Устройство гибридного автомобиля

Давайте попробуем разобраться, каким образом при повышении мощности машина может расходовать бензин на уровне малолитражки. Устройство гибридного автомобиля Тойота Приус состоит из:

• двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
• электромотора;
• планетарного редуктора (делителя мощности);
• генератора;
• инвертора;
• аккумуляторной батареи.

ДВС и электромотор могут работать одновременно, поочередно и дополнять друг друга при необходимости. В гибридном устройстве, крутящий силовой момент на колеса может передаваться от электромотора и ДВС напрямую в различных пропорциях.

Это осуществляется с помощью планетарного редуктора (делителя мощности), который состоит из набора шестерней. Четыре из них присоединены к бензиновому двигателю, а наружная — к электромотору. Еще один сателлит присоединен к генератору, который при необходимости посылает энергию на электромотор или заряжает батарею.

Одним из главных достоинств Приуса можно считать то, что в отличие от электромобилей, для зарядки гибридного автомобиля не требуется подключение к сети питания. Процессор, управляющий всеми действиями машины, подзаряжает при необходимости аккумулятор от ДВС.

Самостоятельная замена

Для установки нового стартерного аккумулятора необходимо:

1. Открыть багажник и снять облицовку пола.
2. Отстегнуть защитную крышку положительного вывода, а затем отвернуть гайки крепления клемм на контактных штырях.
3. Отсоединить трубку отвода газов, снять планку и вынуть АКБ из посадочного гнезда.
4. Установить новый аккумулятор, подсоединить клеммы и надеть газоотводный шланг, убедившись в надежности фиксации эластичной трубки.
5. Убедиться в работоспособности системы старта ДВС.

Тяговая батарея крепится винтами к полу кузова, для доступа необходимо снять обшивку багажника.

Производитель не рекомендует выполнять демонтаж самостоятельно, снятие и установка должны производиться в условиях сервисного центра. После монтажа новой или восстановленной АКБ проводится компьютерная диагностика автомобиля.

2020 Toyota Prius Review

Принцип работы гибридного автомобиля

Основная задача инженеров Toyota состояла в том, чтобы создать экономичную машину, которая на трассе не уступала бы мощным «железным коням», но при этом имела бы небольшой расход двигателя. Для этого было использовано сочетание ДВС и электромотора. Чтобы достичь максимальной эффективности, в Тойоте Приус оба источника мощности могут работать отдельно, вместе и параллельно.

Итак, принцип работы гибридного Тойота Приус. Запуск двигателя и разгон автомобиля производится с помощью тягового электромотора. Он вращает внешний сателлит планетарного редуктора и передавая, таким образом, крутящий момент на колеса. Но на аккумуляторе далеко не уедешь. Поэтому, как только автомобиль набрал скорость, в дело включается ДВС.

Совместное использование электромотора и ДВС позволяют добиться максимального КПД (коэффициента полезного действия) всей системы, поскольку. При нажатии на тормоз двигатель внутреннего сгорания отключается и происходит так называемое рекуперативное торможение (вся энергия от сопротивления преобразуется в электрическую), при котором электродвигатель, работая в режиме генератора, заряжает аккумуляторную батарею.

Если автомобилю снова требуется повышенная мощность, например для обгона, вновь включается электромотор, энергии которого вполне хватает для резкого набора скорости. Схемы работы гибридных автомобилей были рассчитаны для увеличения экономичности авто и снижения выброса углекислого газа в атмосферу. При повышении расхода топлива (при нажатии на педаль газа), управляющий компьютер посылает сигнал на делитель мощности и включает электрический источник, что позволяет ДВС работать в режиме без нагрузок.

Toyota обладают уникальной надежностью и гибкостью, поскольку управление движением производится большей частью по проводам, минуя использование сложных узлов и агрегатов. Кстати, в гибриде Тойота Приус генератор выполняет роль стартера, и помогает «раскрутить» ДВС до необходимых 1000 оборотов.

Режим работы двигателя

• Старт. Перемещение при помощи только электрической тяги.
• Движение с постоянной скоростью. В этом случае производится передача крутящего момента на генератор и колеса.
• Генератор, при необходимости, подзаряжает аккумулятор и передает энергию на электромотор. При этом происходит суммирование крутящих моментов обоих тяговых установок.
• Форсированный режим. Электромотор, получая дополнительное питание от генератора, усиливает мощность бензинового двигателя.
• Торможение. Гибрид тормозит большей частью при помощи электродвигателя. Однако при сильном нажатии на педаль, задействуются гидравлические узлы, и торможение происходит обычным способом.

