При резком ускорении, либо при снижении уровня заряда батареи, либо при превышении заданной максимальной скорости, автоматически включается бензиновый двигатель.
Как устроен гибридный автомобиль? На примере Toyota Prius
Гибридные автомобили — это будущее бренда Toyota. В настоящее время электромобили еще не совершенны и могут проехать без подзарядки максимум 150 километров. Аккумуляторы гибридных автомобилей заряжаются от двигателя внутреннего сгорания и обеспечивают комфорт и экономичность на всех маршрутах.
Устройство гибридного автомобиля
Конструкция гибридного автомобиля (например, Toyota Prius) основана на последовательно-параллельной схеме. В таких автомобилях крутящий момент для колес может подаваться как от двигателя, так и от генератора. Мощность агрегатов зависит от степени зарядки и производительности двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель, два генератора и делитель мощности образуют основную структуру. Последнее устройство обеспечивает запуск и движение на низких скоростях с использованием только электродвигателя. В этот момент двигатель внутреннего сгорания обеспечивает электроэнергией только генератор.
Гибридный автомобиль заряжается от отдельного генератора, так что электромотор-генератор используется только для привода ведущих колес. При интенсивной эксплуатации, например, при движении в гору или на высоких скоростях, бензиновый двигатель активно включается. Распределитель мощности управляет передачей крутящего момента двигателя на колеса и распределяет часть крутящего момента для зарядки аккумулятора и генератора переменного тока.
Принцип работы гибридного автомобиля
Принцип работы гибридного автомобиля (например, Toyota Prius) заключается в следующем: Запуск, начальное ускорение и движение на низких скоростях осуществляется с помощью электромотора-генератора, а при более высоких нагрузках включается бензиновый двигатель. Компьютер регулирует его работу для обеспечения максимально возможной экономии.
Раздаточная коробка, передающая крутящий момент на ведущие колеса, приводится в действие электродвигателем. Основной принцип работы гибридного автомобиля заключается в том, что передаточное отношение модулируется делителем мощности, и именно делитель мощности назначает степень включения каждого из двигателей.
Такое расположение гибридного автомобиля называется последовательно-параллельным. Он сочетает в себе все преимущества последовательно-параллельного расположения. Это позволило японским автомобильным инженерам создать максимально надежный узел, поскольку контроль крутящего момента является электронным и исключает участие многочисленных механических узлов и механизмов.
Система рекуперативного торможения также передает кинетическую энергию генератору, который пополняет запасы аккумулятора. Для экстренного торможения используется обычная фрикционная тормозная система.
Устройство гибридного автомобиля
Давайте попробуем рассчитать, как автомобиль с большей мощностью может иметь такой же расход топлива, как и маленький автомобиль. Конструкция гибридного автомобиля Toyota Prius состоит из:
- двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
- электромотора;
- планетарного редуктора (делителя мощности);
- генератора;
- инвертора;
- аккумуляторной батареи.
Двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут работать одновременно, чередуясь и дополняя друг друга при необходимости. В гибридной системе крутящий момент от электромотора и двигателя внутреннего сгорания может передаваться непосредственно на колеса в различных пропорциях.
Это осуществляется через планетарный редуктор (распределитель мощности), который состоит из ряда шестеренок. Четыре из них соединены с бензиновым двигателем, а внешний — с электромотором. Другие спутники подключены к генератору переменного тока, который подает энергию на электродвигатель или заряжает аккумулятор по мере необходимости.
Одним из главных преимуществ Prius является то, что, в отличие от электромобилей, для зарядки гибридного автомобиля не требуется подключение к электросети. Процессор, управляющий всеми функциями автомобиля, при необходимости заряжает аккумулятор через двигатель внутреннего сгорания.
Принцип работы гибридного автомобиля
Главной целью инженеров Toyota была разработка экономичного автомобиля, который бы не уступал мощному железному коню на автостраде, но в то же время имел низкий расход топлива. Использовалась комбинация двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Для достижения максимальной эффективности два источника энергии в Toyota Prius могут работать отдельно, вместе и параллельно.
Таков принцип работы Toyota Prius Hybrid. Двигатель запускается, и транспортное средство ускоряется с помощью электрического тягового двигателя. Он вращает внешние сателлиты планетарной коробки передач и таким образом передает крутящий момент на колеса. Но на батарейках далеко не уедешь. Поэтому, как только автомобиль набирает скорость, включается двигатель внутреннего сгорания.
