Все о гибридном автомобиле Toyota Prius II (XW20)

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

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.

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;

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

Погоня за снижением вредных выбросов в атмосферу не обошла стороной и автомобильную промышленность. В рамках разработанного корпорацией Тойота «Экологического плана», уже более 20 лет назад был представлен автомобиль с гибридным мотором – Toyota Prius, обзор которого представлен в этом материале.

Название Приус, которое с латинского переводится как «первый», как подчеркивает достижение Тойоты, которым удался экологический и инновационный автомобиль, отмеченный наивысшими наградами как мирового автомобильного сообщества, так и звеном ООН, ответственным за охрану окружающей среды.

Первый массовый гибрид

Разработки гибридных автомобилей велись с начала 20-го века, но ни Фердинанду Порше, ни шведской Volvo не удалось сделать то, что совершила Тойота, а именно создать первую массовую гибридную машину. Тойота Приус и в этом оправдывает свое название. Выпущенный в 1997 году для Японского рынка, тогда еще только седан, стремительно завоевал внутренний рынок и начал покорять мир уже через три года.

Благодаря невысокому количеству вредных выхлопов и низкому потреблению топлива, автомобиль стал сверхпопулярен в Северной Америке, где, ввиду модных веяний на «озеленение», уже к 2008 году было продано более полумиллиона автомобилей, а мировые продажи перевалили за миллион. По состоянию на 2017 год, количество произведенных и реализованных гибридов превысило отметку в 10 миллионов экземпляров.

Создание

О создании автомобиля будущего, инженеры Тойота задумались еще в 1993 году, создав научную группу под названием Global21, и обозначили требования к транспорту XXI века – длинная колесная база, вместительность при небольших размерах и экономия топлива. Поставленные изначально задачи по уменьшению расхода топлива на треть, уже через год были не актуальны.

Новой целью для научной группы стала разработка силового агрегата с расходом, сниженным вдвое. Вариантом для решения этой задачи, стала разработка гибридного мотора (THS) для Тойота Приус, решение о выпуске которого было утверждено в 1995 году.

В этом же году был собран первый Приус, который почти 2 месяца создатели не могли заставить тронуться. Первый «пробег» гибрида составил всего пятьсот метров, после чего автомобиль отправился на двухлетнюю доработку. Официальная презентация первого Тойота Приус совпала с проведением конференции по изменению климата, и это был не прототипный образец, а экземпляр сошедшего с конвейера гибрида. Prius в первом кузове был встречен на «ура» и начал уверенное шествие по завоеванию автомобильного мира.

Экологичность

В первое десятилетие выпуска Приуса, ему не было равных по показателям экологичности и потребления топлива. Спустя время, многие автопроизводители переняли опыт Тойота и представили свои версии гибридных автомобилей, а также достигли совершенства в производстве классических ДВС, уменьшив на них расход топлива и выбросы в атмосферу.

Вклад в сохранение окружающей среды Тойоты Приуса не ограничивается гибридной силовой установкой. Автомобиль сконструирован таким образом, что в его составе отсутствуют токсичные материалы (например, ПВХ), а весь пластик успешно перерабатывается. Вторсырье также используется для изготовления многих деталей, таких как шланги и трубки. Утилизацией и дальнейшей переработкой отработавших свой срок аккумуляторов занимается специально созданная сеть пунктов приема.

Гибридная силовая установка Prius

Двигатель Тойоты Приус представляет собой тандем двигателя внутреннего сгорания и электромотора. При этом, автомобилю требуется заправка исключительно бензином, а энергия батарей восполняется за счет генератора и преобразователя тока. Конструкционной особенностью Тойота Приус является возможность подключения к ведущим колесам, как бензиновому, так и электродвигателю. Реализовано это следующим образом: на старте и при движении на низких оборотах, автомобиль движется на электроприводе.

Когда скорость и обороты возрастают, то инициативу перехватывает ДВС, который, помимо передачи энергии на бесступенчатую трансмиссию, приводит в движение шкив генератора, заряжающий аккумуляторы. При резком ускорении работают оба мотора гибрида, тем самым увеличивая крутящий момент для совершения ускорения. Помимо зарядки от бензинового двигателя, Тойота Приус способна пополнять емкость батарей за счет рекуперативной энергии торможения. А при остановке, даже на непродолжительный срок, например, на светофоре, все силовые системы отключаются, экономя энергию.