Что нового

Тем не менее, на борт машина сможет брать не более трёх пассажиров, так как в гибридном Prius есть только два задних сиденья. И, откровенно говоря, упаковка более чем нескольких чемоданов для аэропорта в неглубоком багажнике, уменьшенном из-за аккумуляторных батарей под полом — является проблемой. Конечно, пятый пассажир давал бы больше прибыли, учитывая феноменальную топливную экономичность обычного Приуса, но зато вместо этого в салоне стало гораздо комфортнее, появился бонусный подлокотник с вместительным ящиком под ним. Стандартный Prius с вместимостью для пяти седоков экономит всего 0.2 литра на 100 километров при оснащении 15-дюймовыми колёсами.

Единственный минус нового гибрида в том. Что к стартовой цене в 8.3 тысячи фунтов стерлингов прибавляется ещё почти шесть тысяч, что сразу отделяет машину от аналогичных моделей. Но взамен вы получаете в три раза большую экономию топлива. Если придерживаться коротких городских поездок, то вы сможете проехать более 50 километров от одной зарядки, что означает минимальные или вообще нулевые расходы на топливо и бесшумную плавную езду. Кстати, на некоторых зарядных станциях электричество бесплатное.

Для достижения наилучших результатов, необходимо переключиться в режим EV, для этого нажмите на соответствующую кнопку, чтобы заблокировать бензиновый двигатель Prius Plug-in, и вы почти почувствуете отзывчивость BMW i3 и потенциальную полностью электрическую максимальную скорость 135 километров в час. Конечно, у нового гибрида может не быть скорости премиального немецкого автомобиля, но Prius показывает более чем достаточную скорость для городских условий, где в основном стоят ограничения до 80 километров в час, а то и ниже. Кроме того, Toyota Prius Hybrid 2020-2021 удивительно проворен в поворотах — идеально подходит для уклонения от городских маршруток и поддержания оптимальной скорости для максимальной дальности поездки.

Двигатель (ДВС)

Тип двигателя Тойота гибрид — Hybrid Synergy Drive (гибридный синергетический привод), позволяющий сочетать два источника мощности: ДВС и электромотор. Давайте выясним, какие топливные двигатели устанавливаются на Приус.

В середине 50 годов прошлого столетия инженер Ральф Миллер предложил усовершенствовать идею Джеймса Аткинсона. Суть идеи выражалась в повышении эффективности ДВС путем сокращенного хода сжатия. Именно этот принцип, который теперь часто именуют циклом Миллера/Аткинсона, используется в гибридных двигателях компании Тойота.

Итак, Тойота Приус гибрид, как работает двигатель этого автомобиля. В отличие от других моделей ДВС, процесс сжатия в цилиндре начинается не в момент начала движения поршня вверх, а несколько позже. Поэтому перед закрытием впускных клапанов часть смеси из топлива и воздуха выходит обратно во впускной коллектор, что позволяет увеличить время, в которое используется энергия давления расширяющих газов. Все это обуславливает значительное повышение КПД двигателя, увеличение экономичности агрегата, а также повышает крутящий момент.

Характеристики двигателя:

• Объем — 1794 куб см.
• Мощность (лс/Квт/об мин) — 97 / 73 / 5200.
• Крутящий момент (Нм/об мин) — 142/4000.
• Подача топлива — инжектор.
• Топливо — бензин АИ 95, АИ — 92.

Расход Тойота Приус гибрид на 100 км в городском цикле составляет 3,9 л, по трассе — 3,7 литров.

Экономичность

Регулярно подключаясь к розетке дома или в офисе, вы сможете помахать рукой бензиновым (заправочным) операторам Shell и BP, поскольку теперь вы с нулевым потреблением бензина в пригородных поездках дальностью до 50 километров. Путешествовать можно и дальше, однако машина начнёт поглощать топливо гораздо быстрее.

Начав движение с полной батареи, мы набрали 2.2 литра на 100 километров, чего хватило на более чем 160 километров, достигнув максимума в 1.8 литра на 100 километров за первые 130 с лишним километров и покрыв 58 километров только за электроэнергии. Это требовало некоторой сдержанности, чтобы не сорваться на более динамичную езду, при которой потребление бензина растёт до 3.4 литра на 100 километров. Тойота утверждает, что с разряженной батареей машина будет потреблять 2.8 литра на 100 километров.

Как бы то ни было, водители служебных автомобилей все ещё должны быть в состоянии привести своего управляющего автопарком в бешенство с унизительно низкими квитанциями на топливо. Больше экономии денег приходит в виде бесплатного зарядного устройства для дома при условии предоставления правительственного гранта и гарантии Toyota.

Кроме того, на автомобиле начального уровня доступна обширная солнечная панель на крыше. Но надо уточнять комплектацию. Если вы получите именно такую модификацию, то вы сможете «украсть» около 650 километров в год от слабого Питерского солнца, при этом электроэнергия будет добавляться в батареи при парковке. Но чтобы заряжать батарею от обычной розетки, то придётся пару часов ждать, пока не восполнится 65 процентов энергии.

