8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Приус тойота как работает


Принцип работы Приус: планетарная коробка, электромотор, 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

Заряжаемый Prius Prime

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

Приус 10

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

Prius Prime

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

Теория работы силовой установки Приус — Toyota Prius, 1.5 л., 2008 года на DRIVE2

Не моё, но очень понравилось как расписано, поэтому решил оставить у себя.
Добавил картинки.
С некоторыми утверждениями я либо не согласен,
либо их можно было бы дополнить\подкорректировать. (кому интересно, вэлком ниже в комменты)
Оставил только авторский текст.
взято где то на просторах интернета.
--------------------------------------
ТЕОРИЯ

Двигатель и коробка Приуса

Вообще, писать о принципе работы гибрида сначала не хотел – уже написаны тонны статей.
Но регулярно повторяющиеся «перлы» от владельцев и невладельцев заставили пересмотреть вопрос.
Все-таки лучше «на пальцах» объяснить принцип работы.
Конечно, особо отмороженным и это не поможет, но кто-то из потенциальных покупателей,
возможно, прочтёт и поймет суть, а это постепенно искоренит страх перед гибридом.
Поэтому я кагбэ посвящаю этот раздел будущим владельцам, которые сомневаются,
а не является ли проект «Приус» родственником проекту «МММ»?

В общем и целом я слышал несколько типовых неправильных мнений о том,
почему гибрид экономичней остальных машин.
Я не буду исследовать их популярность, просто приведу встречавшиеся мне:
1. «Гибрид экономней, потому что может отключить ДВС и ехать на батарее».
(Как вариант продолжения фразы – «А когда энергия в батарейке закончится,
то он включит ДВС и будет потреблять столько же, сколько и 1.5л Королла»).
2. «Гибрид экономичен только потому, что у него 1.5л ДВС. 1.5л Королла съест столько же».
3. «Гибрид экономит только летом, когда тепло, а зимой:
А) батарейка быстро сядет (варианты – сдохнет/взорвется/разлетится/превратится в лед/улетит на Марс)
и никакой экономии не будет.
Б) Гибрид экономит, потому что выключает ДВС в пробках,
а зимой выключаться не будет, поэтому не будет и экономии.
В) Зимой вообще все замерзнет вместе с водителем и никуда не поедет.
Г) Да он вообще не заведется!»
4. «Он вообще не экономичней! Это всемирный заговор!»

Для владельцев гибридов эти пункты выглядят смешными. :)

Сначала я постараюсь «на пальцах» объяснить причину неэкономичности обычных,
негибридных машин, потом общие принципы работы гибрида и с помощью чего он экономит бензин,
а потом попунктно объясню неправоту высказывающихся
(хотя после объяснения принципа работы это уже может и не потребоваться).

Основная причина неэкономичности любой бензиновой негибридной машины
– дроссельная заслонка мотора.

Смысл в том, что если ехать на средней скорости (ну, пусть 100км/ч),
то 1.5-литровый мотор усредненной сферической короллообразной машины в вакууме
будет выдавать 20-25л.с. (при том, что типичные 1.5л моторы максимально выдают 90-110л.с.
и максимальный момент 130-150Нм).
В таком режиме дроссель открыт слегка и ДВС всасывает воздух через узкую щель.
Естественно, что ДВС таким образом работает как воздушный насос
и тратит на это немало энергии. Кто не верит, пусть попробует подышать не через нос,
а через узкую трубочку для питья коктейлей – увидите, что надолго вас не хватит.
Так вот, в таком режиме ДВС будет работать не со своим максимальным КПД 35-39%,
а всего лишь 25-30%, а при мЕньших скоростях – ещё меньше.
Вторая причина неэкономичности более очевидна – холостой ход в пробках,
когда работа ДВС, в общем-то, не нужна. Какой из этого вывод?
Заставить работать ДВС как можно чаще с более сильно открытым дросселем
и не работать вхолостую – и профит обеспечен.

Сразу появляется вопрос:
а почему этого нельзя сделать без всяких хитроумных трансмиссий?
Почему это нельзя сделать с помощью обычной коробки передач
(механической или автоматической)?
А потому, что традиционные ступенчатые КПП имеют ограниченный диапазон регулирования,
как правило от 4 до 5.5. Это число показывает, во сколько раз первая передача отличается от высшей.
Ну, к примеру, первая – 3, пятая 0.75, диапазон = 3/0.75 = 4.
Выше этот диапазон чисто технологически сделать затруднительно
(габариты/вес/нагрузки/сложность/цена. Но даже если бы таких ограничений не было,
есть гораздо более серьезное ограничение – водятел,
которому переключать более 5-6 ступеней будет просто лень).
Поэтому низшие передачи подбираются для более-менее нормального разгона,
а высшие – для приемлемой экономии и максимальной скорости,
приблизительные передаточные числа МКПП от 3 до 0.75, для АКПП от 2.5 до 0.5.
А теперь вспомним, какие ПЧ для короллообразных?
При 100км/ч на 5 передаче обычно около 2500об/мин.
Это означает, что если ДВС должен выдавать около 20л.с.,
то он должен развивать всего 57Нм крутящего момента, а это всего лишь треть от номинала.
То есть, дроссель пропускает всего лишь треть воздуха от максимально возможного.
Если бы ДВС работал при вдвое меньших оборотах (1250об/мин)
и выдавал вдвое больший момент (114Нм), то мощность была бы той же,
а расход бензина заметно меньше, так как дроссель был бы открыт сильнее
и меньше сопротивлялся потоку воздуха.
Но короллобразные этого режима осилить не могут – при таких «растянутых» ПЧ
разгоняться до 100км/ч они будут минуты, а при малейшей горке вверх
мотору не хватит момента затащить машину и придется «подтыкать» более низкую передачу,
что комфорта водятлу не прибавляет.
Поэтому Тойота напряглась и выдала на-гора хитрую трансмиссию –
электромеханический вариатор,
который в своей первой ипостаси имел название THS, а потом – HSD,
хотя по сути конструкция одна и та же.

Трансмиссия Приуса

Смысл ее работы я уже точно словами объяснять не буду
– жаждущие информации и сами найдут картинки в инете, а остальным это не нужно.
Но вкратце – в этой коробке есть 1 планетарная передача и 2 электромотора.
В итоге вся эта электромеханическая ботва дает диапазон регулирования, равный бесконечности.
На практике – около 10-15, но и это намного больше,
чем 4 у МКПП/АКПП и 5 у клиноремённых вариаторов.
Это и означает, что можно ехать в крутую горку
при скорости 1 км/ч и оборотах ДВС 1200об/мин,
а можно при тех же 1200 об/мин ехать около 90км/ч
(А можно, наоборот, стартовать при 2700об/мин и иметь на старте 480Нм момента).
То есть, такая трансмиссия ВСЕГДА сможет обеспечить режим работы ДВС
максимально «внатяг» — то есть минимум об/мин и максимум Нм,
а это и есть максимальный КПД. Ферштейн?
Собственно, вот и вся премудрость.

Исключение работы вхолостую гораздо проще и шире распространено
– системой старт-стоп оснащаются и другие машины.
Это тоже заметно экономит луц, но в основном в пробках.
Еще одна «фишка» гибридов от Тойоты – моторы с циклом Аткинсона.
Опять-таки, долго объяснять не буду (это есть в инете),
но смысл – с помощью фаз ГРМ уменьшаются всё те же насосные потери на низких нагрузках,
это повышает КПД. Рекуперация же сделана вообще «за компанию»,
только потому, что есть аккумулятор и есть электромоторы,
которые могут работать генераторами – почему бы не собрать дармовую энергию при торможении?
На практике же сбережённые рекуперацией 50Втч энергии –
это всего лишь 17мл бензина. Крохи.
Аэродинамика вносит гораздо больше:
Приус экономит 1л/100км бензина за счет низкого Сх=0.26 на скорости 100км/ч
и 2л/100 – при 150км/ч (по сравнению с короллообразными с Сх=0.35)

Итак, по пунктам, экономию дают:
1. Электромеханический вариатор с очень широким диапазоном регулирования, который очень эффективно нагружает ДВС и не даёт ему тратить энергию на прогон воздуха через узкую щель дросселя.
2. Система старт-стоп, которая глушит ДВС в тех случаях, когда его работа не нужна.
3. Цикл Аткинсона, дополнительно уменьшающий насосные потери.
4. Улучшенная аэродинамика.
5. Рекуперация энергии при торможении.

