Тойота Приус гибрид: устройство двигателя

Принцип работы Тойота Приус гибрид состоит в совместном функционировании бензинового и электрического моторов. Чтобы яснее понять, как работает Тойота Приус гибрид, рассмотрим его устройство детально.

Структура гибридного двигателя тойота приус

Принцип работы гибридного двигателя Тойота Приус нетрудно понять, если предварительно разобраться с его базовыми составляющими.

Чтобы понять, как работает гибридный двигатель Тойота Приус, рассмотрим его устройство, состоящее из бензинового агрегата и электрического двигателя– генератора.

Бензиновый двигатель

Данный агрегат, работающий по принципу внутреннего сгорания, установленный в Приусе, работает согласно циклу Аткинсона. Здесь допускается использование топлива марки АИ-92,95.

Особенности силового агрегата:

1. небольшой уровень токсичности, над снижением которого проводились работы;
2. экономичность расходования топлива;
3. высокий КПД.

Планетарная передача, передает крутящий момент к колесам машины, что, одновременно, обеспечивает работу электрического мотора. Это получается из-за того, что данная передача связывает оба вида моторов в единое целое.

Такая схема работы дает возможность вырабатывать нужное количество электрической энергии для того, чтобы поддерживать нужный уровень заряда аккумулятора. Кроме того, это необходимо для поддержания нормальной работы климатической системы, других электрических приборов, присутствующих в автомобиле.

Мотор генератор 1 и 2

Рассматривая Toyota prius, принцип работы, то, как устроен Приус, можно легко понять, если обратить внимание на генераторы машины. Их здесь имеется два.

1. Первый необходим для запуска двигателя внутреннего сгорания. Он является своеобразным стартером в классическом понимании этого слова. Именно он обеспечивает функционирование второго генератора, когда происходит снижение уровня заряда аккумуляторной батареи. Кроме того, первый генератор вырабатывает электрическую энергию, необходимую для передачи заряда аккумуляторной батареи.
2. Второй генератор необходим для обеспечения передачи крутящего моменту от ВВБ к колесам.

Электрические моторы Приуса работают по принципу взаимодействия электромагнитных полей. По этой причине здесь стоят неодимовые магниты (они находятся в роторе), а обмотка статора сделана из медных проводников.

Существует два режима функционирования такого оборудования:

1. Генераторный: здесь переменное напряжение в трех фазах передается с выводов статора. Напряжение преобразуется из переменного в постоянное, путем работы конвертора. После этого, данная энергия передается электрическому оборудованию, поддерживает необходимый уровень заряда аккумулятора.
2. Двигательный: здесь мотор-генератор получает на обмотку статора уже трехфазное питание, обеспечиваемое воздействием магнитных полей. Это путь получения кинетической энергии.

Планетарная КПП

Планетарный механизм является достаточно сложной конструкцией, которая в полной мере обеспечивает функционирование всей установки гибрида. Здесь присутствует редуктор, который разработан особым образом, чтобы бензиновая установка подключалась к работе для вращения колес, поддержания нормальной работы генератора.

Важно! Вращение колес обеспечивается только при достижении оборотов в 2000 единиц за минуту.

Планетарный механизм следующим образом обеспечивает работу гибрида:

1. электрическая тяга обеспечивает перемещение машины на низких скоростях;
2. чтобы набрать большую скорость, к работе подключается генератор, функционирующий посредством двигателя внутреннего сгорания.

Нужно отметить, что планетарный механизм не обеспечивает непосредственной связи между приводом колес и бензиновым двигателем.

Режимы работы гибридной силовой установки

Чтобы определить, toyota prius, как работает, после рассмотрения устройства Тойота Приус, необходимо ознакомиться с принципами работы гибридного автомобиля Тойота Приус.

Режимы работы автомобиля:

1. Запуск двигателя внутреннего сгорания и перемещение машины.
2. Старт на тяге электричества, движение с большой скоростью.
3. Запуск во время осуществления движения машиной.
4. Движение назад.

