в себя бензиновый мотор и два мотор-генератора.
ДВС
2ZR-FXE устанавливают на Приус с кузова XV30Принцип действия ДВС основан на использовании цикла Аткинсона. В качестве топлива допускается использовать бензин марок АИ-92 и АИ-95. Силовой агрегат отличается сниженным уровнем токсичности, экономичным расходом и высоким коэффициентом полезного действия. Функционал планетарной передачи позволяет передавать вращательный момент на колеса автомобиля, а также обеспечивать работу мотор-генератора. Это способствует выработке электрической энергии для поддержания заряда аккумуляторной батареи, функционирования климатической установки и других электроприборов.
Мотор-генератор №1 и №2
Первый предназначен для запуска ДВС, выступая в роли классического стартера. Также он обеспечивает работу мотор генератора №2, при снижении заряда АКБ. Еще одной функцией электродвигателя №1 является выработка электрической энергии для передачи заряда аккумуляторной батареи.
Планетарная коробка и электромоторы Приус (слева XW20, справа XW30)
Второй мотор-генератор обеспечивает непосредственную передачу вращательного момента на колеса, беря энергию из ВВБ.
Принцип работы электромоторов Тойота Приус основан на взаимодействии электромагнитных полей. Для этого используются мощные неодимовые магниты в роторе. Обмотка статора состоит из медных проводников. Оборудование может работать в двух режимах:
Генераторный – происходит выдача трехфазного переменного напряжения с выводов статора. Оно преобразуется в постоянное, за счет применения конвертора. В дальнейшем выработанная энергия направляется на поддержание работы электрооборудования и заряд АКБ;
Двигательный – мотор-генератор получает трехфазное питание на обмотку статора, далее начинает вращаться ротор. Это происходит за счет взаимодействия магнитных полей. В результате получается кинетическая энергия.
Планетарная «коробка передач»
Сложная конструкция планетарного механизма обеспечивает качественное функционирование гибридной установки. Редуктор разработан таким образом, чтобы подключать бензиновую установку исключительно для обеспечения работы генератора или вращения колес. При этом последний режим используется только при наборе оптимального числа оборотов 2ZR-FXE. Указанный показатель находится на уровне от 2000 об/мин.
Принцип распределения работы моторов Тойота Приус гибрид, благодаря конструкции планетарного механизма, выглядит следующим образом:
- передвижение машины на низких скоростях осуществляется на электротяге;
- для обеспечения набора скорости и ее поддержания используется дополнительная энергия от генератора, который двигается с помощью ДВС.
При этом главной чертой планетарного устройства является отсутствие непосредственной связи между бензиновым агрегатом и приводом колес.
Описание режимов работы гибридной силовой установки
Заряжаемый Prius PrimeВ указанном разделе рассмотрим, как работает гибридная установка Тойота Приус в различных режимах. Среди них:
начало перемещения с запуском ДВС;
старт на электротяге и движение на высокой скорости;
запуск 2ZR-FXE на ходу;
задний ход.
Начало движения с запуском ДВС
Приус 10
Данный режим используется при недостаточном заряде АКБ для старта с места Тойота Приус. В этом случае гибрид работает следующим образом:
- За счет действия мотор генератора №1 осуществляется вращение планетарного механизма, который запускает двигатель внутреннего сгорания;
- Силовой агрегат внутреннего сгорания начинает разгонять мотор-генератор №1, что сопровождается переходом последнего в генераторный режим. Далее происходит выработка требуемого количества электрической энергии для заряда АКБ и обеспечения работы второго мотор генератора;
- 2ZR-FXEможет работать исключительно для обеспечения работы первого мотор генератора и поддержания требуемого напряжения в электрической сети Тойота Приус.
