Устройство трансмиссии toyota prius

Теория работы силовой установки Приус

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 дополнитьподкорректировать. (кому интересно, вэлком ниже в комменты)
Оставил только авторский текст.
взято где то на просторах интернета.
—————————————
ТЕОРИЯ

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.

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.
Степень нажатия на педаль газа должна быть такой,
чтобы время работы ДВС составляло 25% от всего времени движения.
Ну, и конечно же не забываем про перекачанные до 3атм колеса и заклеенные щели на кузове.
Хотя при таких скоростях потери на аэродинамику составят всего-то 0.3-0.4л/100км.

А где же недостатки?
А основной недостаток хитрой трансмиссии – в её повышенных потерях.
Ведь если в ступенчатых коробках момент передается шестернями
и энергия теряется только на трение, то в гибриде ко всему этому прибавляется необходимость
постоянно поддерживать определённое передаточное число.
А как оно поддерживается?
А довольно просто: один из мотор-генераторов работает как генератор,
вырабатывая энергию; электронный преобразователь преобразовывает
некоторый вырабатываемый ток и напряжение в другие ток и напряжение,
которыми питается второй, тяговый мотор-генератор.
Все это преобразование ведется с помощью компьютера
и поддерживаются такие обороты обоих моторов,
которые и дают нужное передаточное число и максимальную экономию.
В МКПП таких потерь нет.
Поэтому на высоких скоростях, когда ДВСу и так нужно работать
с почти максимальной загрузкой, гибрид перед негибридом уже преимуществ не даёт:
ДВСы работают одинаково эффективно,
а в трансмиссии потери выше – фейл гибрида.
Хорошая аэродинамика, конечно, частично это компенсирует,
но сама силовая установка работает с меньшим КПД.
Отсюда мораль:
для постоянной езды по автомагистралям с высокими скоростями гибрид не нужен.
Лучше дизель. (Кстати, поэтому в некоторых «специально обученных тестах»
Приус проигрывает дизельным машинам.
Просто потому, что можно подобрать такие режимы движения,
в которых гибрид преимуществ не имеет
и длительное трассовое движение с высокими скоростями –
именно такой невыгодный для гибрида режим).

Объединяя преимущества и недостатки, можно сказать, что гибрид будет полезен людям, которые:
1. Ездят в городе с разрешёнными скоростями зимой и летом
2. Ездят по трассе со средней скоростью (обычно менее 120км/ч)
Гибрид НЕ НУЖЕН людям, которые:
1. Специально ждут зимы, чтобы встать в многочасовую пробку и стоять там на месте,
постоянно греясь в машине.
2. Ездят с максимальной скоростью по автобанам при -40.

Добавлено от меня.
Тест, длительная езда на скорости 73 кмч.
средний расход за поездку составил менее 3.5 л100 км

Устройство трансмиссии toyota prius

PRIUS — идущий впереди!

Здравствуй, дорогой Приусовод! Если ты держишь в руках эту книгу, то тебя можно так назвать с большой уверенностью. Эта книга поможет тебе не только грамотно самостоятельно обслужить и отремонтировать свой автомобиль, но и понять сам принцип работы гибридной системы и всех основных компонентов: высоковольтной батареи, инвертора, мотор- генераторов и т.д. Многим владельцам Приусов книга покажется сложной, но не будем забывать, что часть людей не только ездит на Prius, но и хочет хотя бы в общих чертах знать, как устроен этот чудо-автомобиль.

Начнем с того, зачем и почему Вы купили именно этот автомобиль. В интернете на форумах, посвященных гибридным автомобилям, неоднократно проводился опрос на эту тему. Основной движущей силой, побудившей владельцев купить Prius, оказалось (и это не удивительно) желание сэкономить на бензине. В условиях нынешнего кризиса этот побудительный момент становится еще более актуальным. Но удивило другое: следующим доводом для приобретения данного автомобиля явилось не желание сэкономить на транспортном налоге и страховке (хотя экономия, по сравнению с «простым» авто, действительно очень существенная), а «желание быть на острие технического прогресса и управлять автомобилем будущего»!

Чтобы понять этот автомобиль будущего и в полной мере почувствовать на себе всем знакомый слоган Toyota «управляй мечтой», Вам и пригодится эта книга.

Какие виды гибридных двигателей существуют

Все виды гибридов можно разделить на три группы:

1. Последовательные гибриды

2. Параллельные гибриды

3. Последовательно-параллельные гибриды.