Ну, теперь для проформы, комментарии «перлов»:
1. Гибрид может ехать на батарее, но не это дает экономию,
а то, что потом при включенном ДВС мотор эффективно нагружается
и работает с сильно открытым дросселем, что дает высокий КПД.
2. Гибрид экономичней потому, что может создать такие передаточные числа в коробке,
какие короллам и не снились.
3. Зимой гибрид экономит меньше (это правда), но не из-за батарейки,
а из-за прокладки между рулем и сиденьем, которой нравится ехать в тепле.
А поскольку тепла зимой нужно много, то ДВС не столько жжёт бензин для езды,
сколько для обогрева, а обогрев нужен одинаковый что для гибридов, что для негибридов.
Поэтому если стоять в пробке в -40, то 2 машины с одинаковыми 1.5л моторами съедят,
скорее всего, одинаковое количество бензина.
Правда машину это будет напоминать отдалённо – скорее, мобильная батарея отопления.
Но вот если при тех же -40 постоянно ехать, то Приус будет,
как и летом, молотить свои 1200об/мин при 80км/ч,
а сферическое короллообразное машыно – 2000об/мин,
что сразу даст разницу в КПД и расходе.
4. Приус в нормальном техническом состоянии заводится при -56 град.

В качестве бонуса поясняю, почему при обычной повседневной езде
нельзя достичь расхода менее 3.5л/100км даже при том,
что особо отмороженные приусофаги достигали 2л/100км,
проезжая на полном баке 2400км. Когда машина движется совсем медленно (ниже 70км/ч)
потребность в энергии для движения столь низка (менее 5кВт),
что даже супер-пупер цикл Аткинсона и не менее супер-пупер HSD
со всей их эластичностью не могут извернуться и нагрузить ДВС так,
чтоб он работал с сильно открытым дросселем.
Даже на своих минимальных 1200 об/мин ДВС с сильно открытым дросселем
даст около 70Нм момента, а это около 9кВт.
Поэтому при низких скоростях расход опять начнёт расти.
По многочисленным личным экспериментам установлено,
что наиболее экономичная скорость для 20-ки 72-75 км/ч по спидометру.
Расход составляет около 3-3.5л/100 по ровной дороге, около 4л/100 при холмистой.
А что касается 2л/100км, то технология достижения следующая:
ставим машину на уклон, так чтоб в бак влезло почти 50л луца под завязку.
Затем движемся в режиме Pulse&Glide, то есть разгоняемся до 50км/ч,
отпускаем педаль и катимся до 30км/ч, потом опять жмём газ и разгоняемся до 50км/ч.
Ст

Как в хэтчбеке Toyota Prius живётся вымышленному владельцу. Тест-драйв toyota prius — ДРАЙВ

  • Войти
  • Регистрация
  • Забыли пароль?
  • user
  • Выход
Найти ДРАЙВ
  • Наши
    тест-драйвы
  • Наши
    видео
  • Цены и
    комплектации
  • Сообщество
    DRIVE2
  • Новости
  • Наши тест-драйвы
  • Наши видео
  • Поиск по сайту
  • Полная версия сайта
  • Войти
  • Выйти
  • Acura
  • Alfa Romeo
  • Aston Martin
  • Audi
  • Bentley
  • Bilenkin Classic Cars
  • BMW
  • Brilliance
  • Cadillac
  • Changan
  • Chery
  • Chevrolet
  • Chrysler
  • Citroen
  • Daewoo
  • Datsun
  • Dodge
  • Dongfeng
  • DS
  • FAW
  • Ferrari
  • FIAT
  • Ford
  • Foton
  • GAC
  • Geely
  • Genesis
  • Great Wall
  • Haima
  • Haval
  • Hawtai
  • Honda
  • Hummer
  • Hyundai
  • Infiniti
  • Isuzu
  • JAC
  • Jaguar
  • Jeep
  • KIA
  • Lada
  • Lamborghini
  • Land Rover
  • Lexus
  • Lifan
  • Maserati
  • Mazda
  • Mercedes-Benz
  • MINI
  • Mitsubishi
  • Nissan
  • Opel
  • Peugeot
  • Porsche
  • Ravon
  • Renault
  • Rolls-Royce
  • Saab
  • SEAT
  • Skoda
  • Smart
  • SsangYong
  • Subaru
  • Suzuki
  • Tesla
  • Toyota
  • Volkswagen
  • Volvo
  • Zotye
  • УАЗ
  • Kunst!
  • Тесты шин
  • Шпионерия
  • Автомобизнес
  • Техника
  • Наши дороги
  • Гостиная
  • Автоспорт
  • Авторские колонки
  • Acura
  • Alfa Romeo
  • Aston Martin
  • Audi
  • Bentley
  • BCC
  • BMW
  • Brilliance
  • Cadillac
  • Changan
  • Chery
  • Chevrolet
  • Chrysler
  • Citroen
  • Daewoo
  • Datsun
  • Dodge
  • Dongfeng
  • DS
  • FAW
  • Ferrari
  • FIAT
  • Ford
  • Foton
  • GAC
  • Geely
  • Genesis
  • Great Wall
  • Haima
  • Haval
  • Hawtai
  • Honda
  • Hummer
  • Hyundai
  • Infiniti
  • Isuzu
  • JAC
  • Jaguar
  • Jeep
  • KIA
  • Lada
  • Lamborghini
  • Land Rover
  • Lexus
  • Lifan
  • Maserati
  • Mazda
  • Mercedes-Benz
  • MINI
  • Mitsubishi
  • Nissan
  • Opel
  • Peugeot
  • Porsche
  • Ravon
  • Renault
  • Rolls-Royce
  • Saab
  • SEAT
  • Skoda
  • Smart
  • SsangYong
  • Subaru
  • Suzuki
  • Tesla
  • Toyota
  • Volkswagen
  • Volvo
  • Zotye
  • УАЗ

Toyota Prius Работа автомобиля в различных режимах движения часть1

Крутящий момент и энергия ДВС и моторов/генераторов объединены и распределяются планетарным набором шестерен, названным Toyota "устройством распределения мощности" (PSD, Power Split Device). И хотя оно не сложно для производства, это устройство является весьма трудным для его понимания и еще более мудреным, чтобы рассмотреть в полном контексте все режимы работы привода. Поэтому посвятим несколько других тем обсуждению устройства распределения мощности. Короче говоря, это позволяет Prius работать и в последовательном-, и в параллельно-гибридных режимах работы одновременно и получать некоторые из преимуществ каждого режима. ДВС может крутить колеса непосредственно (механически) через PSD. В то же самое время переменное количество энергии может быть снято с ДВС и превращено в электричество. Оно может заряжать батарею или передаваться к одному из моторов/генераторов, чтобы помогать крутить колеса. Гибкость этого механического/электрического распределения энергии позволяет Prius улучшать показатели топливной экономичности и управлять выбросами во время движения, что невозможно при жесткой механической связи между ДВС и колесами, как в параллельном гибриде, но без потерь электрической энергии, как в последовательном гибриде. Prius, как часто говорят, имеет CVT (Continue Variable Transmission) - бесступенчато-регулируемую или "постоянно-переменную" трансмиссию, это и есть устройство распределения мощности PSD. Однако обычная бесступенчато-регулируемая передача работает точно так же, как нормальная коробка передач за исключением того, что передаточное отношение может меняться непрерывно (плавно), а не в небольшом диапазоне шагов (первая передача, вторая передача и т.д.). Немного позже мы рассмотрим, чем PSD отличается от обычной бесступенчато-регулируемой передачи, т.е. вариатора.

Обычно самый задаваемый вопрос по "коробке" автомобиля Prius: какое масло туда льется, сколько по объему и как часто его менять. Очень часто среди работников автосервиса бытует такое заблуждение: раз в коройке нет щупа - значит, масло там менять вообще не нужно. Это заблуждение привело к гибели уже не одной коробки.

10    кузов: рабочая жидкость Т-4 - 3,8 литра.

11    кузов: рабочая жидкость Т-4 - 4,6 литра.

