Автомобиль Toyota Prius имеет достаточно сложную систему привода.
Основные компоненты силовой установки Toyota Prius:
1. Двигатель внутреннего сгорания
- бензиновые двигатель работающий по циклу Аткинсона. Основные достоинства такого двигателя - малый расход топлива, высокий КПД и очень низкая токсичность.
Двигатель может не только передавать усилие на колеса автомобиля при необходимости, но так же может крутить мотор генератор вырабатывая энергию для электрической сети автомобиля.
Электричество от генератора может запасаться в аккумуляторных батареях или тратится на климат-контроль или другие системы автомобиля.
2. Мотор/генератор 1 -
может работать как генератор, вырабатывает энергию для последующей зарядки аккумуляторов или для прямой передачи энергии к мотору 2 который непосредственно крутит колеса, в моменты когда ему не хватает мощности батарей. Так же этот мотор помогает запустить ДВС как стартер в обычном автомобиле.
3. Мотор/генератор 2 -
служит для передачи основного усилия на колеса автомобиля используя энергию аккумуляторных батарей.
Оба мотор/генератора сделаны на основе мощных неодимовых магнитов.
Постоянные магниты двигаются внутри элетромагнитного статора состоящего из множества медных обмоток вырабатывая электрический ток.
На выходе статора при работе в режиме генератора мы получаем трехфазное переменное напряжение, которое с помощью конвертера преобразовывается в постоянное напряжение, необходимое для подзарядки аккумуляторов и стабильно работы электросети автомобиля.
Так же в режиме мотора, если на обмотки электромагнитного статора подается трехфазное контролируемое напряжение, ротор с магнитами крутится вырабатывая необходимое количество кинетической энергии.
4. Планетарный раздаточный механизм - самый сложный элемент привода автомобиля. Позволяет комбинировать усилия от Двигателя внутреннего сгорания и тягового электродвигателя. Механизм может не только подключать в нужные моменты ДВС, но так же может отключать его от всей системы привода, оставляя его один на один с генератором.
Основной особенностью планетарного механизма автомобиля Toyota Prius является то, что двигатель внутреннего сгорания не связан напрямую с колесами. ДВС может частично помогать вращать колеса отдавая лишь часть энергии и происходит это на оптимальных оборотах двигателя и на соответствующей оптимальной скорости автомобиля.
Как показывает практика - ДВС работает оптимально на трассе при оборотах выше 2000 - особенно это касается двигателя с циклом Аткинсона, который практически не отдает момента на низких оборотах.
В основном ДВС крутит генератор который вырабатывает электрическую энергию. Если автомобиль движется в пробках и передвигается медленно, его перемещает основной электродвигатель за счет аккумуляторных батарей. В случае если автомобилю нужно набрать скорость дополнительная энергия вырабатывается генератором который раскручивается с помощью ДВС.
Основные части планетарного механизма
1. Основное кольцо
- внешняя круговая шестерня
2. Солнечная шестерня
- по аналогии с солнечной системой расположена в центре механизма
3. Планетарные шестерни
- расположены на планетарной оси которая вращается вокруг солнечной шестерни и соответственно так же вращаются и планетарные шестерни.
Мотор/генератор 1 - который в большинстве случаев работает как генератор или как стартер подключен напрямую к солнечной шестерне.
Мотор/генератор 2 - подключен к основному кольцу и в свою очередь напрямую к колесам.
ДВС - подключен к планетарной оси с планетарными шестернями.
На стенде представлена вся система в сборе.
Основные элементы - диск сцепления на валу планетарного механизма (ДВС), мотор/генератор 1 и Мотор/генератор 2.
Видео - принцип работы и составные части планетарного механизма соединяющего электродвигатели и двс в тойту приус
Примеры работы коробки передач тойоты приус:
1.
Если автомобиль остановился Мотор/генератор 2 тоже останавливается так как соединен напрямую с колесами.
Если аккумлуяторные батареи недостаточно заряжены для последующего движения их нужно зарядить с помощью генератор. Для этого необходимо завести двигатель.
Мотор/генератор 1 начинает свое вращение и через планетарный механизм вращает и заводит двигатель.
ДВС в свою очередь начинает вращать Мотор/генератор 1 и тот в режиме генератора вырабатывает необходимую энергию. Переменное напряжение на выходе генератора преобразовывается в постоянное напряжение 120 Вольт для зарядки аккумуляторов.