Однако, в некоторых режимах допускается работа бензинового мотора на холостом ходу или при медленном движении. Это происходит, когда уровень заряда аккумуляторов снизился и ему требуется подзарядка. А снижаться она может, к примеру, при длительном отсутствии эксплуатации, поэтому при простоях Приус необходимо запускать хотя бы два раза в месяц.

Также не удастся воспользоваться автомобилем при низком количестве топлива в баке. Автомобиль «потребует» пополнить его запас, несмотря на полный заряд аккумулятора.

Версии и поколения

Сегодня модельный ряд Тойота Приус состоит из четырех полноценных поколений. Каждое из них подвергалось определенного рода модернизациям либо имело субмодель.

1-е поколение XW10

Первый кузов гибридного Приус, вышедшая в 1997 году, представляла собой пятиместный \ седан. На протяжении трех лет Тойота не развивала международные продажи этого автомобиля из-за невысоких тяговых способностей гибридного силового агрегата. В качестве двигателя внутреннего сгорания был установлен мотор 1NZ-FXE, объемом 1,5 литра и мощностью 58 л.с. (немногим более 42 кВт*ч).

Максимальная мощность электродвигателей составляла 30 кВт*ч. Этого не хватало даже для спокойной езды в автомобиле, масса которого составляла 1240 кг. Лишь в 2000-м году инженерам удалось увеличь отдачу силовой установки (суммарно до 86 кВт*ч) и снизить потребление бензинового двигателя (от 2,9 до 5,9 литров на 100 км, в зависимости от условий). После этого Тойота Приус стал активно продаваться в Европе и странах Северной Америки.

Покупателям пришелся по душе просторный салон гибрида, стильный дизайн и абсолютная бесшумность. Интерьер также отличался от обычных Тойот – панель приборов размещалась по центру, возле ветрового стекла. За состоянием работы гибридной установки можно было наблюдать на 6-ти дюймовом экране. С его помощью также управлялась мультимедийная система. В автомобиле устанавливались 2 подушки безопасности, а ремни имели преднатяжители и ограничители усилия.

2-е поколение XW20

Следующий кузов гибрида Тойота Приус выпускалось японской компанией с 2003 по 2009 год. По заявлениям представителей автогиганта, этот автомобиль разрабатывался «с чистого листа».

Внешне автомобиль изменился кардинально, представив собой пятидверный хэтчбек. В автомобиле втрое увеличилось количество подушек безопасности, а кузов изготавливался из высокопрочной стали.

Изменения коснулись также и интерьера. Рулевое колесо стало овальным, на нем появились кнопки управления мультимедиа. Экран увеличился до 7-ми дюймов. Музыкой, телефоном, подключенным по Bluetooth, и системой кондиционирования можно было управлять с помощью голосовых команд. Кстати, кондиционер и отопитель работали от электрического компрессора, независимо от бензинового двигателя.

Гибридная система THS II представляла собой увеличенный до 50 кВт*ч электропривод, позволяя ему снижать нагрузку на ДВС, тем самым экономя топливо. Масса аккумуляторов снизилась на 14%, что также положительно сказалось на динамике автомобиля. Модернизированный 1,5 литровый мотор также увеличил свою мощность до 77 л.с.

3-е поколение XW30

Третье поколении Тойота Приус незначительно увеличилось в размерах, сохранив при этом узнаваемый классический дизайн. Наклон передних стоек увеличил обзорность, а сдвиг верхней точки кузова назад добавил комфорта пассажирам заднего ряда сидений.

Инновации не обошли стороной это поколении Тойота Приус – на крыше гибрида в дорогой комплектации присутствовали солнечные батареи, с помощью которых работала система проветривания салона в жаркие дни. Ультразвуковые датчики ассистировали при парковке, поворачивая руль в нужном положении, а специальный радар отвечал за работу адаптивного круиз-контроля.

Бензиновый двигатель 2ZR-FXE имел 99 л.с. и объем 1,8 литра, что на больших скоростях позволяло уменьшить нагрузку и снизить расход топлива на 10%. Электродвигатель работал на повышенном напряжении до 650 вольт, тем самым его отдача выросла на 20%.

4-е поколение XW50

Последнее, на данный момент, поколение Тойота Приус в кузове XW50, несмотря на свой футуристический дизайн, сохраняет пропорции предыдущего поколения. Интерьер создан для максимального комфорта водителя и пассажиров. Огромный 9-ти дюймовый дисплей имеет встроенную навигацию и позволяет управлять мультимедийными функциями интуитивно. Система проецирования на лобовое стекло выполнена в цвете и не требует переключения внимания водителя на приборную панель. Руль обтянут специальной кожей, адаптируемой к температуре воздуха. Также Тойота Приус оснащена комплексом систем, предназначенных для предотвращения аварий.