20 кузов: рабочая жидкость ATF WS - 3,8 литра. Срок замены: через 40 тыс. км. По японским срокам масло меняется раз в 80 тыс. км, но для особо тяжелых условий эксплуатации (а японцы относят эксплуатацию автомобилей в России как раз к этим особо тяжелым условиям - и мы с ними солидарны) масло положено менять в 2 раза чаще.

Расскажу об основных различиях в обслуживании коробок, т.е. о замене масла. Если в 20-м кузове, чтобы поменять масло, надо просто открутить сливную пробку и, слив старое, залить новое масло, то на 10-м и 11-м кузовах не все так просто. Конструкция масляного поддона на этих машинах выполнена таким образом, что если просто открутить сливную пробку, то сольется только часть масла, причем не самого грязного. А 300-400 грамм самого грязного масла с прочим мусором (кусочки герметика, продукты износа) остается в поддоне. Поэтому чтобы заменить масло, надо снять поддон коробки и, вылив грязь и почистив его, поставить на место. При съеме поддона мы получаем еще один дополнительный бонус - мы можем продиагностировать состояние коробки по продуктам износа, находящимся в поддоне. Самое страшное для владельца - это когда он на дне поддона увидит желтую (бронзовую) стружку. Такой коробке жить осталось недолго. Прокладка поддона пробковая, и если отверстия на ней не приобрели овальную форму - ее можно использовать повторно без всяких герметиков! Главное при установке поддона - не перетянуть болты, чтобы не разрезать прокладку поддоном. Что еще интересного применено в трансмиссии: Использование цепной передачи довольно необычно, но все обычные автомобили имеют шестеренчатые редукторы между двигателем и осями. Их цель состоит в том, чтобы позволить двигателю вращаться быстрее, чем колеса и также увеличивать произведенный двигателем крутящий момент к большему крутящему моменту на колесах. Отношения, с которыми скорость вращения уменьшена и крутящий момент увеличены - обязательно то же самое (пренебрежем трением) из-за закона сохранения энергии. Отношение называют "полным передаточным числом". Полное передаточное число Prius в 11-м кузове - 3,905. Оно получается так:

-    Цепное колесо с 39 зубьями на выходном валу PSD приводит в движение цепное колесо с 36 зубьями на первом промежуточном валу через бесшумную цепь (так называемую цепь Морзе).

-    Шестерня с 30 зубьями на первом промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 44 зубьями на втором промежуточном валу.

-    Шестерня с 26 зубьями на втором промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 75 зубьями на входе дифференциала.

-    Значение выхода дифференциала к двум колесам -такое же, как вход дифференциала (они, фактически, идентичны, кроме тех случаев, когда происходит движение в повороте).

Если мы выполним простое арифметическое действие: (36/39) * (44/30) * (75/26), мы получим (с точностью до четырех значащих цифр) полное передаточное число 3,905.

Почему используется цепной привод? Потому что это позволяет избежать осевого усилия (сила, направленная вдоль оси вала), которая возникала бы при применении обычных косозубых шестерен, используемых в автомобильных трансмиссиях. Этого можно было бы также избежать при использовании прямозубых шестерен, но они производят шум. Осевое усилие не проблема на промежуточных валах и может быть уравновешено коническими роликовыми подшипниками. Однако, это не так просто с выходным валом PSD. Нет ничего очень необычного в дифференциале, осях и колесах Prius. Как в обычном автомобиле, дифференциал позволяет внутренним и внешним колесам вращаться с разными скоростями, когда автомобиль поворачивает. Оси передают крутящий момент от дифференциала до ступицы колеса и включают сочленение, позволяющее колесам перемещаться вверх и вниз вслед за подвеской. Колеса - легкий алюминиевый сплав и оснащены шинами высокого давления с низким сопротивлением качения. Шины имеют катящийся радиус приблизительно 11,1 дюймов, что означает, что на каждый оборот колеса автомобиль перемещается на 1,77 м. Необычен только размер штатных покрышек на 10 и 11 кузове: 165/65-15. Это довольно редкий размер резины в России. Многие продавцы даже в специализированных магазинах совершенно серьезно убеждают, что такой резины не существует в природе. Мои рекомендации: для российских условий наиболее подходящим размером является 185/60-15. В 20 Prius размер резины увеличен, что благотворно сказалось на ее долговечности. Теперь интересней: что отсутствует в Prius, что есть в любом другом автомобиле?

Это:

-    нет никакой ступенчатой коробки передач, ни ручной, ни автоматической - Prius не использует ступенчатые передачи;

-    нет никакого сцепления или трансформатора - колеса всегда жестко связаны с ДВС и моторами/генераторами;

-    нет никакого стартера - запуск ДВС производится с помощью MG1 через шестерни в устройстве распределения мощности;

-    нет никакого генератора переменного тока -электроэнергия производится моторами/генераторами при необходимости.

Поэтому конструктивная сложность гибридного привода Prius фактически не намного больше, чем у обычного автомобиля. Кроме того, новые и незнакомые части, такие, как моторы/генераторы и PSD, имеют более высокую надежность и более длительный срок службы, чем некоторые из частей, которые были устранены из конструкции.

Как устроены гибридные автомобили — ДРАЙВ

Первый в мире бензоэлектрический автомобиль Lohner Electric Chaise был создан Фердинандом Порше ещё в 1899 году. В 70-е годы XX века интерес к гибридам возобновился вследствие роста цен на топливо и ужесточения экологических норм.

Гибридная силовая установка сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что обеспечивает меньший расход топлива и снижает токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибридный автомобиль, тем более ёмкие аккумуляторы ему требуются и, следовательно, тем выше его цена.

В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электромотор, гибриды делятся на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, у хэтчбека Honda Insight. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге, как Lexus RX 400h. Есть ещё якобы микрогибриды — придуманный маркетологами термин для рекламы системы start/stop. Но последняя по сути — генератор с расширенными функциями. А мы говорим о схемах, где электродвигатели передают крутящий момент на колёса.

В 1997 году на японском рынке дебютировал первый гибрид — Toyota Prius (вверху). А в 1999-м фирма Honda представила американцам свой Insight.

Это интересно — Toyota Prius, 1.5 л., 1999 года на DRIVE2

Toyota Prius Работа автомобиля в различных режимах движения

Сравнительные данные автомобилей Prius различных годов выпуска

Сравнительные данные автомобилей Prius различных годов выпуска

двигатель внутреннего сгорания Toyota Prius

Тойота Приус имеет необычно маленький для автомобиля весом 1300 кг двигатель внутреннего сгорания (ДВС), объемом 1497 см'. Это стало возможным из-за наличия электрических моторов и батареи, которые помогают ДВС, когда необходима большая мощность. На обычном автомобиле двигатель рассчитан на высокое ускорение и движение на крутой подъем, поэтому он почти всегда работает с низкой эффективностью (к.п.д). На 30-м кузове применяется другой двигатель, 2ZR-FXE, объемом 1,8 литра. Так как автомобиль не может быть подключен к городской сети электроснабжения (что планируется осуществить японскими инженерами в недалеком будущем), нет никакого другого долгосрочного источника энергии и этот двигатель должен поставлять энергию для зарядки батареи, а также для перемещения автомобиля и питания дополнительных потребителей таких, как кондиционер воздуха, электрический нагреватель, аудио, и т.д. Обозначение Toyota для двигателя Prius — 1NZ-FXE. Прототипом данного двигателя является двигатель 1NZ-FE, который устанавливался на автомобили Yaris, Bb, Fun Cargo', Platz. Конструкция многих деталей двигателей 1NZ-FE и 1NZ-FXE одинакова. Например, блоки цилиндров у Bb, Fun Cargo, Platz и Prius 11 одинаковые. Однако двигатель 1NZ-FXE использует другую схему смесеобразования, и соответственно с этим связаны конструктивные отличия.В двигателе 1NZ-FXE реализован цикл Atkinson, тогда как в двигателе 1NZ-FE используется обычный цикл Отто.