Так же двигатель может запускаться и останавливаться в таком режиме при необходимости для зарядки аккумуляторов или для подпитки потребителей бортовой сети автомобиля (климат-контроль, магнитола, свет).
2. Если нам необходмо начать движение и двигатель внутреннего сгорания остановлен, энергия направляется на Мотор/генератор 2 который начинает вращать колеса и одновременно через планетарный механизм вращает Мотор/генератор 1. На этом этапе происходит обратное преобразование из постоянного напряжения 120 Вольт в трехфазное переменное для вращения электромотора.
При большом разгоне автомобиля, мы можем достигнуть такой скорости на колесах автомобиля а значит и на оси Мотор/генератор 2 которая будет больше допустимой скорости Мотор/генератор 1. Обычно это скорость около 40 миль в час при которой обороты на Моторе 1 достигают максимальных 6000.
Мотор 2 приводит в движение Мотор 1 через шестерни с соотношением 2,6. То есть при вращении Мотор 2 на максимальных оборотах, Мотор 1 будет делать в 2,6 раза больше оборотов.
3. Запуск двигателя на ходу происходит при остановке Мотор/генератор 1 с помощью электромагнитного поля подаваемого как противовес - против вращения ротора. При такой комбинации усилий, сила вращения колеса передается на вал ДВС. Двигатель прокручивается и заводится.
ДВС начинает вращаться и увлекает за собой Мотор/генератор 1. Теперь все моторы вращаются в одном направлении и все силы равномерно расходуются на движения колес. Правило соблюдается только если скорости всех моторов одинаковые.
Если ДВС начинает крутится быстрее прикода колес (Мотор/генератора 2), он начинает быстрее вращать генератор 1 вырабатывае больше энергии для зарядки аккумуляторов и последующего движения.
На данном примере мы можем четко проследить что Двигатель Внутреннего сгорание не связан напрямую с приводом авто. Он вращается свободно - может вращаться быстрее или медленнее основного привода (Мотор/генератора 2). ДВС может только помогать вращаться колесам при совпадении оборотов колес и оси двигателя - в остальных случаях он работает только на генератор добавляя необходимую энергию в систему в нужные моменты.
4.
Задний ход реализован с помощью Мотор/генератора 1, который как вы помните по описанию выше использовался только как генератор или стартер.
В случае если ДВС заглушен и автомобиль необходимо сдвинуть назад - Мотор/генератора 1 подключается в режиме мотора и вращается в направлении противоположном вращению Мотор/генератора 2. При остановленом ДВС планетарная ось остановлена на месте и усилие с Мотора 1 передается через планетарные шестерни напрямую на Мотор 2.
Мотор 2 вращается в обратно направлении и автомобиль двигается назад.
Если в момент запуска заднего хода работает ДВС, необходимо просто вращать Мотор/генератора 1 быстрее чем вращается ДВС, тем самым дополнительное усилие (вращение с превышающей скоростью) будет передаваться на Мотор/генератора 2 в виде обратного вращения - заднего хода.
Таким образом сложный и в тоже время простой планетарный механизм позволяет соединить три двигателя в любых комбинациях необходимых для полноценной работы автомобиля Toyota Prius.
Одним из самых актуальных технологических направлений в мировом автопроме является внедрение «зеленых» технологий. Даже эффективные системы безопасности и ультрасовременные электронные ассистенты меркнут на фоне преимуществ, которые открывают электрические и гибридные концепты. И дело не только в минимизации уровня загрязнений окружающей среды. Отказ или, по крайней мере, сокращение потребления традиционного топлива выгодно и для самих автолюбителей, которые могут рассчитывать на значительную экономию. Правда, слово «экономия» пока еще неохотно сочетается с ценами на энергосберегающие модели. Большинство предложений этого класса доступны российскому потребителю за 2-3 млн руб. В этом контексте весьма привлекателен выбор такого автомобиля, как «Тойота-Приус-Гибрид», фото которого представлено ниже.
Модель предлагается с начальным ценником 1,2 млн руб. Конечно, и такую стоимость нельзя назвать доступной массовому автолюбителю, но сокращение топливного расхода при долгосрочной эксплуатации оправдает вложения. Тем более что покупатель получает не просто модель с необычной силовой установкой, а качественный японский автомобиль с намеком на премиальность.