Начало движения с запуском двс

Как работает гибрид Приус? В автомобиле Тойота Приус принцип работы гибридной установки начального движения имеет следующие особенности. Данный режим применяется в тех случаях, когда заряда аккумуляторной батареи слишком мало, чтобы автомобиль начал свое движение.

Работа гибрида здесь происходит таким образом:

1. Начальный генератор заставляет вращаться планетарный механизм, последний запускает двигатель внутреннего сгорания.
2. Бензиновый мотор осуществляет разгон первого генератора, после чего он переходит в генераторный режим.
3. Вырабатывается нужное количество электричества, необходимого для заряда аккумулятора, обеспечения работы генератора под номером два.

Старт на электротяге скоростная езда

Рассматривая toyota prius устройство, нужно отдельно остановиться на изучении электрической тяги гибрида. Она применяется во время старта авто, используется следующим образом:

1. движение авто начинается в тот момент, когда бензиновый двигатель еще заглушен;
2. второй генератор способствует началу вращения колес, первый электрический мотор также начинает двигаться (через передачу шестеренки планетарки), весь этот процесс становится возможным за счет накопленной батареей энергии (здесь напряжение преобразуется в переменное);
3. чтобы машина ехала на высокой скорости второй генератор шестеренками переключается на процесс вращения от первого генератора (кратность здесь составляет 2,6 единицы);
4. происходит увеличение скорости вращения первого электрического мотора (максимум оборотов может достигать 6000 за минуту, что равно скорости в 64 км/ч).

Запуск двс на ходу

Чтобы понять принцип работы Тойота Приус, нужно рассмотреть запуск силового агрегата непосредственно на ходу:

1. Когда останавливается первый генератор, в работу включается бензиновый ДВС. Генератор же тормозится посредством того, что поток электромагнитного излучения перенаправляется в другую сторону, противоположную той, в которую происходит вращение ротора.
2. Мотор запускается путем снятия крутящего момента с колес.
3. Когда двигатель внутреннего сгорания набирает нужное количество оборотов, можно понять, как работает Тойота Приус: совпадают направления вращения каждого из агрегатов установки гибрида. Когда количество оборотов становится одинаковым, распределение силы вращения на колесах также становится равномерным.
4. Рост вырабатываемой электрической энергии начинает расти в тот момент, когда увеличиваются обороты со стороны бензинового агрегата. Тут же происходит и рост энергии, которую дает первый генератор. Вырабатываемая энергия расходуется на зарядку аккумуляторной батареи, поддержку движения машины, когда энергия передается на второй двигатель.

Как становится видно, мотор прямо соединен с приводом колес. Именно он передает энергию, необходимую для вращения колес (только в том случае, когда количество оборотов оси двигателя и колес становится одинаковым). Можно сделать вывод, что бензиновый ДВС необходим для обеспечения функционирования электрического генератора, а также поддержания нужного уровня заряда аккумуляторной батареи.

Движение задним ходом

Рассмотрение движения назад также необходимо, чтобы понять, как работает Приус. Этот процесс идет следующим путем:

• за движение таким образом, ответственен первый генератор;
• когда ДВС заглушен, первый электрический мотор начинает работать на движение авто;
• первый генератор начинает вращаться в сторону, противоположную той, в которую вращается второй генератор;
• ось планетарки остается на месте;
• крутящий момент передается от одного генератора к другому, для этого используется шестеренчатая передача планетарки;
• второй электрический мотор начинает свое вращение в обратную сторону, что дает возможность машине ехать задним ходом.

Если запущен бензиновый двигатель, то для движения задним ходом, требуется увеличение оборотов первого генератора относительно оборотов ДВС.

Заключение

Гибридная конструкция Приуса отличается экономичностью расходования топлива. Это обеспечивается следующими показателями:

• остановка бензинового двигателя, его пуск в те моменты, когда это необходимо, предполагающая использование принципа Аткинсона;
• получение и аккумуляция нужного объема энергии для рекуперации во время торможения;
• получение бензиновым двигателем нужного уровня нагрузки благодаря наличию вариатора;
• высокие аэродинамические свойства.