В двигателе цикла Отто, в процессе впуска, топливо-воздушная смесь поступает в цилиндр. Однако давление во впускном коллекторе ниже, чем в цилиндре (поскольку расход регулируется дроссельной заслонкой), и поэтому поршень совершает дополнительную работу по всасыванию топливовоздушной смеси, работая как компрессор. Около нижней мертвой точки закрывается впускной клапан. Смесь в цилиндре сжимается и поджигается в момент подачи искры. В отличие от этого, цикл Atkinson не закрывает впускной клапан в нижней мертвой точке, а оставляет его открытым, в то время как поршень начинает подниматься. Часть топливовоздушной смеси вытесняется во впускной коллектор, и используется в другом цилиндре. Таким образом, уменьшаются насосные потери, по сравнению с циклом Отто. Поскольку объем смеси, который сжимается и сгорает, уменьшен, то давление в процессе сжатия при такой схеме смесеобразования также уменьшается, что позволяет повысить степень сжатия до 13, без риска появления детонации. Увеличение степени сжатия способствует увеличению термического КПД. Все эти мероприятия способствуют улучшению топливной экономичности и экологичности двигателя. Расплатой является уменьшение мощности двигателя. Так двигатель 1NZ-FE имеет мощность 109 л.е., а двигатель 1NZ-FXE — 77 л.с.

Мотор/Генераторы Toyota Prius

Тойота Приус имеет два электрических мотора/генератора. Они очень похожи по конструкции, но отличаются по размерам. Оба — трехфазные синхронные двигатели с постоянными магнитами. Название более сложно, чем сама конструкция. Ротор (часть, которая вращается) -представляет собой большой, мощный магнит и не имеет никаких электрических соединений. Статор (неподвижная часть, прикрепленная к корпусу автомобиля), содержит три набора обмоток. Когда ток проходит в некотором направлении через один комплект обмоток, ротор (магнит) взаимодействует с магнитным полем обмотки и устанавливается в некотором положении. Пропуская ток последовательно через каждый набор обмоток сначала в одном направлении, а затем в другом, можно перемещать ротор из одного положения к следующему и так заставить его вращаться. Конечно, это упрощенное объяснение, но показывает суть данного типа двигателя. Если же ротор вращает внешняя сила, электрический ток течет в каждом наборе обмоток по очереди и может использоваться для заряда батареи или для питания другого двигателя. Таким образом, одно устройство может быть двигателем или генератором в зависимости от того, пропускается ли ток в обмотках, чтобы притягивать магниты ротора, или ток выходит, когда некая внешняя сила вращает ротор. Это еще более упрощено, но послужит глубине объяснений.

Мотор/генератор 1 (MG1) связан с солнечной шестерней устройства распределения мощности (PSD). Он — меньший из двух и имеет максимальную мощность около 18 кВт. Обычно он осуществляет запуск ДВС и регулирует обороты ДВС изменением производимого количества электроэнергии. Мотор/генератор 2 (MG2) связан с коронной шестерней планетарного механизма (устройства распределения мощности) и далее через редуктор на колеса. Поэтому он непосредственно приводит в движение автомобиль. Он — больший из двух моторов-генераторов и имеет максимальную мощность 33 кВт (50 кВт для Prius NHW-20). MG2 иногда называют "тяговый мотор", и его обычная роль — приводить автомобиль в движение как двигатель или возвращать энергию торможения как генератор. Оба мотора/генератора охлаждаются антифризом.

Инвертор Toyota Prius

Поскольку моторы/генераторы работают от переменного трехфазного тока, а батарея, как и все батареи, производит постоянный ток, необходимо некое устройство, чтобы преобразовать один вид тока в другой. Каждый MG имеет "инвертор", который выполняет эту функцию. Инвертор узнает положение ротора от датчика на валу MG и управляет током в обмотках мотора так, чтобы поддерживать вращение мотора на требуемой скорости и с необходимым вращающим моментом. Инвертор изменяет ток в обмотке, когда магнитный полюс ротора проходит мимо этой обмотки и переходит к следующей. Кроме того, инвертор подключает напряжение батареи на обмотки и затем выключает снова очень быстро (с высокой частотой), чтобы изменить среднее значение тока и, следовательно, крутящий момент. Используя "самоиндуктивность" моторных обмоток (свойство электрических катушек, которые сопротивляются изменению тока), инвертор может фактически пропустить больший ток через обмотку, чем поступает от батареи. Он работает только когда напряжение на обмотках меньше напряжения батареи, следовательно, энергия сохраняется. Однако, поскольку значение тока через обмотку определяет крутящий момент, этот ток позволяет достигнуть очень большого крутящего момента на малых оборотах. Приблизительно до 11 км/ч, MG2 способен создать крутящий момент 350 Нм (400 Им для Prius NHW-20) на редукторе. Именно поэтому автомобиль может начать движение с приемлемым ускорением без использования коробки передач, которая обычно увеличивает крутящий момент ДВС. При коротком замыкании или перегреве инвертор отключает высоковольтную часть машины. В одном блоке с инвертором расположен и конвертер, который предназначен для обратного преобразования переменного напряжения в постоянное -13,8 вольт. Чтобы немного отойти от теории, немного практики: инвертор, как и мотор-генераторы, охлаждаются от независимой системы охлаждения. Эта система охлаждения приводится в действие электрической помпой. Если на 10 кузове эта помпа включается при достижении температуры в гибридном контуре охлаждения около 48°С, то на 11 и 20 кузовах применен другой алгоритм работы этой помпы: будь "за бортом" хоть -40 градусов, помпа все равно начнет свою работу уже при включении зажигания. Соответственно ресурс этих помп очень и очень ограничен. Что происходит при заклинивании или сгорании помпы: антифриз по законам физики под нагревом от MG (особенно MG2) поднимается вверх — в инвертор. А в инверторе он должен охлаждать силовые транзисторы, которые под нагрузкой значительно нагреваются. Итог — их выход из строя, т.е. самая распространенная ошибка на 11 кузове: Р3125 — неисправность инвертора из-за сгоревшей помпы. Если в этом случае силовые транзисторы выдерживают такое испытание, то сгорает обмотка МГ2. Это другая распространенная ошибка на 11 кузове: Р3109. На 20 кузове японские инженеры усовершенствовали помпу: теперь ротор (крыльчатка) вращается не в горизонтальной плоскости, где вся нагрузка идет на один опорный подшипник, а в вертикальной, где нагрузка распределяется равномерно на 2 подшипника. К сожалению, надежности от этого добавилось мало. Только за апрель-май 2009 года у нас в мастерской заменено 6 помп на 20-х кузовах. Практический совет для владельцев 11 и 20 Prius: возьмите за правило хоть раз в 2-3 дня приоткрывать капот на 15-20 с при включенном зажигании или заведенной машине. Вы сразу увидите движение антифриза в расширительном бачке гибридной системы. После этого можете ехать спокойно. Если же движения антифриза там нет — ехать на автомобиле нельзя!

Высоковольтная батарея Тойота приус

Высоковольтная батарея (сокращенно ВВБ тойота приус) Prius в 10 кузове состоит из 240 элементов номинальным напряжением 1,2 В, очень похожих на батарейку для фонарика размера D, объединенных по 6 штук, в так называемые "бамбуки" (внешне есть небольшое сходство). "Бамбуки" установлены по 20 штук в 2 корпуса. Общее номинальное напряжение ВВБ составляет 288 В. Рабочее напряжение колеблется в режиме холостого хода от 320 до 340 В. При падении же напряжения до 288 В в ВВБ запуск ДВС становится невозможен. При этом на экране дисплея будет гореть символ батареи со значком "288" внутри. Чтобы запустить ДВС, японцы в 10-м кузове применили штатное зарядное устройство, доступ к которому осуществляется из багажника. Часто задают вопросы, как им пользоваться? Отвечаю: во-первых, повторюсь, что использовано оно может быть только когда на дисплее горит значок "288". В противном случае при нажатии на кнопку "START" Вы просто услышите противный писк, и загорится красная лампочка "ошибка". Во-вторых: к клеммам маленького аккумулятора нужно подцепить "донора", т.е. либо зарядное устройство, либо хорошо заряженный мощный аккумулятор (но ни в коем случае не пусковое устройство!). После этого при ВЫКЛЮЧЕННОМ зажигании нажимаем кнопку "START" не менее чем на 3 секунды. Когда загорится зеленая лампочка — пойдет зарядка ВВБ. Закончится она автоматически через 1-5 минут. Этой зарядки вполне хватит для 2-3 пусков ДВС, после запуска которого ВВБ будет заряжаться от конвертера. Если 2-3 запуска не привели к запуску ДВС (а при этом "READY" ("Готов") на табло должно не мигать, а устойчиво гореть), то надо прекратить бесполезные запуски и искать причину неисправности. В 11 кузове ВВБ состоит из 228 элементов 1,2 В каждый, объединенных в 3

Toyota Prius — Википедия

Toyota Prius (/ˈpriːəs/) — первый в мире массовый гибридный легковой автомобиль, который движется за счёт как бензинового, так и электрического двигателей, производимый японской корпорацией Toyota с 1997 года. Латинское слово prius (яп. プリウス) в названии модели трактуется как первый, изначальный[1]. Автомобиль имеет низкий уровень вредных выхлопов и малый расход топлива. За свою экологичность и оригинальность конструкции получил множество призов и наград, в том числе признавался автомобилем года в Японии[2][3], Северной Америке[4] и Европе[5]. Также, компания Toyota получила награду ЮНЕП, подразделения ООН по охране окружающей среды за разработку дружественных к окружающему миру автомобилей, в том числе за модель Prius[6].