Силовые установки также подверглись модернизации. Электродвгигатели теперь размещены параллельно, а не соосно, что позволило уменьшить энергетические потери на 20%. Но главным нововведением стала возможность выбора между никель-металл-гидридными и литий-ионными аккумуляторами. Первые обеспечивают более стабильную работу в условиях низких температур, вторые – отличаются большей плотностью зарядки.

Изменений в части бензинового силового агрегата не производилось, но появилась возможность приобрести Тойота Приус в полноприводной версии. Привод на задние колеса осуществлялся с помощью электрического мотора, мощностью 5,4 кВт, чего, в принципе, достаточно для комфортного управления в условиях плохих или заснеженных дорог.

Микровэн XW40

Помимо классических вариантов кузова типа седан и хэтчбек, Тойота Приус выпускался в кузове универсал. Увеличенная база гибрида позволила установить на него три ряда сидений и увеличить количество мест до семи. Микровэн был построен на базе третьего поколения и имел уменьшенную в габаритах литий-ионную батарею. Что примечательно, на трех континентах автомобиль имел разные названия – Prius α в Японии, Prius V – в США, а для Европы – Prius +.

Toyota Aqua

В 2011 году появилась модификация Тойота Приус Аква, отличием которой от выпускающегося на тот момент третьего поколения, стал сниженный с 3,9 до 2,83 литров расход топлива. Достигалось это за счет уменьшения габаритов и массы кузова. Для рынка Северной Америки гибрид поставлялся под именем Toyota Prius C.

Prius PHV (

Специально разработанный для использования в населенных пунктах Prius PHV, стал результатом пятилетней интенсивной работы инженеров Тойота. Главной особенностью стала длительная автономная работа на аккумуляторных батареях и возможность их подзарядки с помощью внешней электрической сети с напряжением 110 Вольт.

Подзаряжаемый гибрид первого поколения, выпускающийся с 2012 по 2015 год, мог обеспечить пробег исключительно на электродвигателях до 20 километров на скорости 80 км/ч. Только при понижении уровня заряда, подключался бензиновый мотор. Это позволило снизить расходы на топливо на 45%, при передвижениях на длинные расстояния.

Внешне гибрид PHV отличался блестящими наклейками сзади и спереди, голубыми фарами и наличием лючка, под которым размещался разъем зарядки. Изменения в интерьере были еще менее заметны – монитор отображал предполагаемое время включения бензинового двигателя.

Второе поколение гибрида Prius PHV получило батарею увеличенной мощности, позволяющей автомобилю преодолеть 68 километров со скоростью до 135 км/ч. Инновационной стала возможность быстрой подзарядки до 80% всего за 20 минут от сети 240 Вольт.

Снаружи Prius PHV получил увеличенные элементы решетки радиатора и бампера, а также двухцветные колеса. Вместо цельного дивана, сзади устанавливается двухместное сиденье с разделяющей консолью. Несмотря на значительные плюсы Тойота Приус PHV, не обошлось без минусов. Из-за увеличенной батареи пришлось пожертвовать частью багажника. Его объем составляет всего 360 литров, при это в нем не нашлось места для запасного колеса.

Заключение

Роль гибрида Тойота Приус в мировом автомобилестроении не переоценить. Преодолев массу трудностей, инженеры создали по-настоящему инновационный продукт. Став первым массовым гибридным автомобилем, Приус задал вектор для других автомобильных концернов.

Видео

Как работает «Тойота Приус»

Второе поколение «Приуса» — это пятидверный хэтчбек. В зависимости от комплектации в нем может быть до шести подушек безопасности, ESP, климат-контроль и даже навигация. Работу автомобиля обеспечивают два источника мощности — электромотор 50 кВт и неприхотливый цепной мотор 1,5 л, 77 л. с. Они могут работать одновременно, поочередно и дополнять друг друга при необходимости.

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

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

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

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

Какая подвеска и управляемость «гибрида»

Подвеска в «Приусе» классическая для бюджетного сегмента. Впереди — «МакФерсон», сзади — торсионная балка. Поэтому отличной управляемости от машины ждать не стоит. Подвеска в меру мягкая, немного валкая при манёврах и жесткая на неровностях. Из-за низкого клиренса — 145 мм авто не любит грунтовых дорог и больше подходит для неспешной городской езды.