Старт на электротяге и езда на высокой скорости
Электротяга гибридной установки Toyota Prius работает при старте машины с места в следующей последовательности:
- Езда начинается при заглушенном бензиновом агрегате;
- Электродвигатель №2 приводит в движение колеса и электромотор №1 через шестеренчатую передачу планетарного механизма. Указанный процесс обеспечивается запасенной энергией аккумуляторной батареи. При этом происходит преобразование напряжения из постоянного в переменное.
Для обеспечения движения Приус на высокой скорости, когда достигаются допустимые обороты электродвигателя №1, используется следующий принцип:
- Мотор-генератор №2 посредством шестерен переключается на вращение первого с кратностью 2.6;
- Это обеспечивает уменьшение скорости вращения электромотора №1 в 2.6 раз, по отношению ко второму. Максимально допустимое число оборотов для первого электродвигателя составляет шесть тысяч, набираемых при скорости в 64 км/ч.
Запуск ДВС на ходу
Принцип работы гибрида Тойота Приус с запуском 2ZR-FXE в процессе движения выглядит следующим образом:
- Бензиновый силовой агрегат включается в момент остановки мотор генератора №1, который тормозится за счет изменения направления электромагнитного потока в противоположную сторону относительно вращения ротора. При этом запуск мотра происходит благодаря снятию вращающегося момента с колес автомобиля;
- После набора оборотов двигателем внутреннего сгорания, происходит совпадение направлений вращения всех агрегатов гибридной установки. При равенстве числа оборотов будет наблюдаться равномерное распределение сил на вращение колес;
- При увеличении оборотов ДВС, в сравнении с электромотором №2, будет наблюдаться рост вырабатываемой электроэнергии мотор генератором №1. Она распределяется на зарядку АКБ и поддержание дальнейшего движения, за счет передачи энергии на электродвигатель №2.
Из указанного режима функционирования гибрида можно четко проследить, что мотор напрямую не соединен с колесным приводом. Он передает энергию на вращение колес только при равенстве числа оборотов колес и оси двигателя. Базовая задача бензинового агрегата — функционирования электрогенератора. Это позволяет поддерживать требуемую емкость аккумуляторной батареи.
Задний ход
Prius Prime
За езду автомобиля Тойота Приус задним ходом отвечает мотор-генератор №1. В момент заглушенной установки внутреннего сгорания, первый электромотор переходит в двигательный режим. Это сопровождается противоположным вращением относительно мотор-генератора №2. При этом планетарная ось фиксируется на месте, а вращающий момент с первого электродвигателя передается ко второму, посредством шестеренчатой передачи планетарного механизма. Происходит вращение электромотора №2 в обратную сторону, что сопровождается движением автомобиля задним ходом.
При запущенном бензиновом агрегате, для передвижения задним ходом необходимо увеличить число оборотов электродвигателя №1 относительно двигателя внутреннего сгорания.
Заключение
Конструкция гибрида Toyota Prius позволяет получить экономию топлива за счет следующих факторов:
- Автоматический пуск и остановка бензомотора в требуемые моменты, с использованием цикла Аткинсона для его функционирования;
- Сбор энергии рекуперации при торможении;
- Эффективная нагрузка бензинового силового агрегата благодаря монтажу электромеханического вариатора;
- Отличная аэродинамика.
Видео
toyota-camry-corolla.ru
Toyota Prius Работа автомобиля в различных режимах движения часть1
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?
Это:
— 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.
toyoinfo.ru
устройство, принцип работы. Как устроен гибридный автомобиль? На примере Toyota Prius Почему приус
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
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 ошиб
discoveruz.ru
Устройство и схема работы коробки передач и двигателей тойота приус (Toyota Prius)
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.
Электричество от генератора может запасаться в аккумуляторных батареях или тратится на климат-контроль или другие системы автомобиля.
Оснонвые элементы привода Toyota Prius — два электродвигателя и коробка в разборе
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.
Оба мотор/генератора сделаны на основе мощных неодимовых магнитов.
Сердечник элетромотора Тойота Приус из стали с нишами под неодимовые магниты
Постоянные магниты двигаются внутри элетромагнитного статора состоящего из множества медных обмоток вырабатывая электрический ток.