Общие сведения о модели
Мода на гибридные модели и электрокары у производителей возникла в начале 2000-х годов. Конечно, некоторые разработки в этой области существовали и раньше, но их реальное воплощение в концептах произошло только в последние 15 лет. В свою очередь, японский производитель стал одним из первопроходцев в сегменте, выпустив гибридную модель еще в 1997 г. Впрочем, на мировом рынке автомобиль появился лишь через три года. При этом было сохранено то же устройство - «Тойота-Приус-Гибрид» 2000 г. под капотом содержит четыре компонента: традиционный ДВС, электромотор, высоковольтную батарею и мотор-генератор. Как видно, модель сочетает элементы от разных конфигураций силовой установки, включая и классический двигатель внутреннего сгорания, и батарею.
В плане внешности автомобиль можно отнести к гольф-классу. Хотя крупные производители стремятся снабжать гибридными установками исключительно дорогостоящие люксовые версии, японцы предпочли близкий для широкого потребителя класс. Собственно, этим и обусловлена сравнительно доступная цена на авто «Тойота-Приус-Гибрид», отзывы владельцев о котором весьма благосклонны применительно к версии за 1,2 млн руб., но они отмечают и богатство опционального оснащения в более дорогих версиях за 2 млн руб.
Принцип работы базовой версии
Инженеры предлагают два подхода к реализации гибридной конструкции. В первом варианте движение и управление машиной обеспечиваются электромотором, а ДВС лишь снабжает батарею. Второй вариант предусматривает возможность равноценного использования обоих генераторов. Два первых поколения показали возможность и эффективность совмещения обеих концепций. Для понимания, как работает «Тойота-Приус-Гибрид» в классическом исполнении, стоит рассмотреть силовую установку Synergy Drive. Комплекс включает бензиновый ДВС на 78 л. с. и работающий от батареи электродвигатель на 68 л. с. В совокупности это обеспечивает максимальную отдачу. Управлять таким потенциалом можно с помощью четырех режимов. В момент запуска установка ДВС отключается, и функцию основного привода машины берет на себя электромотор. По мере нарастания мощности ситуация меняется: активность аккумулятора понижается, и в дело вступает бензиновый агрегат.
Принцип работы третьего поколения
Несмотря на прибавку мощности, третья генерация модели отличилась высоким уровнем топливной экономичности. Версия получила 1,8-литровую «четверку», схема которой базируется на цикле Аткинсона. Как и предполагает изначальное устройство, «Тойота-Приус-Гибрид» также получила батарею, которая задействуется по мере необходимости. К особенностям третьего поколения также стоит отнести применение электрического насоса для охлаждения и улучшенной системы обеспечения рециркуляции выхлопа. Что касается режимов езды, то в данном случае предполагается три способа. Первый режим (EV) рассчитан на движение в низком скоростном диапазоне с подключением аккумулятора. Далее следует усиленный режим, позволяющий увеличивать чувствительность акселератора для спортивного характера езды. Самым же экономичным является Eco Mode, при котором достигается наиболее рациональное соотношение затрачиваемой энергии и силовых запросов автомобиля в процессе движения.
Технические параметры модели
При всех особенностях внутренней начинки платформа и основная конструкция автомобиля выполнены по традиционной схеме. При этом экстерьер выглядит довольно необычно, что, в свою очередь, придает еще одну изюминку автомобилю «Тойота-Приус-Гибрид». Технические характеристики модели выглядят так:
- Кузов гибрида - хэтчбек 5-дверный.
- Длина - 445 см.
- Ширина - 172,5 см.
- Высота - 149 см.
- Объем багажного отсека - минимум 408 л.
- Колесная база - 270 см.
- Колея задняя - 148 см.
- Передняя колея - 150,5 см.
- Клиренс - 14,5 см.
- Подвеска - пружинная независимая в передней части и полунезависимая сзади.
- Коробка передач - прямая планетарная.
- Тормоза - дисковые.
Характеристики батареи
Производитель использует аккумуляторы от компаний NiMH и Panasonic, на которые дается 8 лет гарантии. Собственно, благодаря этим элементам и обеспечивается экономичность модификации авто «Тойота-Приус-Гибрид». Технические характеристики используемых батарей выглядят следующим образом:
- Емкость - от 6 до 21 А*ч.
- Время на выполнение полной зарядки - 90 мин.
- Масса - от 45 до 80 кг, в зависимости от версии.