Устройство и схема работы коробки передач и двигателей тойота приус (Toyota Prius) — Видео

Давайте вместе разберемся как же инженерам компании Toyota удалось создать сложнейший редуктор для работы трех двигателей на одной оси в своем автомобиле тойота приус. Посмотрим на видео как передается момент от двигателей к колесам в реальном времени через специальную планетарную раздаточную муфту.

Автомобиль Toyota Prius имеет достаточно сложную систему привода.

Основные компоненты силовой установки Toyota Prius:

1. Двигатель внутреннего сгорания — бензиновые двигатель работающий по циклу Аткинсона. Основные достоинства такого двигателя — малый расход топлива, высокий КПД и очень низкая токсичность.
Двигатель может не только передавать усилие на колеса автомобиля при необходимости, но так же может крутить мотор генератор вырабатывая энергию для электрической сети автомобиля.
Электричество от генератора может запасаться в аккумуляторных батареях или тратится на климат-контроль или другие системы автомобиля.

2. Мотор/генератор 1 — может работать как генератор, вырабатывает энергию для последующей зарядки аккумуляторов или для прямой передачи энергии к мотору 2 который непосредственно крутит колеса, в моменты когда ему не хватает мощности батарей. Так же этот мотор помогает запустить ДВС как стартер в обычном автомобиле.
3. Мотор/генератор 2 — служит для передачи основного усилия на колеса автомобиля используя энергию аккумуляторных батарей.

Оба мотор/генератора сделаны на основе мощных неодимовых магнитов.

Постоянные магниты двигаются внутри элетромагнитного статора состоящего из множества медных обмоток вырабатывая электрический ток.

На выходе статора при работе в режиме генератора мы получаем трехфазное переменное напряжение, которое с помощью конвертера преобразовывается в постоянное напряжение, необходимое для подзарядки аккумуляторов и стабильно работы электросети автомобиля.

Так же в режиме мотора, если на обмотки электромагнитного статора подается трехфазное контролируемое напряжение, ротор с магнитами крутится вырабатывая необходимое количество кинетической энергии.

4. Планетарный раздаточный механизм — самый сложный элемент привода автомобиля. Позволяет комбинировать усилия от Двигателя внутреннего сгорания и тягового электродвигателя. Механизм может не только подключать в нужные моменты ДВС, но так же может отключать его от всей системы привода, оставляя его один на один с генератором.

Основной особенностью планетарного механизма автомобиля Toyota Prius является то, что двигатель внутреннего сгорания не связан напрямую с колесами. ДВС может частично помогать вращать колеса отдавая лишь часть энергии и происходит это на оптимальных оборотах двигателя и на соответствующей оптимальной скорости автомобиля.
Как показывает практика — ДВС работает оптимально на трассе при оборотах выше 2000 — особенно это касается двигателя с циклом Аткинсона, который практически не отдает момента на низких оборотах.

В основном ДВС крутит генератор который вырабатывает электрическую энергию. Если автомобиль движется в пробках и передвигается медленно, его перемещает основной электродвигатель за счет аккумуляторных батарей. В случае если автомобилю нужно набрать скорость дополнительная энергия вырабатывается генератором который раскручивается с помощью ДВС.

Основные части планетарного механизма

1. Основное кольцо — внешняя круговая шестерня
2. Солнечная шестерня — по аналогии с солнечной системой расположена в центре механизма
3. Планетарные шестерни — расположены на планетарной оси которая вращается вокруг солнечной шестерни и соответственно так же вращаются и планетарные шестерни.

Мотор/генератор 1 — который в большинстве случаев работает как генератор или как стартер подключен напрямую к солнечной шестерне.
Мотор/генератор 2 — подключен к основному кольцу и в свою очередь напрямую к колесам.
ДВС — подключен к планетарной оси с планетарными шестернями.

На стенде представлена вся система в сборе.