Электрический статор мотор/генератора Тойота Приус с медными трехфазными силовыми обмотками
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.
Схема работы коробки передач (передаточного планетарного механизма) и двигателей тойота приус
Основные части планетарного механизма
Основные элементы планетарного шестеренчатого механизма Тойота Приус
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.
Собранные вместе основные элементы планетарного шестеренчатого механизма Тойота Приус
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.
Собранная вместе система привода Тойота Приус из двух электромоторов, распределительного планетарного механизма и диска сцеплени ДВС
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.
www.insidecarelectronics.com
устройство, принцип работы Тойота приус как работает
Будущее марки Тойота – это гибридные автомобили. Пока электромобили не совершенны и передвигаются без подзарядки максимум до 150 км. Аккумуляторные батареи гибридных автомобилей получают подзарядку от ДВС, обеспечивая комфорт и экономичность при езде на любые расстояния.
Устройство гибридного автомобиля
Устройство гибридного автомобиля (например, Тойота Приус) основано на последовательно-параллельно схеме. У таких транспортных средств крутящий момент на колеса может подаваться и от мотора, и от мотора-генератора. При этом величина мощности агрегатов варьируется в зависимости от степени заряда и возможностей мотора.
Основу конструкции составляют двигатель внутреннего сгорания, электромотор, два генератора и делитель мощности. Последнее устройство позволяет трогаться и осуществлять движение на малых скоростях исключительно на электромоторе. ДВС в этот момент будет обеспечивать только работу генератора.
Зарядка гибридного автомобиля осуществляется посредством отдельного генератора, поэтому электрический мотор-генератор используется только для привода ведущих колес. Во время высоких нагрузок, таких как подъем в гору или езда на высокой скорости в работу активно подключается бензиновый мотор. Делитель мощности контролирует передачу от крутящего момента ДВС на колеса, перераспределяя часть ее для заряда АКБ и генератора.
Принцип работы гибридного автомобиля
Принцип работы гибридного автомобиля (например, Тойота Приус) состоит в следующем: старт, первоначальный разгон и езду на малых оборотах обеспечивает электрический мотор-генератор, при повышенных нагрузках подключается бензиновый мотор. Компьютер регулирует его работу так, чтобы были обеспечены самые высокие показатели экономичности.
Шестерня делителя мощности, передающая крутящий момент на ведущие колеса, вращается посредством электромотора. Основной принцип действия гибридного автомобиля заключается в формировании передаточного числа трансмиссии делителем мощности, именно он распределяет уровень включенности в работу каждого из моторов.
Такая схема гибридного автомобиля называется последовательно-параллельной. Она соединила все преимущества последовательно и параллельной схем. В итоге инженеры японского автоконцерна смогли создать максимально надежный агрегат, ведь управление крутящим моментом происходит при помощи электроники, исключая участие множественных механических узлов и механизмов.
Рекуперативная система торможения также передает кинетическую энергию на генератор, восполняя запас аккумулятора. Для экстренного торможения применяется обычная фрикционная тормозная система.
Двигатель (ДВС) гибридного автомобиля
Мотор авто, работающего по принципу гибрида, в первую очередь основывается на принципе экономичности. Для Тойота Приус инженеры компании Toyota смогли выпустить агрегат в 1,8 литров мощностью 98 лошадиных сил. Теперь расход Тойота Приус гибрид составляет примерно 4,5 литра на 100 км (5 литров по городу и 3,9 литра по трассе). В холодное время года вне зависимости от режима езды потребление топлива увеличивается в среднем на 2 литра на 100 км. Для заправки завод-изготовитель рекомендует использовать бензин марки АИ-95.
Стоит отметить, что разогнать машину до сотни получится чуть боле, чем за 10 секунд. При этом максимальная скорость авто составит 180 км/ч.