- Количество модулей в батарее - от 28 до 40.
- Количество сегментов в модуле - 6.
- Напряжение в сегменте - 1,2 В.
- Суммарное напряжение - от 206 до 288 В.
- Запасная энергия аккумулятора - максимум 4,4 кВт*ч.
Технологические особенности эксплуатации
В представлении большинства автомобилистов главным отличием гибридных моделей является их экономичность. Тем не менее есть и другие нюансы эксплуатации, которыми обладает «Тойота-Приус-Гибрид». Принцип работы, в частности, обуславливает довольно высокий уровень автоматизации управления, к чему следует быть готовым. Например, бортовой компьютер самостоятельно регулирует параметры работы двигателя, обеспечивая таким образом оптимальные показатели заряда батареи. Так, в момент остановки автомобиля система активизирует рекуперативное торможение, благодаря которому аккумулятор подзаряжается автоматически.
Предлагаются и другие полезные решения, среди которых датчик контроля дистанции, автоматическое натяжение ремней безопасности, настройка сидений и оптимальная подгонка чувствительности педали в машине «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев высоко оценивают и работу интеллектуальных помощников, которые позволяют без труда парковаться, использовать камеру заднего вида.
Расход топлива
Даже на фоне других представителей гибридного сегмента японская модель демонстрирует неплохие показатели экономии. В городе машина в базовом исполнении потребляет около 8 л, а за городом и того меньше - 5,5 л. Кроме того, в показателях выброса вредных веществ используемые японцами двигатели значительно превосходят нормативы «Евро-4». При этом у третьего поколения еще меньше расход топлива. «Тойота-Приус-Гибрид» в этом исполнении при движении по городу демонстрирует потребление на уровне 4,9 л, а на трассе - 4,6 л. Такое достижение стало возможным не только благодаря силовой установке. Чтобы покрыть от возросшей мощности двигателя, инженеры использовали сверхпрочные алюминиевые сплавы в конструкции. Это позволило снизить массу гибрида, которая составляет 1,5 т.
Динамические показатели
Широкому распространению «зеленых» технологий в автомобилестроении препятствуют два фактора, сдерживающие спрос. В их числе, как уже отмечалось, цена, а также скромные скоростные показатели. Однако японский производитель смог избавиться от этих недостатков, о чем свидетельствует динамическая характеристика: «Тойота-Приус-Гибрид» отличается приличной максимальной скоростью - 170 км/ч и неплохим разгоном - до 100 км/ч «китаец» ускоряется за 11 секунд.
Отчасти столь высокие показатели гибрида обусловлены легкой конструкцией, но не стоит исключать и влияние технологических особенностей модели. К примеру, тяговитый электромотор обеспечивает быструю реакцию, а отсутствие традиционной КПП позволяет оптимизировать взаимодействие между водителем и силовой установкой. Также не стоит забывать об электронных системах, которыми дополняется паркетник для авто «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев говорят о практической пользе ассистентов в процессе движения. Они не только способствуют повышению безопасности, но и облегчают управление гибридом.
Планы по дальнейшему развитию гибрида
В разработке новых модификаций компания ориентируется на несколько направлений. Наиболее важным на данный момент является улучшение модели. Работой над этой частью занимаются дизайнеры, которые проектируют экстерьер. В первых поколениях создателям удалось достичь значительного результата в виде снижения коэффициента аэродинамического сопротивления, который на сегодняшний день оптимален у модели «Тойота-Приус-Гибрид». Принцип работы на основе альтернативных источников питания также будет развиваться, в том числе за счет солнечных батарей. Инженеры активно занимаются проектированием способов их установки на крышу. Как предполагается, за счет этого элемента автомобиль сможет обеспечивать работу системы климат-контроля.
Положительные отзывы владельцев
Большинство положительных отзывов о модели обусловлено достоинствами, которые обеспечила силовая установка. По сравнению с традиционными бензиновыми машинами этот автомобиль гораздо экономнее в эксплуатации. И дело не только в снижении расходов на топливо для такой пятидверки, как «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев свидетельствуют, что модель не так часто требует замены масла, а также избавляет от ремонта стартера и генератора, которые просто отсутствуют под капотом. Помимо этого, отмечаются достоинства автомобиля в плане оснащения новейшими опциональными устройствами.