Последовательные гибриды. Принцип работы: колеса вращаются от электродвигателя, который питается от генератора, приводимого в движение ДВС. Т.е. упрощенно: ДВС приводит генератор, который вырабатывает электричество для тягового электромотора. При этой схеме используются ДВС маленького объема и небольшой мощности и мощные генераторы. Явный недостаток – зарядка аккумуляторов и движение машины происходит только при постоянно включенном ДВС.

Принцип последовательного гибрида нельзя привести ни на одном серийно выпускаемом легковом автомобиле. У него недостатков гораздо больше, чем достоинств.

Параллельные гибриды. Здесь колеса могут вращаться, как от привода ДВС, так и от аккумулятора. Но для этого двигателю уже необходима коробка передач и основной недостаток этой системы: двигатель не может одновременно крутить колеса и в то же время заряжать батарею. Хороший пример параллельного гибрида: Honda Insight. На ней имеется электромотор, который может приводить в движение автомобиль наряду с ДВС. Это позволяет использовать ДВС меньшей мощности, потому что электромотор выручит, когда потребуется большая мощность.

Все эти недостатки исключены в последовательно-параллельном гибриде. В нем в зависимости от условий движения используется тяга электродвигателя отдельно, тяга бензинового двигателя с возможностью одновременной зарядки батареи. Кроме этого возможен вариант, когда используется совместное усилие и бензинового, и электрического двигателя. Только таким образом можно достичь максимальной эффективности силовой установки.

Эта схема последовательно-параллельного гибрида и применена в Вашем автомобиле Toyota Prius. С латинского «Prius» переводится как «передовой», или «идущий впереди».

Скажу сразу, на сегодняшний день существует Toyota Prius в четырех кузовах: 10, 11, 20 и 30. Их сравнительные данные приведу в таблице «Сравнительные данные автомобилей Prius различных годов выпуска».

Когда буду рассказывать о Prius, то буду иметь ввиду 20-й кузов, как наиболее распространенный, а все отличия от него 10-го и 11-го кузовов буду оговаривать специально.

Кроме Prius гибридная система применяется Toyota на следующих моделях: Alphard, Harrier, Highlander, Coaster, Crown, Camry и FCHV. На Lexus тойотовская гибридная система используется в моделях: RX400H (и его молодым братом RX450Н), GS450H и LS600H.

В данной работе было использовано много выдержек с сайта американского инженера, специалиста в области микропроцессорной техники, Грэма Дэвиса.

Перевод осуществил участник форума АВТОДАТА Олег Альфредович Малеев (Burrdozel), за что ему огромное спасибо. Я попытаюсь Вам объяснить работу всех компонентов гибрида с практическими советами по ремонту и обслуживанию этих компонентов.

Компоненты гибридного привода

Схема гибридного привода автомобиля Prius

Таблица. Сравнительные данные автомобилей Prius различных годов выпуска.

Двигатель внутреннего сгорания

Prius имеет необычно маленький для автомобиля весом 1300 кг двигатель внутреннего сгорания (ДВС), объемом 1497 см3. 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 плани- руется 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.с., а двигатель 1NZ-FXE — 77 л.с.

Мотор/Генераторы

Prius 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.

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 Нм 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 нач

Конструктивные особенности и отличия планетарной коробки передач Toyota Prius

Японский седан Toyota Prius стал первым массовым гибридным автомобилем, который движется как за счет работы бензинового двигателя, так и за счет электрического мотора. За оригинальность и новшество получил множество разных престижных наград. Большая часть из них, конечно же, касается веского вклада в экологичность и сохранение окружающей среды. Основным двигателем автомобиля считается бензиновый силовой агрегат, работающий за счет сгорания топливно-воздушной смеси. Мотор работает по циклу Аткинсона.

Его основные достоинства – невысокий уровень расхода, высокий КПД и крайне низкий уровень токсичности выхлопных газов. Силовой агрегат способен не только передавать усилие на колеса транспортного средства, но и крутить мотор-генератор, так будет вырабатываться необходимое электричество. Вырабатываемое электричество аккумулируется в батареях и расходуется электроприборами. Но больший интерес все-таки представляет планетарная коробка передач, отличающаяся некоторыми особенностями.

Особенность работы привода

Бензиновый движок может лишь частично помогать колесам вращаться на оптимальных оборотах и на определенном скоростном режиме. Особенность работы мотора по циклу Аткинсона состоит в том, что он практически не отдает момент на низких оборотах. Он работает оптимально во время движения по трассе, когда двигатель раскручивается до 2000 оборотов и выше. Таким образом, наиболее важное предназначение ДВС – крутить генератор, который в свою очередь вырабатывает электроэнергию.