Седан первого поколения в декабре 1997 года поступил в продажу, но только в Японии. А уже начиная с 2000 года немного модернизированный автомобиль стали поставлять в Северную Америку и Европу. Осенью 2003 года увидел свет автомобиль второго поколения. На смену седану пришел более длинный, широкий и обтекаемый хэтчбек с большой дверью багажника сзади[7]. Prius становился всё популярнее, и публика с нетерпением ждала модель третьего поколения, которая была представлена весной 2009 года. Силуэт автомобиля не претерпел больших изменений, однако на смену плавным линиям пришли более модные четкие контуры и плоские поверхности[8]. В декабре 2015 года новейший Prius четвёртого поколения начали продавать в Японии[9].

Помимо базовой модели выпускаются большего размера универсал Prius // и более компактный хэтчбек /, а также автомобиль Prius PHV (Plug-in Hybrid Vehicle) с увеличенной аккумуляторной батареей, которую можно подзаряжать от внешней электросети.

С 2009 по 2019 годы автомобиль Prius продавался в России.

Прототип Toyota Prius, впервые показанный осенью 1995 года

В сентябре 1993 года на фирме Toyota был запущен проект под названием G21 (Global 21) и создана группа из 10 человек, которым было поручено сформулировать требования к автомобилю 21 века. Результаты были представлены к концу года: новый автомобиль должен быть компактным, но вместительным, с длинной колёсной базой и экономичным.

1 февраля 1994 года проект G21 под руководством Такеши Учиямада (Takeshi Uchiyamada) стартовал официально. Так как главным для автомобиля будущего считалось снижения выбросов и расхода топлива, то основное внимание разработчики сосредоточили на силовом приводе. В то время уже были известны гибридные, с использованием двигателя внутреннего сгорания и электромотора, системы, но казалось что, создать такой привод к началу 21 века нереально. Поэтому начались работы над двигателем с непосредственным впрыском и высокоэффективной автоматической трансмиссией. А целью было достичь снижения на треть расхода топлива по сравнению с существующими автомобилями[10].

В ноябре 1994 года руководство компании поставило более амбициозную задачу, снизить расход топлива вдвое. Выполнить это можно было только с помощью гибридного привода (англ. Hybrid vehicle drivetrain). Никакой теории тогда не существовало, и команда разработчиков в течение полугода перебирала различные варианты пока не пришла к схеме с двумя электромоторами позже названной Toyota Hybrid System (THS). Окончательное решение о создании пригодного для серийного выпуска гибридного автомобиля было принято в июле 1995 года[11].

Но прежде необходимо было закончить концептуальную модель. Показанный осенью 1995 года на автосалонах во Франкфурте[12] и Токио[13] гибридный автомобиль имел совершенно другой привод, названный Energy Management System (EMS). Для того, чтобы отличить концепт от подготавливаемого к серийному производству автомобиля, последний стали называть Prius (Первый)[14].

В начале ноября 1995 года был собран первый прототип будущего автомобиля, но он не сдвинулся с места. В течение 49 дней разработчики пытались заставить его двигаться и когда он проехал первые 500 метров и заглох, все были просто счастливы. Это было только начало, до создания пригодного к производству автомобиля необходимо было решить ещё гору проблем. Тем более что дата запуска в производство была перенесена с 1998 года на декабрь 1997-го. Автомобиль решили представить к началу конференции по изменению климата[15].

К августу 1997 года все испытания были закончены, а в сентябре на заводе Takaoka Plant началась предварительная сборка[16]. 10 декабря первые серийные автомобили сошли с конвейера, все обещания были выполнены и полностью соответствовали рекламной компании под лозунгом «Точно вовремя, к началу 21 века»[17]

Инновационный автомобиль требовал особого внимания и на фирме была создана специальная служба, оперативно отслеживающая все проблемы, возникавшие у покупателей[18]. Несмотря на опасения, автомобиль понравился, и его продажи постепенно росли. Покупателей не смущал странный внешний вид модели и её не самые выдающиеся ходовые свойства. Prius выбирали за малый расход топлива, низкую токсичность выхлопа, а главное — за то, что автомобиль был полон технических новинок[19].

Беспрецедентной особенностью этого проекта стало то, что неизвестные и не опробованные технологии были исследованы и подготовлены к массовому производству всего, примерно, за два года.

Схема гибридного силового привода Toyota Prius: двигатель (Engine) и электромотор (Electromotor) вращают колёса и взаимодействуют между собой

Необходимо сразу уточнить, что Prius заправляется только бензином, всю необходимую электроэнергию он вырабатывает сам. Его гибридный силовой привод (англ. Hybrid vehicle drivetrain) построен таким образом, что позволяет и бензиновому двигателю, и электромотору непосредственно подключаться к ведущим колёсам автомобиля и взаимодействовать между собой. При такой схеме каждый из моторов работает в режиме наибольшей эффективности, за счёт чего и обеспечивается низкий расход топлива и малая токсичность выхлопа бензинового двигателя. Кроме этого, в приводе имеются генератор, преобразователь электрического тока и аккумуляторная батарея.

При трогании и движении на малой скорости, когда эффективность бензинового двигателя низка, автомобиль едет на электротяге, с помощью электромотора, разряжая батарею. С ростом скорости, в работу вступает двигатель внутреннего сгорания, который одновременно крутит ведущие колёса и генератор, заряжая батарею. При резком нажатии на педаль газа, в работу вступают оба двигателя, бензиновый и электрический, обеспечивая интенсивный разгон. А при торможении, совместно с обычной тормозной системой задействуется электромотор, работающий в режиме генератора: он создаёт дополнительный тормозной момент на колёсах и подзаряжает батарею. При остановке, даже кратковременной, всё выключается. Переход от одного режима работы к другому происходит автоматически и практически не заметен[20][21].

Иногда бензиновый двигатель работает на стоящем автомобиле, например, если ему необходимо прогреться или, если разряжена батарея и её надо подзарядить[22]. Когда в баке мало бензина, то автомобиль не тронется с места, несмотря на заряженную батарею, его необходимо заправить так, чтобы погасла контрольная лампочка низкого уровня топлива[23]. При длительном хранении аккумуляторная батарея разряжается, поэтому автомобиль необходимо заводить, хотя бы раз в несколько месяцев[22].

Надпись на крышке бензобака Toyota Prius можно перевести как:— «Плевать на бензин!»

Многочисленные государственные и независимые исследования показали[24][25][26][27][28], что автомобиль Prius действительно, первоначально, имел существенно более низкий расход топлива и уровень вредных выбросов. Со временем, производители двигателей внутреннего сгорания сделали их экономичнее и чище, а многие фирмы запустили производство гибридных автомобилей. И хотя Prius также совершенствовался, в последние годы ему стало трудно тягаться с электромобилями по экологичности[29]. Но он, по-прежнему, имеет над ними такие преимущества, как быстрая заправка бензином и длительный пробег до следующего пополнения бака.

Автомобиль спроектирован так, что большинство его пластмассовых деталей легко перерабатываются[30], а такие токсичные в утилизации материалы как поливинилхлорид не используются[31]. Шумоизоляция салона и даже резиновые шланги модели изготовлены из отходов промышленного производства[32].

Сразу же после запуска автомобиля Prius в производство, была создана сеть пунктов по сбору использованных аккумуляторных батарей, которые, затем, отправляются на переработку[33]. Кроме того, совместно с другими японскими производителями фирма Toyota запустила специальную программу по извлечению и повторному использованию применяемых в электродвигателях редкоземельных металлов[34].