Стоит отметить и преимущества автомобиля с точки зрения эксплуатации в России. Что особенно приятно для отечественного автовладельца: даже сильные морозы не оказывают влияния на работоспособность кроссовера «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев зимой подтверждают, что машина без проблем заводится и требует только подогрева салона для комфортной поездки.
Негативные отзывы
Конечно, высокая стоимость многих отталкивает от такой покупки. Хотя на фоне других гибридов этот вариант можно назвать самым доступным, все же этот автомобиль дороже бензиновых аналогов. Есть и критика относительно проблем утилизации отработавших аккумуляторов гибрида, но эти проблемы в большей степени волнуют экологические организации, а не владельцев автомобилей.
Заключение
На российском рынке нет моделей в сегменте «зеленых» автомобилей, которые смогли бы составить полноценную конкуренцию японской разработке. Недаром отзывы на «Тойоту-Приус-Гибрид» в массе своей носят положительные оттенки. Автомобиль отличается экономией в эксплуатации и техобслуживании, но при этом обеспечивает практически все функциональные возможности, которыми располагают привычные бензиновые модели. Разумеется, при покупке придется готовить большую сумму денег, но гибрид при длительной эксплуатации себя непременно окупит. Новые технологии стоят дорого, однако пользу от перехода на более совершенные средства передвижения сложно переоценить.
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 автомобилей гибридов. Сегодня установки типа hybrid удалось усовершенствовать так, что они стали устанавливаться и на другие более массовые модели Toyota, тем не менее Prius заслуженно входит в рейтинг лучших гибридных автомобилей . Популярность подобной схемы мотора можно объяснить ее экологичностью, экономичностью и надежностью, проверенной годами.
Мы нарочно постояли в самых жестких пробках, проехали круг по ночному МКАДу, посчитали каждый потраченный рубль и подискутировали на тему экономической целесообразности Приуса.
Колесная база нового Приуса точь-в-точь как у прежней машины. Выходит, гибрид четвертого поколения - результат глубокого рестайлинга?
Не тут-то было! Четвертый Prius абсолютно новый. В его основе - модульная архитектура TNGA (Toyota New Global Architecture), на которой в обозримом будущем станет базироваться большинство моделей компании. Доля высокопрочных сталей в конструкции кузова увеличилась с 3 до 19%, жесткость кузова на кручение выросла на 60% - это при уменьшившейся на 50 кг снаряженной массе. Вместо задней балки гибрид получил независимую подвеску, а тяговая батарея переехала из багажника под сиденье. По сути, прежний в новом Приусе лишь ДВС, да и тот был заметно доработан. Японцам удалось снизить потери на трение и повысить стойкость к детонации. Термодинамический КПД этого двигателя составляет 40% - рекордный показатель во всей индустрии.
Заявленный расход в районе 3 литров на 100 км - правда? И почему паспортные значения городского и загородного циклов практически не отличаются?
Три литра на сотню, конечно, лукавство. По крайней мере, нам не удалось даже приблизиться к этим показателям. Лучшим результатом остались 3,9 л/100 км во время перегона из Москвы в Дмитров со средней скоростью 55 км/ч. Самыми «устрашающими» значениями на экране трип-компьютера остались 5,5 л/100 км - впрочем, для достижения подобного результата на Приусе надо безжалостно «дубасить». В нормальных условиях расход в городском и загородном циклах действительно практически идентичен и составляет около 4,3–4,5 литра на сотню. Спасибо системе рекуперативного торможения, которая в городе работает на удивление эффективно.
Можно ли окупить «гибридность» Приуса за счет низкого расхода топлива?
Давайте прикинем вместе. В качестве точки отсчета возьмем седан Toyota Corolla со 122-сильным 1,6-литровым мотором в максимальной комплектации Prestige. Такой автомобиль стоит 1 329 000 рублей и с точки зрения потребительских качеств максимально близок к Приусу (та же колесная база и простор на заднем сиденье, та же мощность, схожий уровень отделки и оснащения). Заявленный городской расход 1,6-литровой Короллы в городе - 8,2 л/100 км. На трассе - 5,3 л/100 км. Конечно же, на деле и эти значения будут выше заявленных. Так что за средний расход примем 9 л/100 км, допуская, что наш гипотетический владелец эксплуатирует автомобиль преимущественно в городе (напомню, расход Приуса не слишком зависит от цикла и в среднем составляет 4,5 л/100 км). Таким образом, при годовом пробеге в 25 000 км экономия составит 1125 литров, или 45 000 рублей (один литр АИ-95 приравняем к 40 рублям). Чтобы компенсировать разницу в цене между Короллой (1 329 000 рублей) и Приусом (2 112 000 рублей), потребуется больше 17 лет. Поэтому покупать гибрид с целью экономии утопично.