Совместное использование электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания обеспечивает максимальную эффективность всей системы, поскольку при нажатии на тормоз двигатель внутреннего сгорания отключается и происходит так называемое рекуперативное торможение (вся энергия сопротивления преобразуется в электричество), при этом электродвигатель служит генератором для зарядки аккумулятора.
Если автомобилю снова требуется большая мощность, например, для обгона, электродвигатель снова включается, при этом энергии достаточно для сильного ускорения. Гибридные автомобили предназначены для снижения расхода топлива и уменьшения выбросов углекислого газа. Если расход топлива увеличивается (при нажатой педали акселератора), управляющий компьютер посылает сигнал на делитель мощности и активирует источник электроэнергии, чтобы двигатель работал на холостом ходу.
Toyota отличается уникальной надежностью и гибкостью, поскольку управление приводом осуществляется в основном по проводам, что позволяет обойтись без использования сложных узлов и модулей. Кстати, в гибридном автомобиле Toyota Prius генератор работает как стартер, помогая довести двигатель внутреннего сгорания до требуемых 1 000 оборотов в минуту.
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)
Гибридный двигатель Toyota — это Hybrid Synergy Drive, который позволяет сочетать два источника привода: двигатель внутреннего сгорания и электромотор. Давайте узнаем, какими топливными двигателями оснащается Prius.
В середине 1950-х годов инженер Ральф Миллер предложил усовершенствование идеи Джеймса Аткинсона. Суть идеи заключалась в повышении эффективности двигателя внутреннего сгорания за счет уменьшения такта сжатия. Этот принцип, который сейчас часто называют циклом Миллера/Аткинсона, используется в гибридных двигателях Toyota.
Итак, Toyota Prius Hybrid, как работает двигатель этого автомобиля. В отличие от других двигателей внутреннего сгорания, процесс сжатия в цилиндре начинается не в момент движения поршня вверх, а немного позже. Поэтому перед закрытием впускных клапанов часть топливно-воздушной смеси вытекает обратно во впускной коллектор, увеличивая время использования энергии давления расширяющихся газов. Все это приводит к значительному повышению эффективности двигателя, снижению расхода топлива и увеличению крутящего момента.
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.
Toyota Prius Hybrid потребляет 3,9 литра на 100 километров в городском цикле и 3,7 литра на автомагистрали.
Интерьер Тойота Приус гибрид
Интерьер приобрел определенный футуризм. Приборная панель расположена под ветровым стеклом. Он оснащен двумя цветными экранами с диагональю 4,2 дюйма, на которых отображаются данные управления и измерения. Это создает иллюзию лампочки или космического корабля. Вам больше не придется отвлекаться от дороги, чтобы посмотреть на спидометр или уровень заряда аккумулятора. Рулевое колесо многофункциональное и обтянуто кожей.
Под приборной панелью находится блок управления мультимедиа и климат-контролем. Информация отображается на 6,2-дюймовом цветном ЖК-экране. Дальше внизу находится любопытный рычаг, отвечающий за управление коробкой передач. Имеется аудиосистема Entune с 6 динамиками. Автомобиль оснащен Bluetooth, Siri, синхронизацией смартфона и системой распознавания голоса.
Пятиместный седан просторен и вместителен. Передние сиденья имеют выраженную боковую поддержку. На заднем ряду достаточно места, но очень низкая крыша может быть неудобной, особенно для высоких людей. Объем багажника составляет 502 литра.
Вид гибридной установки
Toyota Prius базируется на новой модульной платформе TNGA. Улучшенная форма и низкий центр тяжести обеспечивают высокий уровень управляемости и контроля на дороге.
Для создания гибридной системы использовалась последовательно-параллельная система установки. Гибридный двигатель в сборе включает в себя двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель, высоковольтную батарею и распределитель потока мощности.
Тяговый двигатель может быть как бензиновым, так и электрическим. Последний также действует как генератор, который заряжает аккумулятор. Автомобиль оснащен системой «стоп-старт», которая включает и выключает двигатель внутреннего сгорания в нужное время.