Prius в сравнении с обычными автомобилями (данные EPA, пересчитанные в метрические единицы)[35]

Расход топлива, л/100 км
2001—2003
Toyota Prius

  

5,7
Honda Civic

  

6,9
Ford Focus

  

8,4
2004—2010
Toyota Prius

  

5,1
Chevrolet Cobalt

  

8,8
Honda Accord

  

9,0
2011—2015
Toyota Prius

  

4,9
Hyundai Elantra

  

7,3
Chevrolet Malibu

  

9,0
2016—2017
Toyota Prius

  

4,5
Chevrolet Cruze

  

6,9
Nissan Sentra

  

7,3

В декабре 1997 года продажи автомобиля Prius первого поколения начались в Японии. Это был четырёхдверный седан с салоном на пятерых и отдельным багажником. Автомобиль оборудовался 1,5-литровым бензиновым двигателем и 30-киловаттным электромотором. В 2000-м, после модернизации, в процессе которой была улучшена отдача гибридной системы и повышена топливная экономичность, Prius первого поколения был представлен в Северной Америке и Европе[36].

«Классический» Toyota Prius второго поколения со знаменитым треугольным профилем

Prius второго поколения появился в продаже в сентябре 2003 года. Большой обтекаемый автомобиль теперь имел пятидверный кузов типа хэтчбек. Электромотор его гибридной силовой установки питался вдвое большим напряжением, стал мощнее, поэтому бензиновый двигатель реже вступал в работу, что давало существенную экономию топлива[37].

В мае 2009 года в Японии был представлен Prius третьего поколения. Если внешне он сохранил черты предшественника, только имел более модные плоские поверхности и острые грани, то его гибридный силовой привод был на 90 % новым. Специально разработанный для модели 1,8-литровый двигатель большую часть времени работал на пониженных оборотах, меньше нагружался, экономя топливо. Переработанная трансмиссия стала компактнее и легче, а электрическая часть системы работала ещё на более высоком напряжении, что повышало её отдачу[38].

В июле 2007 года фирма Toyota показала автомобиль-прототип Prius PHV (Plug-in Hybrid Vechicle), созданный на базе модели второго поколения, который имел вдвое большую батарею, подзаряжаемую от внешней электросети[39]. Модель сочетала экологическую чистоту электромобиля и длительный пробег до заправки гибрида. В конце 2009 года, после запуска Prius третьего поколения, начались испытания его подзаряжаемой версии с новейшей литий-ионной батареей. Вскоре, ограниченные партии автомобилей стали предлагать в аренду для правительственных и коммерческих организаций на ключевых рынках: в Японии, Северной Америке и Европе[40]. На фирме решили изучить требования покупателей к автомобилям такого типа и найти оптимальный баланс между пробегом, временем зарядки, размером и стоимостью батареи. В конце января 2012 года подзаряжаемый гибрид Prius PHV поступил в продажу. Автомобиль мог проехать около 25 километров только на электротяге и полностью заряжался за 90 минут[41].

Toyota Prius v, семиместный универсал

Универсал Prius α с увеличенной колёсной базой был представлен в Японии в мае 2011 года. В нём могли комфортно разместиться пятеро взрослых и багаж объёмом до 552 литров. Имелся также семиместный вариант автомобиля с тремя рядами сидений и багажником объёмом 200 литров. Для размещения дополнительного ряда сидений стандартную батарею заменили на более компактную литий-ионную, которую переместили из багажника в нишу между передними сиденьями[42]. Этот же автомобиль под названием Prius v (versatile — универсальный) в конце года поступил в продажу в Северной Америке[43], а летом 2012 — года в Европе, под именем Prius +[44].

Компактный Toyota Prius c

В декабре 2011 года в Японии был представлен компактный хэтчбек Aqua с самым низким, на тот момент, расходом топлива в мире[45]. Весной следующего года этот автомобиль под названием Prius c (city — городской) стали продавать в Северной Америке[46]. Автомобиль был на полметра короче базовой модели Prius, оборудовался 1,5-литровым бензиновым двигателем и имел, размещённую под задним сиденьем компактную аккумуляторную батарею.

Созданный на новой корпоративной платформе TNGA (Toyota New Global Architecture), Prius четвёртого поколения поступил в продажу в Японии в декабре 2015 года. Футуристического вида, угловатый с зазубринами и зигзагообразными элементами автомобиль сильно отличался от предшественников. Двигатель модели остался прежним, но была повышена его эффективность, полностью изменённая трансмиссия стала ещё компактнее, а созданные на новой элементарной базе электронные компоненты были намного экономичнее. Независимая задняя подвеска, а также размещённая под задним сиденьем батарея позволили существенно увеличить объём багажника. Впервые, но только в Японии, предлагалась полноприводная версия автомобиля с периодически подключаемым электроприводом задней оси[47].

В феврале 2017 года появился обновлённый Prius PHV, созданный на базе модели четвёртого поколения, но с несколько иным оформлением передней и задней частей. Батарея увеличенной ёмкости позволяла ему проезжать в режиме электротяги до 68 километров. Довести её заряд до 80 % от максимума на станции быстрой подзарядки можно было всего за 20 минут. Время же полной зарядки от бытовой электросети составляло от 2 до 14 часов, в зависимости от напряжения и допустимой силы тока[48]. В Северной Америке этот же автомобиль продаётся под названием Prius Prime[49].

Версии Prius
Prius Prius PHV Prius α/v/+[50] Aqua/ Prius c[51]
Поколения I[52][53] II[54] III[55] IV[56] I[57] II[58] - -
Код NHW10 NHW11 NHW20 ZVW30 ZVW50 ZVW51 ZVW55* ZVW35 ZVW52 ZVW40** ZVW41 NHP10
Годы выпуска 1997—
2000
2000—
2003
2003—
2009
2009—
2015
2015— 2011—
2016
2017— 2011— 2011—
Кузов Седан Хэтчбек Универсал Хэтчбек
Cx 0,3[59] 0,3[60] 0,26[61] 0,25[62] 0,24[63] 0,25[64] 0,25[65] 0,29[66] 0,28[67]
Длина, мм 4275 4310 4450 4460 4540 4480 4645 4615 3995
Колёсная база, мм 2550 2700 2780 2550
Вес, кг*** 1254 1220 1270 1350 1370 1390 1490 1440 1530 1490 1470 1080
Бензиновый двигатель
Рабочий объём, см³ 1496 1779 1496
Мощность, кВт (л.с.) 43 (58) 53 (72) 57 (77) 73 (99) 72 (98) 73 (99) 72 (98) 73 (99) 54 (74)
Электромотор
Мощность, кВт 30 33 50 60 53 53+5,3**** 60 53 60 45
Максимальное
напряжение, В
273,6[68] 500[69] 650[70] 600[71] 650[72] 600[73] 650[74][75] 520[76]
Батарея
Тип Ni-MH Li-ion Ni-MH Li-ion Li-ion Ni-MH Ni-MH
Ёмкость, А ч 6,5 3,6 6,5 21,5 25 5 6,5 6,5
Напряжение, В 273,6[68][77] 201,6[69][70][71] 207,2[71] 201,6[78] 207,2[57] 351,5[58] 201,6[74] 201,6[75] 144[76]
Вес, кг 80[79] 55[80] 39[81] 41[82] 40[83] 24[84] 40[83] 80[72] 120[73] 31,5[85] 41[86] 31[87]
* полный привод
** семь мест
*** максимальная снаряженная масса
**** спереди+сзади

Большую роль в распространении модели Prius сыграла поддержка правительств, которые в виде субсидий, налоговых льгот и скидок поддерживали покупателей, приобретавших автомобили меньше загрязняющие окружающую среду.

В Японии покупатель автомобиля Prius мог получить выгоду до 7300 долларов в виде льгот, в том числе за счёт снижения налога на покупку, налога производителя и увеличения амортизационных отчислений. В США с 2002 по 2007 год было выделено четыре миллиарда долларов на налоговые скидки тем, кто купит гибридный автомобиль. В Великобритании субсидия в 1000 фунтов предоставляется каждому покупателю такого автомобиля. Во Франции была введена налоговая скидка примерно в 2000 евро на «чистые» автомобили.