Ходовая часть ремонтопригодна. В ней нет сложных узлов. Проблем с наличием запчастей тоже нет. Их стоимость не больше, чем у других моделей в бюджетной ценовой категории. Например, стойка «МакФерсон» в сборе стоит не больше 2500 рублей за контрактную деталь. А новый амортизатор обойдётся не дороже 5000 рублей.

Как заряжается аккумулятор электромотора

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

В модели два основных режима движения:

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

Чем болеют гибридные «Приусы»

Батарейный блок «Приуса» боится перегревов. Поэтому система кондиционирования охлаждает не только салон, но и батареи. Из-за этого усложняется обслуживание системы. Для дозаправки кондиционера подойдёт далеко не каждый сервис. Нужно и специальное оборудование, и квалифицированные специалисты. Не любит автомобиль и длительного простоя — батареи склонны к саморазряду, что для них губительно.

Гарантия на блок батарей — всего 8 лет или 160 тысяч километров. А это немного, если вы покупаете подержанный автомобиль. Далеко не каждый сервис возьмётся оценить степень износа батарейного блока, если вы соберетесь приобретать «Приус». И это ещё один повод отказаться от «гибрида».

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

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

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

Сколько стоят «машины на батарейках»

Относительная новизна гибридов до сих пор отпугивает многих покупателей. Поэтому на вторичном рынке могут быть проблемы с покупкой или продажей. Рестайлинг второго поколения, по данным портала Avto.ru, насчитывает всего около 100 объявлений по России.

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

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

Какие секреты хранят «Приусы» на вторичном рынке

Не рекомендуем покупать «Приусы», которые попадали в аварии. При серьезных ДТП велик риск повреждения блока аккумуляторных батарей. Батарея не терпит «травм» корпуса блока. Даже после незначительных «толчков» они могут перестать правильно функционировать. А новый блок стоит 80-100 тыс. руб.

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

Для этого был запрошен подробный отчёт через сервис «Автокод» .

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

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

Кому стоит купить «Приус»

Из-за роста цен на топливо люди всё чаще обращают внимание на машины с небольшим расходом топлива. И в этой нише «Приусам» нет равных. Поэтому «гибрид» однозначно подойдёт водителям, привыкшим экономить. Но при общении с продавцом рекомендуется узнать, менялась ли батарея. Если да, потребуйте сервисные документы на нее.

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

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

Японским конструкторам удалось разработать гибридный агрегат для моделей Toyota Prius, используя полезную работу трех двигателей. Работают благодаря одноосному редуктору. Рассмотрим принцип работы и устройство гибридного двигателя Тойота Приус.

Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус?

Чтобы понять, как устроен гибрид Toyota Prius, вам потребуется ознакомиться с основными компонентами установки. В его состав входят бензиновый двигатель и два мотогенератора.

ДВС

2ZR-FXE устанавливается на Prius с кузова XV30

Принцип работы ДВС основан на использовании цикла Аткинсона. Допускается использование в качестве топлива бензина АИ-92 и АИ-95. Силовой агрегат отличается пониженным уровнем токсичности, экономичным расходом и высоким КПД. Функциональность планетарной передачи позволяет передавать крутящий момент на колеса автомобиля, а также обеспечивать работу мотор-генератора. Это способствует выработке электроэнергии для поддержания заряда аккумулятора, работы кондиционера и других электроприборов.

Мотор-генератор №1 и №2

Первый предназначен для запуска двигателя внутреннего сгорания, действуя как классический стартер. Также он обеспечивает работу генератора №2. 2, когда заряд аккумулятора уменьшается. Еще одна функция No. 1 предназначен для выработки электроэнергии для передачи заряда аккумулятора.

Планетарный редуктор и электродвигатели Prius (XW20 слева, XW30 справа)

Второй мотогенератор обеспечивает прямую передачу крутящего момента на колеса, отбирая энергию от ВВБ.

Принцип работы электродвигателей Toyota Prius основан на взаимодействии электромагнитных полей. Для этого в роторе используются мощные неодимовые магниты. Обмотка статора состоит из медных проводников. Прибор может работать в двух режимах:

Генератор: с клемм статора выводится трехфазное переменное напряжение. Преобразуется в константу с помощью преобразователя. В дальнейшем вырабатываемая энергия направлена ​​на поддержание работы электрооборудования и зарядку аккумулятора;

Двигатель: мотогенератор получает трехфазное питание на обмотку статора, затем ротор начинает вращаться. Это связано с взаимодействием магнитных полей. Результат — кинетическая энергия.