Принцип работы гибридной системы не сложен. Энергия, вырабатываемая двумя двигателями, поступает в делитель мощности. Затем крутящий момент распределяется на колеса. Он может гибко варьироваться и передавать нужное количество энергии в нужное время.
Общая мощность гибридной силовой установки составляет 122 лошадиные силы.
Описание режимов работы гибридной силовой установки
Toyota Prius Hybrid имеет четыре режима движения:
1. режим EV — это режим электромобиля, который работает исключительно на электричестве. Это снижает расход топлива. Недостатками являются ограничение скорости и возможного расстояния. Только в теплую погоду можно ехать со скоростью до 60 км/ч, а в холодную — до 30 км/ч.
2. режим ECO — режим максимально экономичного вождения, при котором автомобиль работает в основном на электричестве. Он не очень хорошо реагирует на ускорение. Его лучше всего использовать в пробках и во дворах. Однако постоянное нажатие на акселератор не снижает расход топлива. По этой причине лучше вообще не использовать эту функцию.
3. нормальный — ничего не выбрано. Автомобиль находится в нормальном режиме. Он начинается с электрической тяги, а затем запускается двигатель внутреннего сгорания. При торможении активируется система возврата. Наиболее удобное и гибкое управление.
4. режим мощности — режим максимальной эффективности. Как в этом случае работают силовые агрегаты? Электромотор и двигатель внутреннего сгорания работают вместе, чтобы обеспечить максимальную мощность. Он подходит для использования на автомагистралях и при крутых маневрах. Недостатком является высокий расход топлива.
Принцип работы двигателя Тойоты Приус
При запуске тяговый двигатель вращает планетарную передачу и сцепленную главную передачу с дифференциалом. Крутящий момент передается на колеса, и автомобиль начинает движение. При обнаружении недостатка электрической тяги автоматически активируется бензиновый агрегат, который работает с меньшим расходом топлива наиболее экономичным образом. Взаимосвязанные детали планетарной коробки передач определяют соотношение между мощностью двигателя, передаваемой на ведущие колеса, и вырабатываемой электроэнергией.
Мотор-генератор отвечает за состояние заряда батареи и может работать на стационарной машине с включенной бензиновой генераторной установкой. Генераторная установка способна запускать двигатель внутреннего сгорания, что делает гибридную систему гибкой и независимой от условий эксплуатации. Трансмиссия обеспечивает равномерное распределение нагрузки и является надежной, без сложных гидравлических или механических компонентов.
Тяговый мотор вращает пару с дифференциалом у планетарного редуктора.
Описание режимов работы гибридного двигателя
Это устройство автоматически управляет двигателем и электроприводом. Все, что требуется от водителя, — перевести рычаг селектора в нужное положение и нажать кнопку запуска. Другие действия выполняются бортовой электроникой, а информация выводится на экран компьютера.
Автомобиль поддерживает различные режимы работы (в случае с Prius III поколения):
- EV Mode, предусматривающий использование только электрической тяги;
- ECO Mode, рассчитанный на достижение минимального расхода топлива и предназначенный для маневрирования;
- Normal, ориентированный на стандартные условия эксплуатации;
- Power Mode, повышающий динамику за счет одновременного использования ДВС и электрической тяги.
Запуск ДВС
Когда аккумулятор разряжен или педаль акселератора сильно нажата, включается бензиновый двигатель. Двигатель разгоняет автомобиль и заряжает аккумулятор. В Prius имеется сервисный переключатель, с помощью которого можно подогреть масло, промыть систему смазки или очистить форсунки от отложений, не снимая их. Процедура описана в руководстве пользователя, и при нормальных условиях эксплуатации принудительный запуск двигателя невозможен.
Запуск двигателя осуществляется нажатием на педаль акселератора.
Бензиновый двигатель запускается силой тягового электродвигателя, который за 1-2 секунды проворачивает коленчатый вал на 1000 оборотов в минуту. После запуска блок управления определяет состав смеси, холодный двигатель нагревает каталитический нейтрализатор и заряжает аккумулятор.
Как только необходимая мощность будет достигнута, бензиновый агрегат автоматически отключается.