Тип двигателя Тойота гибрид подбирался с точки зрения максимального коэффициента полезного действия. У современных гибридов он составляет 40%. Такие показатели позволило получить использование мотора, работающего по циклу Аткинсона. Основная особенность такого бензинового мотора состоит в том, что сжатие топлива запаздывает за ходом поршня. Оно запускается несколько позже начала движения поршня в верхнюю часть гильзы. Благодаря такой уловке некоторое количество топливно-воздушной смеси возвращается во впускной коллектор.
Данный тип ДВС дал современному мотору Toyota Prius следующие преимущества:
- увеличение рабочего хода поршня;
- повышение КПД;
- уменьшение расхода топлива;
- оптимально подходящая конструкция для работы в узком диапазоне оборотов коленчатого вала;
- 122 лошадиных силы суммарной мощности движущей установки.
Электромотор автомобиля Тойота
В Toyota Prius имеется два электромотора: управляющий и тяговый моторы-генераторы. Оба движка питает АКБ.
Тяговый мотор-генератор обеспечивает авто запуск и первоначальный разгон. Управляющий мотор-генератор отвечает за зарядку гибридного автомобиля, а также выполняет функции стартера.
Как правило, по городу в режиме «старт/стоп» Toyota Prius перемещается исключительно за счет электрической установки.
Мощность электромотора Тойота Приус определяется следующими характеристиками:
- 60 лошадиных сил;
- 56 кВт;
- 163 Н*м.
Последние модели Prius получили возможность заряжаться и от электрической розетки, что позволило сделать их еще экономичнее. Минус один – полная зарядка аккумулятора составит 6 часов, поэтому пока использование транспортного средства без участия двигателя внутреннего сгорания неудобно для поездок на дальние расстояния.
Аккумуляторная батарея
На борту Тойота Приус аккумуляторных батарей две:
1. Вспомогательная аккумуляторная батарея автомобиля емкостью 45 А/ч.
2. Основная никель-металлгидридная высоковольтная аккумуляторная батарея емкостью 6,5 А/ч и напряжением 201,6 В, состоящая из 168 ячеек.
Особенность устройства основной аккумуляторной батареи автомобиля состоит в том, что они оснащены собственной системой охлаждения.
В свое время Тойота Приус была первопроходцем среди авто
www.autoglim.ru
устройство, принцип работы. О ценах на авто с гибридными двигателями
Может ли пятиместная легковушка длиной 4,45 метра (это больше, чем у седана ВАЗ-2110), иметь расход бензина в городе (даже не дизтоплива) 2,82 литра на 100 километров без какого либо ущерба для динамических характеристик? Да, если это Toyota Prius II.
Прежде всего, нужно сделать поправку — упомянутый расход получен в испытании по японскому циклу 10-15, который по своему характеру — суть городской цикл движения — как известно, самый проблемный для машин в плане экономичности. Как говорится, внушает.
Мы уже рассказывали , что совсем недавно, выходя на рынок гибридных автомобилей, Ford решил купить соответствующую технологию у Toyota.
Понятно почему. Легковушка Toyota Prius первого поколения, выпускавшаяся с 1997 по 2003 годы, нашла немало покупателей по всему миру.
Новейший же Prius второго поколения, едва появившись, завоевал в США сразу четыре престижные награды, в том числе, стал лучшим автомобилем 2004 года в Северной Америке.
Потрясающие характеристики ему обеспечивает «гибридно-совместный привод» (Hybrid synergy drive) — система, которую вполне можно назвать гибридом в квадрате. Давайте разберёмся почему.
Toyota — не единственный производитель, серийно выпускающий гибридные автомобили (к примеру гибрид есть у Honda), а уж экспериментальные работы имеются почти у всех крупных автокомпаний.
Известны два основных типа гибридного привода — последовательный и параллельный.