Планетарная «коробка передач»

Продуманная конструкция планетарного редуктора обеспечивает качественную работу гибридной установки. Коробка передач сконструирована таким образом, чтобы подключать бензиновую систему исключительно для обеспечения работы генератора или вращения колес. В этом случае последний режим используется только тогда, когда оптимальная скорость установлена ​​на 2ZR-FXE. Указанный датчик находится на уровне 2000 об / мин.

Принцип распределения работы гибридных двигателей Toyota Prius, благодаря конструкции планетарного механизма, следующий:

• движение машины на малых скоростях осуществляется на электротяге;
• для обеспечения увеличения скорости и ее поддержания дополнительная энергия используется генератором, который приводится в действие двигателем внутреннего сгорания.

В этом случае главной особенностью планетарного устройства является отсутствие прямой связи бензинового агрегата с полным приводом.

Описание режимов работы гибридной силовой установки

Prius Prime за плату

В этом разделе мы рассмотрим, как гибридная установка Toyota Prius работает в различных режимах. Между ними:

начало движения с запуском ДВС;

электрический старт и высокоскоростное движение;

запускать 2ZR-FXE на ходу;

Начало движения с запуском ДВС

Этот режим используется, когда заряда аккумулятора недостаточно для запуска с места Toyota Prius. В этом случае гибрид работает следующим образом:

• Из-за действия генератора No. 1 вращается планетарный механизм, который запускает двигатель внутреннего сгорания;
• Энергоблок внутреннего сгорания начинает разгонять мотогенератор No. 1, что сопровождается переходом последнего в генераторный режим. Впоследствии вырабатывается количество электроэнергии, необходимое для зарядки аккумулятора и обеспечения работы второго двигателя генератора;
• 2ZR-FXE может работать только для обеспечения работы первого мотора-генератора и поддержания необходимого напряжения в электрической сети Toyota Prius.

Старт на электротяге и езда на высокой скорости

Электропривод гибридной установки Toyota Prius работает при трогании с места в следующей последовательности:

• Езда начинается, когда заглушен бензиновый агрегат;
• Электродвигатель No. 2 приводит в движение колеса и электродвигатель n. 1 через зубчатую передачу планетарного механизма. Указанный процесс обеспечивается запасенной энергией аккумуляторной батареи. В этом случае напряжение преобразуется из постоянного в переменное.

Чтобы обеспечить движение Prius на большой скорости, когда допустимая скорость No. 1 используется следующий принцип:

• Мотор-генератор нет. 2-я сквозная передача переключается на вращение первой с коэффициентом 2,6;
• Это обеспечивает снижение скорости вращения машины No. 1 по сравнению со вторым. Максимально допустимое количество оборотов для первого электродвигателя — шесть тысяч, набираемое на скорости 64 км / ч.

Запуск ДВС на ходу

Принцип работы гибрида Toyota Prius с запуском 2ZR-FXE в процессе движения следующий:

• Бензиновый силовой агрегат включается, когда двигатель генератора No. 1, который замедляется за счет изменения направления электромагнитного потока в направлении, противоположном направлению вращения ротора. В этом случае запуск двигателя происходит за счет снятия вращающего момента с колес автомобиля;
• После того, как ДВС наберет обороты, направления вращения всех узлов гибридной системы совпадают. При одинаковом количестве оборотов будет соблюдаться равномерное распределение сил на вращение колес;
• При увеличении оборотов ДВС по сравнению с электродвигателем No. 2, произойдет увеличение электроэнергии, вырабатываемой мотогенератором n. 1. Он используется для зарядки аккумулятора и поддержания дальнейшего движения за счет передачи энергии на аккумулятор No. 2.

Из обозначенного режима работы гибрида хорошо видно, что двигатель напрямую не связан с полным приводом. Он передает энергию на вращение колес только тогда, когда число оборотов колес и оси двигателя равны. Основная задача бензинового агрегата — это работа электрогенератора. Это позволяет поддерживать необходимую емкость аккумулятора.

Задний ход

Двигатель-генератор нет. 1 отвечает за вождение Toyota Prius задним ходом. При отключении системы внутреннего сгорания первый электродвигатель переходит в маршевый режим. Это сопровождается вращением в противоположную сторону по отношению к двигателю-генератору №1. 2. В этом случае планетарная ось зафиксирована, и крутящий момент первого электродвигателя передается второму через зубчатую передачу планетарного механизма. Происходит вращение электродвигателя No. 2 в обратном направлении, что сопровождается движением автомобиля задним ходом.

При работающем бензиновом агрегате для движения задним ходом необходимо увеличить количество оборотов электродвигателя No. 1 по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.