Электромотор автомобиля Тойота

Конструкция гибридного синергетического привода предусматривает использование тягового электродвигателя. Мощность электромотора Тойота Приус- 56 кВт, 162 Нм. Этот агрегат обеспечивает движение автомобиля со старта и до набора постоянной скорости, включается, когда машина идет на обгон и участвует в торможении. Вся система Тойоты Приус продумана до мельчайших деталей. Зарядка гибридного автомобиля осуществляется в процессе движения, от ДВС через управляющий генератор.

Устранение обогащения

Так как высокая потребность в мощности достигается в Prius добавлением электромотора и ВВБ к мощности самого ДВС, нет никакой необходимости в использовании обогащенной топливовоздушной смеси. Понижение же мощности силового агрегата происходит путем снижения использования этих дополнительных электрических силовых компонентов. Таким образом, двигатель гораздо чаще, чем традиционное ТС, работает в штатном режиме наивысшей эффективности. Что обеспечивает значительную экономию потребляемого топлива.

Аккумуляторная батарея

Гибрид оснащен двумя аккумуляторами (основным высоковольтным и вспомогательным), оба находятся в багажнике автомобиля. Основное устройство аккумуляторной батареи автомобиля изготовлено из никель-металл-гидридного сплава и имеет емкость 6,5 А/ч, напряжение 201, 6 В. Этот агрегат имеет собственную систему охлаждения. Внутри высоковольтной батареи находится контроллер, управляющий процессом зарядки каждой ячейки (блока) всего 168 ячеек.

Расход и восстановление энергии аккумулятора контролирует управляющий процессор автомобиля. Аккумуляторная батарея Тойоты Приус не требует подзарядки от электрической сети, этот процесс осуществляется во время движения и торможения (большей частью) транспортного средства. Вспомогательный аккумулятор: 12 В (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).

Критерии выбора: на что обратить внимание

При подборе тяговой батареи следует учитывать поколение автомобиля и дату выпуска устройства. При выборе стартерного аккумулятора необходимо ориентироваться на допустимые габариты корпуса, полярность и тип клемм. Производитель допускает использование АКБ с увеличенной емкостью или повышенным током холодной прокрутки. Не рекомендуется применять батареи с пониженной емкостью. Установить источник питания с прямой полярностью или увеличенной высотой корпуса не получится из-за ограниченной длины силовых кабелей и конструкции клемм.

Популярные модели

Помимо штатного стартерного аккумулятора, могут использоваться:

1. Solite 50Rs (внутренний код по каталогу — 65B24L), имеющий емкость 50 А*ч и обеспечивающий пусковой ток до 470 А. Габариты корпуса соответствуют посадочному гнезду, средняя цена на апрель 2021 г. составляет 4400 руб.
2. AlphaLine Standard 52R (каталожный номер — 65B24L), отличающийся повышенной до 52 А*ч емкостью и обеспечивающий ток холодной прокрутки 480 А. В линейке продукции присутствует модель 55R (индекс 70B24L), имеющая улучшенные характеристики (емкость — 55 А*ч, пусковой ток — 500 А). Цена базового варианта составляет около 5000 руб., версия с увеличенной емкостью на 500 руб. дороже.
3. Bost 55R (код по каталогу производителя — 70B24L). Батарея поддерживает ток 480 А и имеет емкость 55 А*ч. Средняя стоимость в магазинах составляет около 5000 тыс. руб.
4. Optima YellowTop R2,7J, отличающаяся конструкцией. Батарея заполнена электролитом с гелеобразной консистенцией. Аккумулятор имеет емкость 38 А*ч, но обеспечивает ток в цепи стартера до 460 А. Недостатком является цена — 15500 руб. Но ресурс АКБ достигает 10-12 лет, что в 2-4 раза выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким электролитом.

Популярные модели аккумуляторов.

Моторы/генераторы

Prius имеет два электрических мотора/генератора. Они схожи по конструкции, но отличаются по размерам. Оба – трехфазные синхронные двигатели на постоянных магнитах. Их название кажется сложнее, 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. В зависимости от сигнала программы процессора мотор/генератор может стать как производителем электроэнергии, так и ее потребителем. Эти свойства, собственно говоря, и отразились в названии агрегата.

MG1 связан с солнечной шестерней устройства распределения мощности PSD. Он – меньший из двух и имеет максимальную мощность около 33 кВт. Обычно он производит запуск ДВС и регулирует его обороты изменением величины генерируемой электроэнергии. MG2 связан с коронной шестерней планетарного механизма (устройства распределения мощности) и далее через редуктор соединен с колесами. Для упрощения понимания запомним, что MG2 всегда (постоянно) связан с колесами автомобиля. MG2 имеет максимальную мощность 50 кВт. Его иногда называют «тяговым электромотором». Обычная роль MG2 в силовом агрегате – приводить автомобиль в движение как двигатель или вырабатывать электроэнергию как генератор при торможении. Оба мотора/генератора имеют жидкостное охлаждение.

Электрическая помпа гибридной системы Prius К10. Она – самая надежная