В целом, вскоре после начала мировых продаж Prius правительства одиннадцати государств стали оказывать поддержку «зелёным» автомобилям[88].

Кроме чистой экономии на расходах, Prius, как не загрязняющий окружающую среду автомобиль, имеет особый статус в большинстве европейских городов. Так, в Лондоне он освобождался от уплаты налога при въезде в центральную часть города[89].

  • Вскоре после начала массовых продаж автомобиля Prius в США эмигрант из СССР, профессор университета Алексей Северинский (Alex Severinsky) подал в суд на фирму Toyota, утверждая, что она нарушает ряд его патентов по гибридной трансмиссии. После шести лет разбирательств спор был урегулирован: стороны согласились, что некоторые автомобили Toyota использовали технологии подобные запатентованным, но гибридная трансмиссия Prius была создана в рамках исследовательской программы Toyota, независимо от любых других изобретений[90].
  • Исследования Национального бюро по преступлениям в сфере страхования США (NICB) показали, что автомобиль Prius имеет низкий уровень угонов. Так, если в 2008—2010 годах в среднем угонялся каждый 78 автомобиль, то для Prius этот показатель составил один угон на 606 автомобилей. А из этих угнанных — 97 % автомобилей их владельцы получили обратно[91].
  • Ассоциации страховщиков Японии в своём отчёте по состоянию на ноябрь 2017 года сообщает, что при общем спаде количества угонов автомобилей воры сконцентрировали своё внимание на отдельных моделях. Так, доля Prius достигла 22 % всех угнанных автомобилей, что является рекордом последних четырёх лет[92].
  • Многие голливудские звёзды владели автомобилем Prius. Среди них: Джессика Альба, Натали Портман, Дженнифер Энистон, Камерон Диас, Сальма Хайек, Гвинет Пэлтроу, Джулия Робертс, Деми Мур, Джулианна Мур, Клаудия Шиффер, Леонардо Ди Каприо, Том Хэнкс, Харрисон Форд, Мэтт Деймон, Орландо Блум, Брэдли Купер, Оуэн Уилсон, Дастин Хоффман, Мэтт Грейнинг[93].
Хронология[94]
Год Месяц Событие
1995 Октябрь Концептуальная модель Prius показана на Токийском автосалоне
Ноябрь Построен первый прототип серийного автомобиля
1997 Март Представлен гибридный силовой привод THS (Toyota Hybrid System)
Октябрь Впервые показан серийно изготовленный Prius первого поколения
Декабрь Начались продажи автомобиля в Японии
2000 Ноябрь Суммарные продажи Prius достигли 50 тысяч штук[95]
2002 Август Продажи Prius достигли 100 тысяч штук[96]
2003 Апрель Представлено второе поколение гибридного силового привода THS II[97]
Сентябрь Полностью переработанный Prius второго поколения показан публике
2004 Ноябрь Prius признан автомобилем 2005 года в Европе
2005 Декабрь Производство Prius второго поколения началось в Китае
2006 Апрель Общие продажи Prius достигли 500 тысяч автомобилей[98]
2008 Апрель Суммарные продажи Prius достигли миллиона автомобилей[99]
2009 Май Представлен обновлённый Prius третьего поколения
2010 Январь По итогам 2009 года Prius вышел на первое место по продажам в Японии[100]
Сентябрь Общие продажи Prius достигли двух миллионов штук[101]
Ноябрь Началось производство Prius третьего поколения в Таиланде[102]
2011 Январь Продажи Prius в Японии в 2010 году достигли рекордных 315 тысяч штук
Апрель В США продан миллионный Prius[103]
Май Представлен большой универсал Prius α
Ноябрь Представлен подключаемый к внешней электросети автомобиль Prius PHV
Декабрь Продажа большого Prius v началась в США
Декабрь Производство Prius третьего поколения началось в Китае[104]
Декабрь В Японии представлен компактный хетчбэк Aqua[45]
2012 Январь Продажа Prius PHV началась в Японии
Март Prius PHV поступил в продажу в США
Март Универсал Prius+ поступил в продажу в Европе
Март Начались продажи компактного Prius c в США[46]
2013 Июль Суммарные продажи Prius достигли трёх миллионов автомобилей[105]
2015 Декабрь Новейший Prius четвёртого поколения поступил в продажу в Японии[9]
2017 Февраль Обновлённый Prius PHV начали продавать в Японии[48]
Продажи[106]
Модель Год Всего В Японии В Северной Америке В Европе В других странах В России
Prius 1997 323 323 - - - -
1998 18 000 18 000 - - - -
1999 15 000 15 000 - - - -
2000 19 000 13 000 6 000 709 2 -
2001 29 000 11 000 16 000 2 000 162 -
2002 28 000 7 000 20 000 841 216 -
2003 43 000 17 000 25 000 859 387 -
2004 126 000 60 000 56 000 8 000 2 000 -
2005 175 000 44 000 110 000 19 000 3 000 -
2006 186 000 49 000 109 000 23 000 5 000 -
2007 281 000 58 000 184 000 32 000 7 000 -
2008 286 000 73 000 163 000 41 000 8 000 -
2009 404 000 209 000 144 000 43 000 7 000 30[107]
2010 509 000 315 000 144 000 42 000 8 000 367[108]
Prius 2011 368 000 197 000 130 000 25 000 17 000 225[109]
Prius α/v/+ 64 000 55 000 9 000 - 43 -
Aqua/Prius c 361 361 - - - -
Prius 2012 363 000 177 000 151 000 19 000 16 000 115[110]
Prius α/v/+ 187 000 130 000 45 000 11 000 1000 -
Aqua/Prius c 315 000 267 000 38 000 - 11 000 -
Prius PHV 27 000 11 000 13ˆ000 3& 000 0 -
Prius 2013 316 000 145 000 147 000 12 000 11 000 52[111]
Prius α/v/+ 154 000 104 000 38 000 11 000 1 000 -
Aqua/Prius c 318 000 262 000 45 000 - 11 000 -
Prius PHV 21 000 4 000 12 000 5 000 54 -
Prius 2014 242 000 102 000 125 000 7 000 9 000 27[112]
Prius α/v/+ 118 000 77 000 33 000 7 000 2 000 -
Aqua/Prius c 282 000 233 000 43 000 - 5 000 -
Prius PHV 20 000 5 000 13 000 1 000 5 -
Prius 2015 203 000 74 000 115 000 7 000 7 000 4[113]
Prius α/v/+ 92 000 52 000 31 000 7 000 2 000 -
Aqua/Prius c 261 000 216 000 42 000 - 4 000 -
Prius PHV 7 000 1 000 4 000 925 7 -
Prius 2016 357 000 221 000 102 000 16 000 18 000 -
Prius α/v/+ 53 000 27 000 17 000 7 000 2 000 -
Aqua/Prius c 194 000 168 000 24 000 - 3 000 -
Prius PHV 3 000 160 2 000 227 1 -
Prius 2017[114] 218 600 116 600 68 600 11 100 22 300 184[115]
Prius α/v/+ 38 500 17 600 11 700 7400 1700 -
Aqua/Prius c 149 300 131 600 14 700 - 3000 -
Prius PHV/Prime 51 000 26 700 21 700 2500 100 -
Prius 2018 [116]+[117] 11 924[К. 1] 59[118]
Prius α/v/+ [117] 9785[К. 1] -
Aqua/Prius c [117] - -
Prius PHV/Prime -
Prius 2019 [116]+[117] 7459[К. 1] 21[119]
Prius α/v/+ [117] 13 447[К. 1] -
Aqua/Prius c [117] - -
Prius PHV/Prime -
  1. 1 2 3 4 Источники информации те же, что и в этой статье

Гибридная эволюция — Toyota Prius, 1.8 л., 2010 года на DRIVE2

Мода на гибриды нынче охватила весь мир. Гибридный Mercedes из Европы, гибридный Chevrolet из Америки… Но образцом для всех был и остается тойотовский Prius. В чем его секрет? Мне удалось не только побывать на сборочном конвейере Приусов на заводе Цуцуми, что расположен в Тойота-Сити, но и оказаться на режимном объекте, куда еще не ступала нога журналиста, — там, где делают аккумуляторные батареи Panasonic.