Заключение

Гибридная конструкция Toyota Prius позволяет добиться экономии топлива за счет следующих факторов:

• Автоматический запуск и остановка газового двигателя в нужные моменты с использованием цикла Аткинсона для его работы;
• Рекуперация энергии торможения;
• Эффективная загрузка бензинового двигателя за счет установки электромеханического вариатора;
• Отличная аэродинамика.

https://youtube.com/watch?v=k1nG8PkP28E

История появления стартера

значально автомобиль был рожден без стартера — двигатели запускались заводной рукояткой, и это считалось нормой. Собственно, у машин зари автомобилизации хватало других, более насущных проблем, на фоне которых вращение ручки перед поездкой было не самой существенной. Однако тяжелый и небезопасный запуск мотора вручную был все же очевидным узким местом первых самобеглых повозок, и в 1911 году американский инженер-механик Чарльз Кеттеринг предложил конструкцию электрического стартера. А уже в 1912 году был выпущен первый автомобиль, заводящийся изобретением Кеттеринга – Cadillac Model 30.

Лиланд поклялся, что альтернатива ручному запуску будет найдена, и с распростертыми объятиями встретил Кеттеринга, чей стартер в рекламном проспекте «Model 30» пафосно назвал «World Wonder» – «мировым чудом»!

Техническая же мини-революция в автопроме благодаря стартеру все же случилась – но четырьмя годами позже, в 1916-ом. А именно, когда еще один американский инженер Винсент Гуго Бендикс предложил разделить генератор и стартер на два отдельных узла, и подключать последний к двигателю лишь кратковременно – с помощью обгонной муфты, известной и по сей день как «бендикс».

Конструкция стартера

Основа любого стартера – простейший электромотор. Подача тока на ротор (он же – «якорь») осуществляется мощными медно-графитовыми щетками, а магнитная сила статора обеспечивается либо электромагнитами, либо постоянными магнитами. Электрические схемы большинства современных стартеров не имеют принципиальных отличий – все стартеры к электросистеме автомобиля подсоединяются в трех точках – силовой плюс от аккумулятора, масса через корпус, и управляющий плюс от замка зажигания. Различается, по сути, только мощность, выраженная в габаритах.

На цилиндрическом корпусе стартера выделяется «бочонок» меньшего размера – это так называемое «втягивающее реле». Оно выполняет две функции – собственно, подает питание на стартер, имея мощнейшие контакты, выдерживающие токи в сотни ампер, а также осуществляет сцепление вала стартера с валом двигателя через рычаг-«коромысло» и обгонную муфту- «бендикс».

Муфта эта работает по принципу классической велосипедной втулки – то есть стартер может крутить мотор, а вот уже запустившийся мотор не будет «тащить за собой» стартер, раскручиваясь на губительных для него высоких оборотах.

Наглядная 3D-анимация конструкции стартера

Более заметные отличия одной модели стартера от другой заключаются в конструкции передней опоры ротора. Классическое устройство – это когда ось ротора установлена в стартере на двух подшипниках – опорных втулках из бронзо-графитного сплава. Втулки эти находятся, соответственно, в передней и задней крышках стартера.

В принципе, эта «двухопорная» конструкция – наиболее надежная и правильная. Но нередко встречаются «одноопорные» стартеры (на гаражном жаргоне их частенько не слишком корректно именуют БЕЗопорными), в которых задняя опора вала ротора находится, как и положено, в задней же крышке стартера, а вот передняя крышка отсутствует вовсе.

В этом случае передней опорой становится картер сцепления двигателя или картер КПП, куда запрессована опорная втулка. Стартер устанавливается на свое место в машине – и вал опирается на две втулки, как и дóлжно. Как правило, такое решение применяют с целью уменьшения габаритов узлов, и в принципе, пока все исправно, оно ничуть не хуже классического. Но если передняя опорная втулка в картере КПП разбивается, её замену произвести уже гораздо сложнее – делается это на машине и порой в весьма неудобных условиях. Тогда как в двухопорном стартере втулки меняются на верстаке, где все на виду и легкодоступно.

Еще один принципиальный конструктивный момент, отличающий модели стартеров друг от друга – редуктор. Вернее, его отсутствие или наличие, а в случае наличия – тип. Дело в том, что передача крутящего момента с ротора стартера на маховик мотора может осуществляться напрямую или через редуктор, встроенный в стартер.