Тогда какой в нем смысл? Какие качества можно без тени сомнений записать в актив Приусу?
Сочетание управляемости и плавности хода заслуживает похвалы. Prius прекрасно отрабатывает даже самые жесткие дорожные дефекты и остается абсолютно живым, интересным в управлении автомобилем. Небольшие крены, насыщенная обратная связь на руле. А еще Prius по-настоящему тихий: двигателя не слышно вовсе (разве что вы захотите выкрутить его в отсечку), да и шум от дороги проникает в салон только при езде по абразивному асфальту. Добавьте приятный, качественно отделанный интерьер. Плюс некоторые наверняка запишут в актив «японцу» кричащую эпатажную внешность.
Хорошо. А как насчет явных минусов?
И сюда многие также запишут внешность. После цены в два с лишним миллиона рублей это, пожалуй, следующий сдерживающий фактор. Кроме того, у Приуса маленький багажник (всего 276 литров по результатам наших замеров). А если говорить о ездовых свойствах, расстраивают тормоза. В процесс торможения в любой момент может бесцеремонно вмешаться электромотор, так что усилие на педали «гуляет». Совсем недавно мне довелось испытать гибридный BMW X5 xDrive40e, который лишен такой особенности. Так что, отцу всех гибридов есть к чему стремиться. Гибридность как таковая - не оправдание.
Какие перспективы ждут Prius четвертого поколения в России?
Буду предельно осторожен в прогнозах, но в том, что четвертый Prius станет популярнее предшественника, не сомневаюсь ни на минуту. Дело в том, что за весь 2016 год в России официальными дилерами было продано лишь 16 гибридов третьего поколения. Это абсолютное дно, пробить которое новинке никак не по силам. Хотите - верьте, хотите - нет, но мне уже даже посчастливилось увидеть на дороге Prius четвертого поколения. Судя по номерным рамкам, он принадлежал частному лицу, а не российскому представительству Тойоты.
Гибрид модели Toyota Prius за три ее поколения успели настолько усовершенствовать, что сегодня этот силовой агрегат можно встретить и в ряде более популярных массовых моделях Toyota. Так в чем же конструктивные ноу-хау тойотовского гибрида?
Конструкция
Гибридная силовая установка Toyota Prius представляет собой последовательно-параллельную конструкцию (комбинированная), в которой крутящий момент на колеса может передаваться от двигателя внутреннего сгорания напрямую и от тягового электромотора в любых пропорциях. Для реализации работы по такой схеме в конструкцию силовой установки был внедрен, так называемый, делитель мощности. Это планетарный механизм с четырьмя шестернями-сателлитами. К наружной шестерне этого механизма подключен тяговый электродвигатель. Так же она непосредственно связана с главной передачей, которая передает крутящий момент к межколесному дифференциалу и далее на колеса. Четыре сателлита в этой конструкции подключены к двигателю внутреннего сгорания, т.е. их оси вращаются вокруг оси центральной солнечной шестерни. Последняя, в свою очередь, связана с управляющим мотор-генератором. Чтобы понять, как эта конструкция работает, следует по отдельности рассмотреть режимы ее работы.
Общий принцип работы
Начальный разгон машине обеспечивает тяговый электромотор-генератор MG2. Он вращает внешнюю шестерню планетарной передачи, через которую момент передается на колеса. Когда мощности тягового электромотора становится недостаточно, в работу вступает бензиновый двигатель. При этом он работает в самом экономичном режиме. Вращая шестерни сателлиты, приводятся в действие как наружная шестерня, так и внутренняя, солнечная, которой управляет мотор-генератор MG1. И именно от поведения MG1 зависит на сколько усилие ДВС передастся на колеса, иными словами это называется «формирование передаточного числа трансмиссии».
