Приус гибрид как работает

Приус, как работает 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 XV30

Принцип 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

В 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

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

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

Как на практике работает гибрид Приус для Чайников Чайником — Toyota Prius, 1.5 л., 2009 года на DRIVE2

Господа и дамы, выдалась минутка и пришла идея написать как работает Тоётовский гибрид для не технарей и продвинутых пользователей, а простых сограждан которым глубоко по-барабану на то как оно там жужжит но любопытно и колется. Итак сказка на тему А ЗАЧЕМ КОЗЕ БАЯН а мне гибрид?Для начала немного отступления, я в своё время выбирая слудующую машину прочитал очень много отзывов и обзоров и далеко не только в рунете и думал что знаю о Приусе почти всё.( на самом деле все гибриды Тойоты/Лексуса сходны по идее и конструкции, базовый моторчик может меняться под вес и размер машины но принципов и идеи это не меняет). Прямо гордый собой наконец купил этого хорька и вдруг понял что мои ожидания и представления от ТЕОРИИ не стоят и ломаного гроша. Практика и теория однако большая разница понял я опять икнув и почёсывая затылок. Поэтому я попробую объяснить простым языком КАК оно жить с гибридом, ПОЧЕМУ он не для всех, ПОЧЕМУ он столько жрёт и у всех по разному и ЗАЧЕМ оно всё это нужно.Заодно я надеюсь что это может успокоить мозги дизелистов, турбофанатов, примитивистов и пр в наших рядах уважаемых автолюбителей и ездюков. Итак: всё начинается с огромного желания граждан (не только наших кстати) кататься на халяву и сопутствующих визгов зелёных о безвинно разоряемой планете. Все хотят надёжности, кондовости и чтоб не жрала, не ломалась да ещё пёрла как печь в сказке. Легко сказать. Производители кстати об этой мечте знают отлично и стараются в меру сил решить вопрос. На сегодняшний день идеи о путях решения разделились на: 1) Дизель(VW и пр); 2) Маленький Бензомотор с Турбиной(-ми); 3) Крутилка (амосферные высокооборотный мотор Хонда ); 4) Примитивисты-соглашатели (старый добрый 8 клапанник в маленькой очень простой машинке вроде Логанчика; ну и гибриды всех мастей. Проблема на самом деле упирается в необходимости кучи тяги для безопасного ускорения и отсутствия необходимости в ней для качения с постоянной скоростью. По-старинке достигался компромис где-нибудь в серединке потребностей, но тогда маловато на ускорение и многовато для качения-неэффективно и жрёт, но просто и надёжно. Ау, простой да побольше объёмом атмосферник. Просто и сердито. Тут всё хорошо на самом деле кроме расхода и улучшить ничего без кардинального осложнения и удорожания (читай проблемы) невозможно. Турбина дала возможность уменьшить моторчик и соответсвенно его расход на низких оборотах при возможности вдуть на полную когда надо, прямой впрыск добавил зелёной радости. Звучит красиво- вот оно счастье, но ресурс испарился и ленивый всёпрощающий простой и тихий мотор превратился очень злой на жизнь постоянно капризничающий от обид и требующий неукоснительного дорогого обслуживания сложнейший агрегат с проблемой преждевременного старения. При этом в городе и пробках, где и проживают большинство автолюбителей в цивилизованном мире (где собственно деньги водятся) турбожужжалки всё равно жрут-с и ещё добавки просят, т.к. постоянные ускорения на светофорах заставляют их дуть постоянно и не по детски до отсечки.