Если машина движется по пробкам и с небольшой скоростью, усилие на колеса поступает от основного электромотора. То есть, имеем дело с последовательно-параллельной гибридной системой THS, включающей преимущества от двух одноименных системы. Самое главное, что переход из последовательного в параллельный режим при выезде из города на трассу водителем остается незамеченным.

Планетарный механизм: конструкция

В трансмиссии гибрида отсутствуют органы управления, включая муфты, синхронизаторы, гидравлику и фрикционы. Это своеобразный «электрический вариатор», в котором скорость вращения изменяется не за счет клиновидного ремня, а путем суммирования мощности ДВС и двух электромоторов через планетарный редуктор.

Планетарный шестеренчатый механизм состоит из следующих частей:

• круговая шестерня – внешнее основное кольцо;
• центральная шестерня – она же солнечная шестерня, расположенная в центре механизма;
• планетарная шестерня – находится на планетарной оси, вращающейся вокруг центральной (солнечной) шестерни, по такому же принципу вращаются и планетарные шестерни.

Электродвигатель, работающий в качестве генератора (он же мотор-генератор номер один), также может работать в качестве стартера, напрямую соединен с солнечной шестерней. Второй электродвигатель (мотор-генератор номер два) напрямую соединен с основным кольцом, соответственно и с колесами. ДВС подключен к планетарной оси с шестернями. Получаем, что редуктор связывают между собой три компонента (ДВС и мотор-генераторы), отсюда он получил еще одно название – устройство распределения мощности или Power Split Device. Специалисты обычно говорят, что Toyota Prius получил бесступенчато-регулируемую трансмиссию. Коробка передач работает точно так же, как и обычная КПП, за тем исключением, что передаточное отношение может меняться беспрерывно и плавно.

Отличия трансмиссии гибрида от других коробок передач

Дифференциал, оси, колеса гибрида – вполне обычные. Дифференциал традиционно позволяет вращаться с одинаковой скоростью внутренним и внешним колесам во время вхождения транспортного средства в поворот. За счет осей крутящий момент передается от дифференциала до ступицы колеса. Предусмотрено специальное сочленение, позволяющее колесам двигаться вслед за подвеской – вверх или вниз.

Чего нет в трансмиссии Toyota Prius, что есть практически в каждом другом автомобиле?

1. Отсутствует ступенчатая коробка передач.
2. Нет сцепления или гидротрансформатора. Колеса автомобиля всегда жестко соединены с ДВС и электромоторами.
3. Отсутствует стартер. Бензиновый двигатель заводится посредством мотор-генератора один (MG1) через специальные шестерни устройства распределения мощности.

Конструктивно гибрид получился не сложней обычного автомобиля с бензиновым мотором. Основную загадку для большинства автолюбителей представляют разве что мотор-генераторы и PSD – устройство распределения мощности. Но, как показала практика, они более надежны и выносливы, чем некоторые составные части трансмиссии, которые были убраны. Также автомобиль лишился некоторых узлов, к примеру, обычного генератора переменного тока, обязанности которого взяли на себя электромоторы, вырабатывающие ток в случае необходимости.

Обслуживание коробки передач

Многих автовладельцев интересует вопрос обслуживания трансмиссии гибрида. В Toyota Prius также необходимо менять трансмиссионное масло. Для замены смазочного материала в 20-м кузове нужно просто открутить сливную пробку, дождаться, когда отработанная техническая жидкость вытечет, после чего залить свежее масло. Ничего необычного и сложного. Гораздо сложней менять масло самостоятельно в авто 10 и 11-го кузова. Основная проблема – необычная конструкция поддона. То есть, открутив сливную пробку, можно слить только часть старого масла.

Примерно 300 мл отработанного самого грязного материала (продукты износа, остатки герметика) остаются в поддоне. Правильная смена трансмиссионной жидкости в таком случае должна начинаться со снятия поддона и слития оттуда материала с последующей промывкой. С одной стороны – лишняя дополнительная работа, с другой стороны – возможность выполнить диагностику и оценить состояние коробки передач. Чего не хотел бы увидеть ни один автомобилист – бронзовую стружку на дне поддона. Это верный сигнал, что трансмиссии автомобиля осталось работать недолго и грядет скорый ремонт.

Заключение

Гибрид Toyota Prius – своеобразный и интересный автомобиль, отличающийся экономичностью и мизерным расходом топлива. Он отлично подойдет тем, кто большую часть времени проводит в городе, эксплуатируя автомобиль в умеренном скоростном режиме. Также машина оправдывает себя при движении по загородным дорогам со средней скоростью (не выше 120 км/ч). Для постоянной езды по автомагистралям на высокой скорости Тойота Приус не совсем подходит и в плане экономичности может проигрывать даже авто с дизельным силовым агрегатом.