Под крылом самолета Москва—Токио проплывает не только бескрайнее море тайги. Тысячи факелов буровых установок, разбросанных от горизонта до горизонта, — это нефтегазовая житница России, Ханты-Мансийский автономный округ. Что будет, когда факелы погаснут? Японцы уже давно думают об этом, и ответ в фирме Toyota знают твердо — электромобили. Тут свято верят, что рано или поздно именно электричество, а вовсе не водород или иное альтернативное топливо, будет источником движущей силы автомобилей. Надо только планомерно развивать технологии. И лишь традиционное японское желание подстраховаться заставляет Тойоту работать по остальным направлениям.
Гибридный привод — это всего лишь переходный этап к электромобилям. Но как японцы пришли именно к идее симбиоза бензинового двигателя, электромотора и генератора? Конструктор Приуса первого поколения Такеши Учиямада вспоминает, что в начале девяностых руководство Тойо­ты перестал устраивать вялотекущий прогресс в области электромобилей. Нужен был мощный толчок. И в конце 1993 года задача была сформулирована по-японски бескомпромиссно: неважно, какой у автомобиля XXI века будет двигатель, но потребление им топлива и вредные выбросы должны быть вдвое ниже, чем у существовавшей тогда Короллы, а запас хода — не меньше. На проектирование и запуск в серию было отведено ровно три года.

Учиямада-сан был не первым, кому доверили эту сложнейшую задачу, — он встал у руля проекта G21 только в январе 1994 года. У самураев был обычай: получив задание, они завязывали на специальной тесьме узелки по количеству дней, отведенных на его выполнение, и развязывали их по одному в день. Развязал последний узелок, не выполнив задание, — обязан сделать себе харакири. Проблем с новым проектом было куда больше, чем отведенных дней-узелков. Но Учиямада-сан и его коллеги начали терпеливо решать одну за одной. Собрав все имевшиеся на тот момент концепции, они получили аж 80 вариантов силовой установки. Уже на этапе «мозгового штурма» три четверти были отсеяны — только 20 концепций проверяли на математических моделях. В конце осталось лишь четыре — как уверяет Учиямада-сан, практически одинаково эффективные и… все гибридные! Какие именно? Тойотовцы хранят гробовое молчание даже спустя 16 лет, потому как оставшиеся в опытных образцах три других гибрида еще ждут своего звездного часа — для конца прошлого века они были чересчур сложны технологически.
Существуют две принципиальные схемы гибридной силовой установки: последовательная и параллельная. В последовательной схеме с трансмиссией напрямую соединен только электромотор, а ДВС (двигатель внутреннего сгорания) лишь вращает генератор — так построен, к примеру, Chevrolet Volt. В параллельной схеме оба двигателя работают сообща, что позволяет сделать электромотор и генератор компактнее и легче (их мощность гораздо меньше той, что требуется при последовательной схеме). Тойотовцы выбрали последнюю. Но прорыв предопределило не это, а гениальная простота силовой установки Toyota Synergy Drive, что сейчас защищена тысячами патентов: ДВС, электромотор и генератор завязаны на одну-единственную планетарную передачу. Вращающий коронную шестерню и ведущие колеса электромотор только разгоняет автомобиль, а генератор, запасающий энергию, соединен с солнечной шестерней. «Посредник» между ними — приводимое в движение бензиновым двигателем водило с сателлитами, обкатывающими обе шестерни. При такой схеме работающий по экономичному циклу Аткинсона (с растянутой фазой впуска, когда часть топливо-воздушной смеси выталкивается обратно во впускной коллектор) бензиновый двигатель можно не «просаживать» до малых оборотов, а потоки энергии очень точно регулируются изменением нагрузки на генератор с помощью электронного контроллера. И при этом минимум механических потерь!
Основная идея гибрида — в рекуперации энергии торможения. Те килоджоули, что обычный автомобиль бесцельно расходует на нагрев колодок и дисков, генератор гибрида бережливо «складывает» в батарею. А на разгоне электромотор отдает их ведущим колесам, помогая двигателю внутреннего сгорания. В идеале увеличение массы гибрида вообще не должно сказываться на экономичности: если собрать 100% энергии торможения, то ее потом можно потратить на разгон до той же скорости!

Но в жизни все не так: собрать и половину килоджоулей при замедлении пока не получается даже у Приуса. Максимально возможная мощность генератора — всего 42 кВт. В то время как даже при средней интенсивности замедления в 4 м/с2 полуторатонного автомобиля со скорости 72 км/ч мощность торможения достигает 120 кВт. Отсюда же следует, что гибрид эффективен лишь при частых и плавных торможениях. Учиямада-сан откровенно признался, что современные дизельные автомобили не менее экономичны, чем Prius. Но производить легковые гибриды с моторами на тяжелом топливе Toyota пока не собирается (подобные грузовики уже выпускает дочерняя фирма Hino) — их себестоимость слишком высока.
Кроме того, энергию замедления надо еще и сберечь. Оптимальный заряд никельметаллгидридной батареи Panasonic NP 2.0, используемой на Приусе III и гиб­ридных Лексусах GS и LS, составляет от 40 до 60% емкости. И электроника стремится не допускать избыточного или недостаточного заряда вне зависимости от условий движения. То есть при зарядке менее 40% на разгоне «в пол» блок управления вместо того, чтобы в помощь ДВС включить электромотор, наоборот, часть крутящего момента направит на генератор. Фактически используется лишь пятая часть возможностей батареи!

Специалисты фирмы Panasonic EV, показывая батарею NP 2.5 для Лексуса RX 450h, говорят, что возможности никельметаллгидридных батарей фактически исчерпаны. Будущее — за литий-ионными аккумуляторами (подобные батареи устанавливались еще в 2003 году на электромобильчики на базе Яриса), но они, по мнению японских специалистов, пока недостаточно долговечны.

Как же так: если тойотовцы сталкиваются с теми же проблемами, что и остальные разработчики гибридов, откуда тогда подав­ляющее превосходство Тойоты?

Чтобы понять это, нужно пройти через камеру, где мощнейшие вентиляторы сдувают с тебя все пылинки, и посмотреть на безлюдную автоматическую линию по сборке батарей Panasonic NP 2.5. И пусть не обманывает полутемный конвейер завода Цуцуми, ровесника нашего АвтоВАЗа, где вперемежку с Приусами собирают Camry и несколько моделей для внутреннего японского рынка. Ведь стороннему наблюдателю не виден тот самый кайзен, непрерывное улучшение технологического процесса, и накопленный Тойотой двенадцатилетний опыт серийного производства гибридов.

Именно Prius стал самым «отлаженным» с технической точки зрения гибридомобилем корпорации Toyota. Если гибридный Lexus LS 600h тяжелее обычного седана LS 460 на целых 255 кг, то Prius III тяжелее нового Авенсиса, построенного на той же платформе MC, всего на 35 кг. Опыт и превосходство — в деталях, цифрах технических характеристик…

И в имидже.

Злые языки поговаривают, что Prius стал самой дорогостоящей PR-акцией Тойоты, и в этом есть доля правды. Сами японцы признаются, что производство гиб­ридов стало рентабельным только в 2001 году — с началом продаж Приусов в Америке. До этого было продано около 50 тысяч гибридомобилей, что стоило Тойоте, по разным оценкам, до миллиарда долларов. Зато в США теперь нет более обсуждаемой машины — и 56% покупателей выбирают Prius не из-за низкого расхода топлива, а из-за «позитивного экологического имиджа». И, кроме того, на примере Приуса прекрасно проиллюстрирован принцип долгосрочной перспективы, один из краеугольных камней системы TPS (Toyota Production System): для достижения отдаленной цели можно пойти на убытки. Сегодня Prius III дает такую же прибыль, как Auris или Avensis. Японцы сейчас даже готовы сократить выпуск седанов Camry, лишь бы удовлетворить лавинообразный спрос на Prius.
Panasonic EV нынче налаживает производство литий-ионных батарей для подзаряжаемых Приусов, первую партию которых японцы сдадут в лизинг уже в декабре этого года. Очередное поколение электромобилей, на этот раз на базе крохи Toyota iQ, уже готово к очередным испытаниям. Учиямада-сан из простого руководителя группы разработчиков поднялся до уровня исполнительного вице-президента компании. А Toyota обогнала по всем показателям GM.

Таковы законы эволюции: выживает сильнейший. И эволюция гибридов — не исключение.


Смотрите также