В первом случае ДВС никак не соединён с колёсами — он работает на генератор, заряжающий аккумуляторы. Тяговые же электродвигатели в зависимости от режима движения получают ток либо от батарей, либо от генератора напрямую, плюс батареи, как добавка.
Во втором варианте ДВС соединён с колёсами через обычную коробку передач. И к колёсам же (неважно тем же самым или к другой оси) подсоединён электромотор, получающий питание от аккумуляторов.
Центральный дисплей наглядно показывает круговерть потоков мощности в разветвлённой системе привода Prius II (фото с сайта toyota.com).
И в том и другом случае тяговые электромоторы при торможении могут работать, как генераторы, обеспечивая возврат энергии, что и даёт выигрыш в экономичности.
Однако у Prius использована комбинация обоих типов. Вот и получается, что перед нами — гибрид гибрида. Как говорят японцы, в этом случае можно достичь очень высокой экономичности в сочетании с высокой же разгонной динамикой машины.
Прогуляемся же по основным узлам Hybrid synergy drive.
Во-первых, это ДВС. Рабочий объём 1,5 литра, 4 цилиндра, 4 клапана на цилиндр с регулируемыми фазами газораспределения, степень сжатия 13:1, мощность 76 лошадиных сил.
Мощность, заметим, не самая рекордная для такого объёма, да при такой степени сжатия.
Зато этот движок очень экономичен уже сам по себе (без учёта помощи электромотора).
Кроме того, он отвечает жесточайшим американским, ещё даже не введённым, нормам токсичности Super Ultra Low Emission Vehicle и Advanced Technology Partial Zero Emission Vehicles, то есть «ультра супер низкий» уровень выхлопа и стандарт, так называемый, «частично нулевой».
Начинка гибридного авто от Toyota (иллюстрация с сайта toyota.co.jp).
Имеются и отдельный генератор, плюс батареи — никель-металлогидридные.
Из их характеристик обращает на себя внимание высокая выходная пиковая мощность в 28 лошадиных сил (специально приводим параметры электрики не в киловаттах, чтобы удобнее было сравнивать с ДВС).
Заметим, классические аккумуляторы на обычных авто при огромном пиковом токе изо всех сил «напрягаются», чтобы крутить стартёр мощностью в одну-две «лошадки».
Естественно, есть электронная система перераспределения нагрузки между всеми этими элементами во всех режимах движения.
Возможен круиз лишь на одном ДВС, одном электродвигателе или совместное их использование.
При этом даже в случае равномерного движения часть мощности ДВС идёт на генератор, в систему управления и далее на тяговый электромотор.
Казалось бы, это лишние потери на преобразовании, однако так инженеры добиваются оптимального режима работы ДВС (обороты/нагрузка), что сказывается на удельном расходе топлива.
Схема связей в «гибридно-гибридной» системе (иллюстрация с сайта toyota.co.jp).
А ещё: большой крутящий момент электромотора, который он готов выдать на любых оборотах — залог удобного и гибкого управления колоссальной тягой на ведущих колёсах.
Зарядка же аккумуляторных батарей идёт сразу с двух сторон — от ДВС и от колёс (при торможении).
Тут нужно упомянуть максимальное напряжение в этой «интеллектуальной» тяговой электросети — целых 500 Вольт.
Оно предполагает сравнительно низкие, для таких мощностей токи, а значит — более низкие потери на омический нагрев проводов по сравнению с ранее применявшимися системами (скажем,
toyota-cluber.ru
Тойота приус гибрид принцип работы двигателя. Гибридный автомобиль Тойота Приус: устройство, принцип работы
Одним из интереснейших решений в автомобилестроении является появление гибридных двигателей. Машины такого рода призваны минимизировать расход топлива, а также служить верой и правдой своему владельцу. В числе наиболее популярных автомобилей с гибридным двигателем – Toyota Prius ZVW30. На сегодняшний день он считается одним из лучших в своем классе. Но бытует и мнение о том, что Prius третьего поколения является довольно посредственной машиной со множеством проблем. Поэтому, чтобы голословно не озвучивать конкретную информацию, стоит узнать: какие недостатки есть у Приуса, и стоит ли покупать его.