Планетарная коробка передач на Toyota Prius

Toyota Prius XW20 с пробегом: идеальная подвеска и двигатель, любящий масло

Из первой части обзора Приуса второго поколения мы выяснили, что тотальное облегчение конструкции ради паспортных показателей расхода топлива не пошло на пользу ни коррозийной стойкости, ни комфорту. И всё же японский гибрид достаточно живуч, особенно первые 150 тысяч пробега. Сегодня мы расскажем об особенностях ходовой части, хитрой гибридной трансмиссии и моторе, который легко может нивелировать весь выигрыш по вредным выбросам, начав беззастенчиво подъедать масло.

Тормоза, подвеска и рулевое управление

Тормозная система у Prius с высокой степенью интеграции с гибридным приводом из-за системы рекуперации энергии. А ещё она очень облегчена, требует частой смены тормозной жидкости и очень не любит сбоев датчиков, благо они случаются редко. Если усилие на педали слишком низкое или высокое, машина резко включает тормоза, клюёт носом или, наоборот, с задержкой реагирует на нажатие педали, то стоит просто остановиться и «перезагрузить» систему. В остальном обычные тормоза, с очень высоким сроком службы колодок, если батарея ещё в порядке. Какая тут связь? Самая прямая: пока батарея хорошо принимает заряд, машина интенсивно использует замедление рекуперацией. Забавный нюанс: у американских машин сзади стоят барабанные тормоза, а у европейцев – дисковые. Отличаются и алгоритмы работы систем ESP.

К подвеске машин что до, что после рестайлинга нареканий нет. Спереди до пробега тысяч в 200 замены обязательно потребуют разве что стойки стабилизатора. Шансы поменять шаровые опоры, опоры стоек или сайлентблоки передних рычагов при пробегах меньше 200 тысяч тоже имеются, но не 100-процентные.

Сзади всё ещё проще и ресурснее: при пробегах за 250 тысяч часто сайлентблоки задней балки, амортизаторы и их втулки могут быть родными и в сносном состоянии. Немного портят идиллию весьма вероятные поломки ступичных подшипников, которые очень не любят внештатных колёс и плохих дорог.

Рулевое управление с простейшим ЭУР на рулевой колонке проблем почти не создаёт. При очень больших пробегах сбоят датчики момента и руль может чуть вести вправо-влево, датчик положения изнашивается и чёткий «ноль» пропадает, контактная колодка может подгорать, но в основном из-за ошибок ремонтников. Ну а сама рейка склонна к постукиваниям, и ресурс наконечников не рекордный: после 50–60 тысяч километров их стоит проверять регулярно.

Трансмиссия

Что такое Hybrid Synergy Drive, очень многие просто не понимают, называя его то вариатором (CVT), то просто электропередачей. И тут нужно пояснение. Проблема любой электрической передачи малой мощности – в её КПД: чем мощность меньше, тем ниже КПД. Для мощности мотора легкового автомобиля КПД получается очень небольшим, менее 70 процентов в лучшем случае, что делает использование такой передачи совершенно неэффективным и на практике малопригодным.

Гениальная идея японских конструкторов основана на использовании двойного дифференциального механизма, который сначала делит поток мощности на две ветви с помощью дифференциала, а второй дифференциал снова сводит поток мощности в один. Изменяя передаточное отношение в одной из ветвей в промежутке, можно изменить общее передаточное отношение привода. В случае с механическими преобразованиями это лишено особого смысла, потому что, чем меньше поток мощности через эту ветвь дифференциального делителя, тем больше должен быть коэффициент редукции для влияния на общее передаточное число. Но у электрической передачи коэффициент редукции стремится к бесконечности и даже может быть отрицательным, а значит, он хорошо подходит для работы в таком делителе.

Поток мощности ДВС делится на две неравные части первым дифференциалом: большая часть момента идёт на механическую передачу и на объединяющий дифференциал. А малая часть момента идёт на электрическую передачу, с её огромными возможностями по преобразованию. Электроника автомобиля легко задаёт нужное передаточное число в цепи генератор –электромотор, а за счёт работы дифференциального механизма общее передаточное число меняется во вполне достаточных для работы легковой машины границах.

При этом передаваемая через электрическую часть мощность остаётся сравнительно небольшой и низкий КПД электрической части передачи мало сказывается на КПД силовой установки в целом, ведь большая часть мощности передана через механическую передачу с КПД, близким к 100 процентам.