Вариант «напрямую» – это когда шестерня «бендикса», вращающая венец маховика двигателя, находится прямо на оси ротора стартера. Такая конструкция достаточно архаична, характерна избыточными габаритами и весом, а также огромным потребляемым током, но еще встречается. Гораздо эффективнее, легче и компактнее редукторные стартеры. В них момент передается на венец маховика либо через одну промежуточную шестерню, либо через планетарную передачу с еще большим замедлением.

«Планетарные» стартеры встречаются сегодня наиболее часто. С ними для запуска двигателя достаточно аккумулятора, чуть ли не в два раза меньшей емкости и пускового тока, нежели требовалось для того же мотора при стартере, работающем напрямую.

Пример ремонта стартера

После снятия задней крышки из корпуса стартера высыпалось с пару столовых ложек черной пыли. Стало быть, первый диагноз – щетки. Извлекаем щеточный узел, снимаем корпус с магнитами (который автоэлектрики между собой называют «колбой»), и вынимаем ротор.

После продувки всех деталей сжатым воздухом и промывки в бензине стало видно, что щетки изношены практически полностью, а их останки почти закорочены графитовым порошком. Сила пружин, прижимающих остатки щеток, ослабла, сопротивление контакта возросло, произошел разогрев щеткодержателей и пружин до посинения, оплавления, смыкания витков и зависания щеток.

Берем в руки щеточный узел, как образец, и отправляемся в ближайшую контору по ремонту стартеров и генераторов, где просим подобрать аналогичную деталь. Обходится нам щеточный узел в сборе в 400 рублей, что при стоимости нового стартера от 4 до 5 тысяч совсем недорого!

Очищаем ротор и оцениваем состояние коллектора – контактного кольца, по которому работают щетки. Износ заметен невооруженным глазом (на фото показан стрелками), но коллектор способен еще поработать после замены щеток. Обходимся без проточки, зачищая его мелкой наждачной бумагой – этого достаточно.

Осматриваем обгонную муфту, иначе – «бендикс» (название, кстати, пошло от фирмы-производителя Bendix). Вращаем его шестерню вручную. В одну сторону крутится, в другую – нет. Двигаем вперед-назад по оси вала – ходит легко, без заеданий. В нашем случае с «бендиксом» все окей, так и должно быть.

Поскольку ротор извлечен, попутно оцениваем состояние планетарного редуктора. Вынимаем шестерни, промываем бензином, осматриваем. Все в порядке, претензий к редуктору нет. Наносим на шестерни и их подшипники легкий слой смазки ШРУС.

Отметим, что редуктор – достаточно надежный узел стартера. Бывает, что срезаются оси шестерней-саттелитов или лопается внешнее зубчатое кольцо – но происходит это редко и чаще всего из-за изначальных дефектов металла или его обработки, а не из-за нагрузок при повседневной работе. К примеру, в планетарных редукторах стартеров внешнее зубчатое кольцо, называемое «короной», часто бывает сделано из пластика и вполне долговечно (в нашем случае, как видно на фото ниже, «корона» металлическая).

Теперь предстоит работа похитрее. Неразумно будет не оценить состояние контактов втягивающего реле, раз стартер снят и распотрошен. Но если для разборки стартера нам потребовались лишь ключи на 8, на 10, и крестовая отвертка, то открыть тяговое реле удастся лишь 100-ваттным паяльником. Из реле выходят провода, проходят насквозь через контактные пистоны в крышке, и пропаиваются снаружи. Поэтому после отворачивания двух крестовых винтиков крышки, поднять её удастся, только разогрев поочередно припой на двух контактах, показанных на фото стрелками. На самом деле это несложная процедура, и её можно проделывать при необходимости многократно.

Нам повезло – контакты в порядке. Слегка освежаем их, пошуровав комочком наждачной бумаги, зажатым в «утконосах». После этого поочередно разогреваем паяльником проходные пистоны на крышке, и резко хлопаем крышкой по столу – по инерции из пистонов вылетают остатки расплавленного припоя, отверстия освобождаются, и теперь крышку можно снова надеть на торчащие провода и запаять обратно.

Кстати, серьезной ошибкой автовладельцев, проводящих ремонт и профилактику стартера своими руками, является смазка сердечника втягивающего реле. В этом узле смазка не нужна совсем – максимум, можно слегка мазануть сердечник и его гнездо моторным маслом и протереть почти насухо – чисто ради уменьшения вероятности коррозии. А любые консистентные смазки в этом узле противопоказаны – на морозе даже самые лучшие и холодостойкие из них способны заклинить сердечник. В зазоре втягивающего реле должно быть чисто и сухо!