Так же MG1 отвечает за подзарядку батареи в любом режиме (даже стоя на месте) и за запуск двигателя, что делает систему очень гибкой, вне зависимости от режима эксплуатации. Благодаря этому инженерам Toyota удалось получить универсальную систему распределения крутящего момента, которая максимально оптимально распределяет энергию, полученную при сгорании топлива в ДВС. Эта система так же обладает уникальной механической надежностью, поскольку управление крутящим моментом происходит по проводам, минуя традиционное множество сложнейших механических и гидравлических узлов.
Делая эко-мобиль с очень умной силовой установкой инженеры Toyota серьезно подошли и к выбору двигателя внутреннего сгорания. Он, как и в целом автомобиль, разработан для максимальной экономии топлива. А так как эта характеристика напрямую зависит от коэффициента полезного действия мотора, т.е. от эффективности использования теплоты сгораемого топлива, было принято решение создавать ДВС, работающие по циклу Аткинсона. В данном моторе, в отличии от двигателей, работающих по циклу Отто, сжатие начинается не в начале хода поршня вверх, а чуть позже, поэтому часть топливо-воздушной смеси выталкивается обратно во впускной коллектор. Благодаря этому удается увеличить рабочий ход, чем увеличивают время использования энергии давления расширяющихся газов, т.е. повышают КПД мотора с соответствующим снижением расхода топлива. Цикл Аткинсона в гибридах более актуален по причине работы ДВС в данной конструкции в более узком диапазоне оборотов.
В последнем 4-м поколении Toyota Prius используется 1,8-литровый бензиновый двигатель, мощностью 98 л.с.. В Toyota Yaris Hybrid применен 1,5-литровый двигатель, мощностью 75 л.с., в модели Auris – 1,8-литровый 99-сильный ДВС, и в последней новинке Toyota RAV4 Hybrid использован 2,5-литровый ДВС мощностью 155 л.с. Суммарная мощность силовых установок этих гибридов составляет, соответственно, 122 л.с., 100 л.с., 136 л.с., 197 л.с.
Стоит отметить, что инженеры Toyota продолжают совершенствовать конструкцию ДВС, работающего по циклу Аткинсона. На данный момент уже выпускаются моторы с тепловым КПД (коэффициент полезного действия), который достигает 40%. Ранее этот показатель для данных моторов составлял 38 %, а для ДВС, работающих по циклу Отто – еще меньше. Более высокий коэффициент полезного действия означает более эффективное использование тепла, выделяемого при сгорании топлива. Соответственно, удельная мощность и экономичность новых гибридных агрегатов Toyota стали еще выше.
Кстати, понятие «холостого хода двигателя» у гибридов Тойота отсутствует. Если блок управления запустил мотор, это означает что: либо заряжается батарея, либо прогревается ДВС, либо обогревается салон, либо автомобиль движется.
Электромоторы
В конструкции гибридной силовой установки Toyota используется два электромотора – управляющий мотор-генератор (MG1) и тяговый мотор-генератор (MG2). Мощность тягового электромотора:
Yaris Hybrid – 45 кВт, 169 Нм;
Auris Hybrid – 60 кВт, 207 Нм;
Prius – 56 кВт, 163 Нм;
RAV4 Hybrid – 105 кВт, 270 Нм; задний электромотор – 50 кВт, 139 Нм;
Кстати, управляющий мотор-генератор в данной конструкции выполняет и функцию стартера. Это позволило исключить из конструкции ДВС классический стартер, которые в случае с ДВС, работающими по циклу Аткинсона не могут запускаться на низких оборотах (у обычных ДВС Отто – 250 об/мин). Данный агрегат для запуска нужно «раскрутить» до оборотов не менее 1000, что и делает управляющий мотор-генератор.
/
Электроника
За обеспечение работы гибридной силовой установки Toyota отвечают еще ряд систем. Это преобразователь напряжения (инвертор), 520В / 600В / 650В. В него входит бустер, инвертор преобразователь постоянного тока в постоянный ток 14 вольт (для питания бортовой сети, DC/DC) и жидкостная система охлаждения. Последняя нужна для создания наиболее благоприятных условий работы электроники. Она работает с наибольшей производительностью и наименьшими потерями при комнатной температуре (порядка 20 градусов Цельсия). Поскольку инвертор оборудован мощными каскадами транзисторов – они требуют быстрого отвода тепла. Этого же требуют и электромоторы в трансмиссии. Для этого к инвертору и трансмиссии подведена жидкостная система охлаждения, температурный диапазон которой гораздо ниже, чем нормальный температурный диапазон двигателя внутреннего сгорания.