Старт на электротяге и разгон
Когда вы слегка нажимаете на педаль газа, электродвигатель поднимает обороты через планетарную передачу. Блок управления контролирует состояние заряда батареи и предотвращает снижение емкости ниже критического уровня. Разгон с помощью электромотора длится до 50 км/ч, после чего включается двигатель внутреннего сгорания.
Запуск ДВС на ходу
Бензиновый двигатель включается при уменьшении емкости аккумулятора или увеличении сопротивления движению. Электродвигатель вращает коленчатый вал через планетарную передачу, которая распределяет силовые токи. Как только нагрузка снижается или завершается процесс зарядки, двигатель внутреннего сгорания автоматически выключается.
Задний ход
Чтобы начать маневрирование, необходимо перевести рычаг в положение R, и блок управления активирует обмотки.
Блок управления работает во время маневрирования автомобиля.
Для движения используется только электромотор, но при низком уровне заряда включается бензиновый двигатель. Коленчатый вал приводит в действие генератор переменного тока и восстанавливает емкость аккумулятора или подает энергию на обмотки электропривода. Если аккумулятор разряжен, маневрирование задним ходом затруднено. Запустите генератор на несколько минут, прежде чем поставить автомобиль на задний ход.
Аккумуляторная батарея – на сколько хватает электродвигателя
Гибридный автомобиль не предназначен для длительной работы на электричестве. Полностью заряженного аккумулятора хватит только на 1,5-2 км при скорости не более 40-50 км/ч. Ухудшение электропитания приводит к снижению мощности и сокращению расстояния. На дальность действия влияют климатические условия, дорожное покрытие и количество активированных электрических устройств.
Общие черты Toyota Prius:
- компоновка с передним расположением моторного отсека и поперечно расположенным двигателем;
- передняя подвеска независимого типа со стойками Макферсон и стабилизатором поперечной устойчивости;
- гидравлические 2-контурные тормоза с системой ABS (перечень ассистентов зависит от года выпуска);
- цельнометаллический несущий кузов, рассчитанный на водителя и 4 пассажиров;
- реечный рулевой механизм с электрическим усилителем переменной производительности;
- задняя подвеска с торсионной балкой и цилиндрическими пружинами;
- специальные покрышки и алюминиевые диски с аэродинамическими колпаками для снижения сопротивления движению.
Toyota Prius имеет двигатель с поперечным расположением.
На автомобиле установлена система рекуперации тормозной энергии без вакуумного усилителя. Вместо этого используется источник высокого давления и распределитель. При нажатии на педаль блок управления переключает электродвигатель в режим рекуперации энергии, что снимает нагрузку с основных тормозов и обеспечивает лучшее замедление. Система клапанов и электроника предотвращают блокировку колес на скользкой поверхности.
Если источник давления выходит из строя, торможение осуществляется за счет усилия, оказываемого ногой водителя на педаль.
Первое поколение
Четырехдверный гибридный седан Toyota Prius был запущен в 1997 году и выпускался в двух версиях NHW10 и NHW11, которые отличались компонентами трансмиссии. Рычаг переключения передач был механически связан не с селектором передач, а с блоком управления. Грузовики оснащались бензиновыми двигателями 1NZ-FXE мощностью 58 или 72 л.с. (до и после модернизации в 2000 г.). Мощность электропривода составляла 41 или 45 л.с. Последние экземпляры первого поколения Prius были собраны в 2003 году.
Второе поколение
В 2003 году началось производство нового поколения NHW20, которое впоследствии производилось на заводе FAW в Китае. Под капотом автомобиля располагался четырехцилиндровый двигатель 1NZ-FXE мощностью 77 л.с., имевший рабочий объем 1496 см3. Приводной агрегат состоял из современного электродвигателя, который производил 68 л.с. и 400 Нм крутящего момента.
Производство Toyota Prius второго поколения началось в 2003 году.
Производитель внедрил функцию электрического запуска, что позволило снизить уровень шума и устранить выбросы выхлопных газов. Автомобиль мог проехать до 2 км с максимальной скоростью 50 км/ч при условии, что аккумулятор был заряжен на 100%.
Третье поколение
Автомобили поставлялись покупателям с 2009 по 2015 год и имели кузов 5-дверный хэтчбек. Сборка производилась в Японии, а позднее были добавлены производственные мощности в Индии, Китае и Таиланде. В качестве силового агрегата использовался бензиновый двигатель 2ZR-FXE мощностью 99 л.с. и рабочим объемом 1797 куб.см. Двигатель был оснащен блоком и головкой блока из алюминиевого сплава и изменяемым фазным распределением клапанов. Двигатель был 650 V-82 л.с. и питался от никель-металлгидридного аккумулятора.