Собираем стартер в обратном порядке, не забыв смазать (тоже без фанатизма!) заднюю втулку ротора. Можно устанавливать агрегат на машину? Можно, но сперва проделаем еще одну штуку!

Дело в том, что в новоприобретенном щеточном узле щетки – ровные параллелепипеды. А коллектор – цилиндрический, да еще и приобретший от износа форму не совсем правильного цилиндра. И, по-хорошему, рабочие грани щеток должны иметь полукруглые выборки для увеличения площади контакта, плюс должны притереться к реальному профилю коллектора.

Поэтому чтобы первые включения стартера на двигателе не породили избыточный разогрев коллектора и щеток из-за прохождения большого тока через уменьшенное пятно контакта, мы проведем легкую притирку. Возьмем провода для «прикуривания», и с их помощью подключим стартер, лежащий на столе, к аккумулятору, и покрутим минутку-другую вхолостую с перерывами.

Вот теперь – все. Ставим стартер на двигатель и наслаждаемся быстрым и уверенным запуском.

А если неохота во всём этом разбираться, то можно доверить ремонт стартера во Fresh Авто Сервис.

Приходилось ли вам сталкиваться с ремонтом стартера?

В отличие от других видов двигателей, двигатель внутреннего сгорания не может быть запущен мгновенно. Сперва нужно привести в движение его детали и механизмы, сформировать требуемое давление в цилиндрах, активировать работу электрооборудования и системы питания. Эти задачи выполняет электрический стартер – он вращает маховик, который, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал двигателя. В статье мы расскажем, на чём основан принцип работы стартера, и из чего состоит это устройство.

Устройство

Стартер выглядит как два соединённых цилиндра и, как правило, крепится к картеру двигателя двумя болтами. Отвинтив их и отсоединив клеммы проводов, можно легко снять деталь с автомобиля. В цилиндре меньшего размера расположены:

• Контактный пятак, замыкающий электрическую цепь стартера;
• Втягивающее реле, приводящее в движение шток вилки;
• Верхняя часть вилки стартера, шарнирно соединённая со штоком реле.

В цилиндре большего размера находятся компоненты электродвигателя и механические детали, а именно:

• Подшипник качения или втулка – необходимы для фиксации вала шестерни;
• Шестерня бендикса, передающая крутящий момент от электродвигателя к зубчатому венцу маховика;
• Собственно бендикс, роликово-пружинная муфта, необходимая для соединения и разъединения стартера с маховиком;
• Обмотка статора, формирующая электромагнитное поле, в котором вращается якорь;
• Якорь, играющий роль ротора электродвигателя;
• Щёточный узел с щётками, передающими ток обмотке якоря.

Автомобильный стартер, по своей сути, является электродвигателем, поэтому основными его компонентами являются ротор и статор

Во внешнем строении стартера выделяют корпус электродвигателя с капюшоном шестерни и корпус втягивающего реле с контактными болтами.

Как работает стартер

Когда водитель поворачивает ключ в замке зажигания, электрический ток поступает на обмотку втягивающего реле, которое приводит в движение контактный пятак и вилку. Пятак замыкает основную цепь стартера, пуская ток в щёточные узлы и в обмотку статора, а вилка воздействует на бендикс, соединяя его шестерню с зубчатым венцом маховика. Якорь начинает вращаться, передавая через бендикс крутящий момент на КШМ двигателя внутреннего сгорания.

При повороте ключа в замке зажигания на контакт втягивающего реле подаётся напряжение

В момент пуска ДВС горючая смесь воспламеняется в цилиндрах, толкая их и вращая коленвал. Крутящий момент на маховике многократно возрастает, равно как и частота вращения шестерни бендикса – этому способствует большое передаточное число. Бендикс отключается, предохраняя стартер от перегрузки. На этом функция стартера выполнена, и водитель отпускает ключ, отключая втягивающее реле, а значит – и стартер.

Схема работы стартера: 1 — аккумулятор; 2 — генератор; 3 — стартер; 4 — замок зажигания

Видео: электродвигатель в автомобиле

Электрический стартер является одной из ключевых деталей автомобиля. До его изобретения машины запускали раскручивая коленвал вручную или просто толкая автомобиль со включённой передачей. Стоит ли говорить, насколько это было сложно и неудобно? Поэтому важно не забывать о стартере во время диагностики и обслуживания автомобиля – тогда устройство будет работать долго и эффективно.

• Распечатать

(33 голоса, среднее: 4.2 из 5)

Обсуждения закрыты для данной страницы