У такой системы нет гидротрансформатора, ему не нужны сцепление или сложная гидравлика. Максимум пара-тройка ленточных тормозов для возможности работы системы без одного из моторов и простейшая размыкающая муфта. Передаточное число электрической части передачи меняется бесступенчато, и так же плавно меняется момент на выходном валу трансмиссии. Именно поэтому её называют вариатором, но технически это неверно. Никаких механизмов для плавного изменения момента тут нет, это просто электропередача.

Технически передача реализована в виде набора планетарных редукторов, что делает её очень компактной и удобной для установки на автомобили. Система оказалась настолько удачной, что её у Toyota купили многие конкуренты, в том числе GM и Honda. У Prius второго поколения суммарная мощность электромашин составляет 50 киловатт, мощность ДВС – 58 киловатт, то есть 77 л.с.

Сама по себе электропередача не очень важна, смысл этой машины не только в хитрой трансмиссии, но и в том, что электропередача обратима, запасая энергию при торможении и отдавая при разгонах. Это позволяет обходиться меньшей мощностью ДВС, использовать его только в самых выгодных режимах работы или даже пройти какое-то расстояние на электротяге – у европейских Prius II есть и такая возможность.

Коробка передач у гибрида только одна, собственно HSD второго поколения. Агрегат надёжный, но не без слабых мест. Основная проблема механической части – это вибрации: с пробегом они увеличиваются, а скорость их проявления снижается. Иногда причиной служит износ ШРУС, но чаще проблема внутри самого агрегата. В первую очередь износу подвержены втулки трёхходовой муфты. Наличие в фильтре коробки жёлтых следов бронзы почти всегда говорит о её износе. Конический подшипник блока шестерён второй в очереди на поломку, есть и шансы на поломку дифференциала.

Да, буксировать Prius нельзя, совсем. Коробка сломается быстро и целиком. Ремонтировать её теоретически можно, но на практике так почти никто не делает, благо цены на бэушные коробки передач АКП находятся в пределах 200–300 евро. В среднем до серьёзных проблем коробка ходит около 250 тысяч.

Вторая важная часть трансмиссии – это инвертор, отвечающий за передаточное число в трансмиссии. Про него я довольно подробно рассказывал в первой части материала.

Двигатели

Мотор у машины тоже только один. Это 1NZ-FXE, специальная версия популярного 1NZ, работающая по циклу Аткинсона и имеющая ещё ряд отличий от обычных моторов. Например, электрический привод помпы (не самая надёжная часть) и теплоаккумулятор у американских версий, используемый для быстрого прогрева при холодном старте. Моторы эти относятся к тому же поколению, что печально известные 1ZZ, и проблемы у них похожи.

В первую очередь приготовьтесь к тому, что после пробега в 120–150 тысяч масляный аппетит будет расти даже на тойотовском масле, а во-вторых, ресурс цепного ГРМ очень небольшой, уже после сотни тысяч пробега нужно быть готовым к его замене. Правда, он может протянуть и больше 200 тысяч, да и цена замены не слишком большая, но для Toyota это далеко не лучший мотор.

Вибрации и плавающие обороты, а также запотевание крышек тоже мотор не красят. Стуки клапанного механизма требуют регулировки зазоров, у версии мотора на Prius нет гидрокомпенсаторов, а сёдла клапанов очень нежные. Но он недорог в ремонте, а цена бэушных агрегатов начинается от 30 тысяч рублей.

Особенность именно FXE-версии – сильное загрязнение впускного коллектора, а также высокие требования к свечам зажигания и лямбда-зондам. Менять их приходится сравнительно часто, а ставить лучше оригинальные. Хватает и мелких типовых проблем. Так, датчик давления масла неудачный, склонен к протечкам, а вкладыши крайне не любят малейшего снижения уровня масла или давления. Алюминиевый блок цилиндров легко теряет резьбу болтов ГБЦ, но на этот случай давно используют технологию установки футорок.

Брать или не брать?

Практической выгоды от владения Приусом в России мало. Это в Европе и США можно рассчитывать на налоговые льготы, а для россиян остаётся лишь фактор низкого расхода топлива.

С учётом высочайшей сложности конструкции надёжность этого гибрида можно только похвалить, но если рассматривать машину в возрасте 10 лет и более (а почти все Приусы второго поколения входят в эту категорию), то риск расходов на внеплановый и недешёвый ремонт довольно велик. И все деньги, сэкономленные на заправке, могут уйти в карман сервисов и продавцов запчастей.

Где CVT а где планетарка

Опции темы

• Подписаться на эту тему…