Дизель (современный ЕВРО 3-4-5 )имеет похожую проблему. Хорош на трассе, жрёт в городе при этом шумен, сложен и при выслуге лет потенциально разорителен из-за обилия ОЧЕНЬ дорогих деталей. А ещё и зелёные эльфы постоянно усложняют и удорожают ему жизнь. Тупик. Тут на сцену и выходит Тойота. Она поигравшись в турбинки и не особо фанатея от дизелей (в Японии их не любят и домашний рынок их не берёт) решила как Владимир Ильич: МЫ ПОЙДЁМ ДРУГИМ ПУТЁМ. Так появился Приус10 в Приус11,20,30… добавился Лексусами пр пр. Сейчас практически любая машина в линейке Тойоты имеет гибридный вариант и не наша вина что далеко не все они к нам в руки попадают. Что же они решили сделать? Машину для ГОРОЖАНИНА. Машину для бесконечных пробок и светофоров, отвозов детей в школу, набегов на гипермаркеты. Она бессмысленна в деревне или на картошке, не нужна для провинций без светофоров и дорог, она не может тянуть лодки и мотоблоки, прицеп с лошадью и арбузами. Для этого есть и другие повозки. Она для людей которые ценят комфорт, тишину, не особо фанатеют от вождения и превыше всего ценят надёжность своей доставки из пункта А большого города в пункт Б большого города МАКСИМАЛЬНО ДЁШЕВО. Идея проста как и всё гениальное, исполнение на троячок, но и это впечатляет. Постоянные светофоры и сопутствующие циклы ускорения/торможения бессмысленно уничтожают большинство энергии топлива на нагрев тормозов вместо перемещения нашей драгоценной задницы в постранстве. Не верите? Проедьте ту же дистанцию на пустой трассе и в забитом пробками городе и померяйте разницу в израсходованном топливе. Будете плакать. Тойота решила попытаться спасти часть этой энергии заряжая её в батарейку при любом торможении и свободном качении. Если батарея пуста то избыток мощности мотора при качении тоже может отбираться в батарею. Разумеется всё спасти невозможно и батарея далеко не безразмерная, но всё же лучше что то чем ничего. Дальше проще — простой электромотор может использовать эту спасённую энергию на ускорение (светофор, обгон и пр пр) с самых низов ПОМОГАЯ основному бензомотору. Благодаря этому можно поставить маленький кондовенький простой цепной атмосферник и не париться с прямыми впрысками, турбинами, сажевыми фильтрами, неоптимальными условиями работы и прочей гадостью. Они умудрились даже избавиться от коробки передач, её роль выполняет простейшая планетарка(ощущается как вариатор) и по отзывам особо проблем не выдаёт от слова вообще. Да, машина утяжелена батареей, хотя особо места она не занимает, зато нет тяжеленной коробки авто. Да, есть электрическая часть, но она не имеет много движущихся частей, достаточно кондова и не требует НИКАКОГО обслуживания. Батарея конечно стоит, но стоит куда меньше ЛЮБОЙ современной коробки автомата и держится намного дольше. В итоге получилась машина которая себя чувствует в пробках как рыба в воде. Чем забитее город тем меньше она ест. У меня в пробках регулярно показывает и 2-3л/100км .При этом очень мягкая и тихая (В ГОРОДЕ) прекрасно управляемая (В ГОРОДЕ). Собственно бензомотор в пробках работает в идеале очень мало и машина ползёт на батарейке при работающей музыке, кондиционере и пр. Как раз на открытой дороге это преимущество рекуперации энергии исчезает и Приус стремительно приближается по расходу к обычным авто. Отсюда и большинство сравнений с Логаном и недовольства разницей заявленного и реального расхода. Если нет много светофоров и пробок вы никогда не получите заявленные цифры расхода. При отрицательных температурах бензомотор вынужден работать больше на прогрев/обогрев и расход резко вырастет. Запас тяги в заряженной батарее не бесконечен и при отсутствии рекуперации от торможения/качения Приус будет заряжать её сам от бензомотора (на всякий случай возможного ускорения) УВЕЛИЧИВАЯ мгновенный расход. Даже стиль оптимальной езды тут другой: тапка в пол и свободное качение до следующего светофора в процессе на халяву заряжая батарейку для следующего рывка. Любители лететь под тягой и тормозить в последний момент тут в пролёте, т.к. вместо получения халявы они тупо нагревают свои тормозные диски и жгут бензин НЕ ЗАРЯЖАЯ БАТАРЕЙКУ. Оттуда и расход. Ещё одно наблюдение. Из-за особой любви к зелёным идеям первые 5 минут Приус очень активно жжёт бензин на прогрев катализатора до рабочей температуры. Я не в курсе как он это делает физически но можно увидеть и 25л/100 км на мгновенном расходе и слегка прибалдеть. Повторяю, это только в первые 5 минут езды. Поэтому если ваша работа в 5 минутах езды и вы прыгаете в машину даже по пути в туалет то готовьтесь к далеко не 5 л/100км, хотя с таким режимом жрать будет всё и вся. Затяжные подъёмы и спуски тоже не айс, батарея не бесконечна и на длинном спуске большинство энергии не запасти (места нет а жаль) а на подъёме батарейка сожрётся очень быстро и машина превратится в натужно ревущего осла сатанеющего от задачи лезть вверх и заряжаться одновременно. Мой опыт что если с полной (вся зелёная) батарейкой вдуть тапку в пол на трассе с места то к моменту достижения 120км/ч она уже пуста. На светофоре в нормальном ритме около 4-6 ускорений. Немного, но в принципе достаточно в 80-90% ситуаций горожанина. На практике вы получаете комфортабельный Айфон на колёсах с минимумом расходов на езду, максимумом развлекаловки и картинок, минимальным вовлечением в езду и её тонкости. Рули, тормози и думай о прекрасном, обо всём остальном машина решит сама и в удобное для неё время. Для всех ли это идеал? Не думаю, можно улучшать до бесконечности. Но идея работает куда лучше конкурентов. Расход меньше, комфорт выше(при пользовании по назначению), надёжность выше (за счёт простоты). Не зря в Европе таксисты в массах пересаживаются на Приусы с дизелей. Дешевле и геморра меньше. Опять же ДЛЯ ГОРОЖАНИНА ИЗ МИЛЛИОННИКА. Даже отсутствие качественной шумки тут имеет смысл. А зачем она в машине которая большую часть жизни стоит на светофоре? А потом едет до следующего 20км\ч на электромоторе. Шумка-лишний вес и цена, вот и нет её особо много. Лучше вставят навигацию и JBL. Я конечно понимаю что жизнь это не только пробка и ситуации бывают разные. Приус поедет на Юг за 2000 км и в деревню за картошкой и по зимней Тюмени проедет не поперхнувшись, но это не то для чего он был построен и расход полезет вверх а комфорт вниз и быстро. Решайте сами зачем он Вам. В идеале это вторая машина на каждый день для города, палочка выручалочка в мегаполисе и его суете. Я покупал его на попробовать и уже пользованного. С нуля наверное не взял бы, больно дорог. Но уже пользованный он не дороже (для меня по крайней мере) той же Короллы или Гольфа без примочек и тут уже совсем другая история.

Page 2

Гибридный автомобиль Тойота Приус: устройство, принцип работы

Благодаря своей экономичности и надежности гибридные автомобили Тойота вызывают огромный интерес у потребителя. Плавный ход и устойчивость на дороге, оказывается, далеко не все достоинства этого японского автомобиля. Отличные ходовые качества машины удивительно сочетаются с экономичным расходом топлива. Работу гибридного автомобиля Тойота Приус обеспечивают два источника мощности: электромотор и двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

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.

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.

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.

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.

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).