Основные элементы — диск сцепления на валу планетарного механизма (ДВС), мотор/генератор 1 и Мотор/генератор 2.

Примеры работы коробки передач тойоты приус:

1. Если автомобиль остановился Мотор/генератор 2 тоже останавливается так как соединен напрямую с колесами.
Если аккумлуяторные батареи недостаточно заряжены для последующего движения их нужно зарядить с помощью генератор. Для этого необходимо завести двигатель.
Мотор/генератор 1 начинает свое вращение и через планетарный механизм вращает и заводит двигатель.
ДВС в свою очередь начинает вращать Мотор/генератор 1 и тот в режиме генератора вырабатывает необходимую энергию. Переменное напряжение на выходе генератора преобразовывается в постоянное напряжение 120 Вольт для зарядки аккумуляторов.
Так же двигатель может запускаться и останавливаться в таком режиме при необходимости для зарядки аккумуляторов или для подпитки потребителей бортовой сети автомобиля (климат-контроль, магнитола, свет).

2. Если нам необходмо начать движение и двигатель внутреннего сгорания остановлен, энергия направляется на Мотор/генератор 2 который начинает вращать колеса и одновременно через планетарный механизм вращает Мотор/генератор 1. На этом этапе происходит обратное преобразование из постоянного напряжения 120 Вольт в трехфазное переменное для вращения электромотора.

При большом разгоне автомобиля, мы можем достигнуть такой скорости на колесах автомобиля а значит и на оси Мотор/генератор 2 которая будет больше допустимой скорости Мотор/генератор 1. Обычно это скорость около 40 миль в час при которой обороты на Моторе 1 достигают максимальных 6000.

Мотор 2 приводит в движение Мотор 1 через шестерни с соотношением 2,6. То есть при вращении Мотор 2 на максимальных оборотах, Мотор 1 будет делать в 2,6 раза больше оборотов.

3. Запуск двигателя на ходу происходит при остановке Мотор/генератор 1 с помощью электромагнитного поля подаваемого как противовес — против вращения ротора. При такой комбинации усилий, сила вращения колеса передается на вал ДВС. Двигатель прокручивается и заводится.

ДВС начинает вращаться и увлекает за собой Мотор/генератор 1. Теперь все моторы вращаются в одном направлении и все силы равномерно расходуются на движения колес. Правило соблюдается только если скорости всех моторов одинаковые.

Если ДВС начинает крутится быстрее прикода колес (Мотор/генератора 2), он начинает быстрее вращать генератор 1 вырабатывае больше энергии для зарядки аккумуляторов и последующего движения.

На данном примере мы можем четко проследить что Двигатель Внутреннего сгорание не связан напрямую с приводом авто. Он вращается свободно — может вращаться быстрее или медленнее основного привода (Мотор/генератора 2). ДВС может только помогать вращаться колесам при совпадении оборотов колес и оси двигателя — в остальных случаях он работает только на генератор добавляя необходимую энергию в систему в нужные моменты.

4. Задний ход реализован с помощью Мотор/генератора 1, который как вы помните по описанию выше использовался только как генератор или стартер.
В случае если ДВС заглушен и автомобиль необходимо сдвинуть назад — Мотор/генератора 1 подключается в режиме мотора и вращается в направлении противоположном вращению Мотор/генератора 2. При остановленом ДВС планетарная ось остановлена на месте и усилие с Мотора 1 передается через планетарные шестерни напрямую на Мотор 2.
Мотор 2 вращается в обратно направлении и автомобиль двигается назад.

Если в момент запуска заднего хода работает ДВС, необходимо просто вращать Мотор/генератора 1 быстрее чем вращается ДВС, тем самым дополнительное усилие (вращение с превышающей скоростью) будет передаваться на Мотор/генератора 2 в виде обратного вращения — заднего хода.

Таким образом сложный и в тоже время простой планетарный механизм позволяет соединить три двигателя в любых комбинациях необходимых для полноценной работы автомобиля Toyota Prius.