Технический характеристики:
- Модификация (двигатель): 1,8 CVT (100 кВт (134) л.с./5200 об.), Многоточечный впрыск, гибридный бензиновый;
- Трансмиссия: ECVT (вариатор)
- Максимальная скорость: 180 км/ч;
- Тип подвески:
- Передняя подвеска — Независимая – McPherson;
- Задняя подвеска – Полузависимая
- Клиренс: 140 мм
- Размеры шин и диск: P195/65 R15
- Тип кузова: Хэтчбек
- Средний расход топлива: 1.8 CVT — 3,9 л./100 км.
- Грузоподъёмность: 435 кг.
Toyota Prius легко заняла лидирующую позицию среди автомобилей с гибридным приводом. Это было легко, так как в этом сегменте рынка особенной конкуренции не наблюдается. Гибридный автомобиль с достаточно конкурентноспособной модификацией смогла выставить на рынок только Honda, но всё равно Тойота обошла ее по всем параметрам.
Но, если взять во внимание все автомобили подобного класса, Toyota Prius окажется примерно в середине рейтинга. Сейчас продажи этой машины стабильны, но они сильно не дотягивают до запланированных производителем. Ряд недоработок и откровенно слабых мест заставляют водителей сожалеть о своём выборе.
Что самое интересное, к Prius первого поколения, который был выпущен впервые ещё в 1997 году, претензий меньше всего. Prius второго поколения, в кузове NHW20, и Prius третьего поколения в кузове ZVW30 были разработаны уже на его основе.
Слабые места Тойота Приус третьего поколения
- Топливная система;
- Гибридная система;
- Инвертер и помпа охлаждения инвертера;
- Салон.
Разберём более подробно…
Топливная система.
В первую очередь владельцы Приусов отмечают, что потребление топлива у автомобиля гораздо больше заявленного. При ремонте топливной системы ждёт новый неприятный сюрприз. Топливный фильтр почему-то разместили в бензобаке, что сильно затрудняет ремонт и поднимает цену.
Первое, что бросается в глаза уже сразу после покупки (по словам очевидцев-владельцев) – это больший расход топлива, чем заявлено. Но… сразу стоит отметить, что озвученные производителем показатели достижимы при обычной езде по городским дорогам или трассе. В действительности же к этому еще добавляется работа аудиосистемы, кондиционера или печки (в летнее и зимнее время соответственно) и прочие факторы, которые и увеличивают расход. Без этого цифры на информационном табло соответствуют заявленным. Исключения разве что могут составлять автомобили, чей пробег перевалил за 250–300 тысяч км – здесь уже можно действительно говорить об увеличившихся затратах на топливо.
Гибридная система.
Она, в принципе, всё та же, что и в Приусе второго поколения, но более высокого уровня. Электромотор теперь более мощный, его связь с бензиновым двигателем всё также обеспечивает планетарная передача. Но это привело к появлению излишних шумов на высоких оборотах. Также обновленная система очень неровно работает на холостых.
По заявлению производителей, данный автомобиль полностью предназначен для поездок по городу и при правильной эксплуатации и своевременном техническом обслуживании ему долгое время не потребуется ремонт и замена каких-либо деталей. На деле оказалось всё наоборот.
Здесь наблюдается два возможных варианта неисправностей, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации автомобиля.
- Первый – поломка инвертора: стоимость на эту деталь довольно высока, но… при покупке таковой у официального дилера. Практика же показывает, что в обычных магазинах автозапчастей покупка деталей обходится гораздо дешевле, потому решение этого вопроса не представляется тяжелым.
- Вторая болячка этого двигателя – батарейки: при выходе из работы одного или пары элементов в официальных мастерских будут настаивать на полной замене всего блока, что вылезет в хорошую
nashipoezda.ru