Электромотор автомобиля Тойота
Мощность электропривода Toyota Prius Hybrid составляет 56 кВт. Этот механизм помогает автомобилю ускориться с самого начала. Toyota Prius разгоняется до 100 км/ч за 8 секунд. Чтобы убедиться в этом самостоятельно, посмотрите тест-драйв Toyota Prius.
Электромобиль Toyota Prius имеет две батареи:
Потребление энергии контролируется процессором автомобиля. Основная батарея изготовлена из гибридного металлического сплава. Его емкость составляет 6,5 Ач. Батарея изготовлена из 6,5 литров водорода.
Toyota Prius: описание, технические характеристики
Экологически чистый Toyota Prius Hybrid — это прорыв в развитии электромобилей. На крыше установлена мощная солнечная батарея, которая используется для кондиционирования воздуха. Автомобиль имеет современный вид с плавными линиями и обтекаемыми формами. Размеры Toyota Prius варьируются в различных диапазонах. Стандартная версия имеет размеры 4276 x 1696 x 1490.
Первое поколение Toyota Prius (1997-2003 гг.)
Интерьер автомобиля комфортный. Поверхность выполнена из практичных материалов. Багажник Toyota Prius просторный и может вместить большое количество вещей. Автомобиль оснащен комбинированной системой привода — системой THS. Двигатель мощностью 58 л.с. имеет рабочий объем 15 см³.
Электродвигатель использует накопленную энергию аккумулятора. Трансмиссия автомобиля является бесступенчатой. Имеется два электродвигателя и один двигатель внутреннего сгорания. Электродвигатель может работать в качестве генератора.
Автомобиль отличается минимальными выбросами в окружающую среду.
Второе поколение NHW20 (2003-2009 гг.)
Кузов следующей Toyota Prius — пятидверный хэтчбек. Модель пользуется популярностью у 73% потребителей. Конструкторы улучшили трансмиссию, но сохранили прежний 1,5-литровый бензиновый двигатель. Он может разгоняться до 50 км/ч с электромотором и до 180 км/ч с бензиновым двигателем. Расход топлива новой модели был снижен. Новая конструкция оснащена инвертором, поэтому цена на Toyota Prius Hybrid завышена.
Третье поколение ZVW30 (2009-2016 гг.)
Разработчики еще больше улучшили и модернизировали автомобиль. Если посмотреть на фотографии новинки, то можно увидеть различия в корпусе и дизайне. Оснащение Toyota Prius включает в себя:
- защиту на пороги;
- новые силиконовые чехлы;
- дефлекторы капота и окон;
- светодиодные дневные огни;
- противотуманные фары;
- пластиковые колпаки сверху легкосплавных дисков.
Четвертое поколение (2016 г.)
Модель имеет колесную базу 2 700 мм и новый тип кузова. Передняя часть автомобиля украшена угловатым рельефом и пунктирными линиями. Передние фары имеют оригинальную форму и обеспечивают отличную видимость на дороге в темное время суток. Сколько стоит новый Toyota Prius Hybrid? Цена Toyota Prius Hybrid составляет 1596 000 рублей.
Пакет оборудования новинки включает в себя:
- автосистему кондиционирования;
- антиблокировочное устройство тормозов;
- цифровой дисплей;
- аудиосистему;
- боковые и коленные подушки безопасности;
- запуск с кнопки.
Новые опции не могли остаться без влияния на цену Toyota Prius. Но даже высокая цена Toyota Prius не уменьшила интерес потребителей к этой новинке.
Заключение
Глядя на фото гибридного автомобиля Toyota Prius, можно с уверенностью сказать, что этот автомобиль воплощает в себе изысканность и надежность. Два электромотора и бензиновый двигатель придают модели необходимую мощность и силу. Комбинированная конструкция системы привода обеспечивает низкий расход топлива.
По сравнению с другими электромобилями, новая модель отличается низким уровнем выбросов углекислого газа, наличием вспомогательной батареи и систем мониторинга.
