Почему мы коснулись этого вопроса на нашем портале? И почему мы хотим просветить Вас в вопросах работы гибридных двигателей? Всё предельно просто и понятно. Дело в том, что многие сферы нашей жизнедеятельности буквально пронизаны взаимодействием всевозможных технологий, которые в своём симбиозе порождают гораздо более эффективные методы, гаджеты и механизмы. И конечно же не посмели отставить в сторону и двигатели для наших четырёхколёсных любимцев. И вот именно о таких агрегатах, их положительных и отрицательных сторонах, о том как они работают мы и поговорим в данной теме. А пока совершим небольшой экскурс в историю. Поехали!

Немного истории

Автомобили с гибридными «сердцами» – изобретение далеко не новое, как может показаться на первый взгляд. Первооткрывателем и воплотителем идеи гибридного двигателя стал иезуитский священнослужитель по имени Фердинанд Вербист. В 1665 году он начал работать над планами создания простых четырёхколёсных повозок, работающих на паровой и конной тяге. Но а первые серийные модели с гибридными двигателями увидели свет уже на рубеже 19-го и 20-го веков. На протяжении десяти лет, начиная с 1887 года французская Compagnie Parisienne des Voitures Electriques выпустила серию и автомобилей с гибридными моторами. А в 1900 году компания General Electric создала гибридное авто с четырёхцилиндровым бензиновым двигателем. Компания Walker Vehicle Company of Chicago до 1940 года выпускала гибридные грузовые автомобили.

Конечно, на то время производство подобных автомобилей ограничивалось небольшими партиями и созданием разного рода прототипов. Однако в наше время острая нехватка нефтяных ресурсов и постоянно прогрессирующий экономический кризис побудили автомобильных конструкторов и разработчиков вернуться к истокам и возобновить выпуск автомобилей с гибридными двигателями.

Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях

Ну а теперь самое время разобраться с тем, что за агрегат гибридный двигатель и почему так рьяно стали производит автомобили с такими сердцами? Гибридный двигатель представляет собой систему двух связанных между собой двигателей: бензинового и электрического. Два двигателя могут работать как в связке, так и по отдельности, всё зависит от того, какой режим работы использован в данный момент. Процессом перераспределения «полномочий» управляет мощный компьютер, который в тот или иной момент решает какой из двигателей должен сейчас работать. Для передвижения в загородном режиме всю работу берёт на себя топливный двигатель, ибо аккумулятора на трассе хватает ненадолго. Для передвижения по городу включается электродвигатель.

Если же автомобиль подвергается большим нагрузкам или ему приходится часто и довольно интенсивно разгоняться, то оба двигателя работают уже вместе. Интересен тот факт, что пока автомобиль движется на топливном моторе, электрический в это время заряжается. Автомобиль с гибридным двигателем выбрасывает в атмосферу на 90% меньше веществ, чем привычные нам топливные моторы , и это несмотря на то, что в его состав входит и бензиновый агрегат тоже. Так же потребление бензина в городе можно свести к нулю, что, конечно же, не сказать о загородных поездках.

Давайте рассмотрим как автомобиль с гибридным двигателем трогается с места. В самом начале движения и на малых скоростях работают лишь аккумулятор и электрический двигатель. Энергия, что запасена в батарее питает энергетический центр, который далее распределяет её по электромоторам, которые уже и стартуют автомобиль с места бесшумно и очень плавно. После того, как набрана максимальная для электродвигателя скорость, подключается и бензиновый агрегат. Крутящий момент на ведущие колёса уже поступает от двух двигателей в одночасье. В процессе такой работы двигатель внутреннего сгорания отдаёт часть выработанной энергии на генератор, который далее и питает электродвигатели, разгружая АКБ, излишки же энергии передаются на аккумулятор, восполняя его, утраченный на начало движения, запас.

Если автомобиль движется в нормальном режиме, то автоматом используется ведущим лишь передний привод, в остальных же случаях распределение крутящего момента подаётся уже на две оси. В режиме ускорения крутящий момент на колёса поступает в основном от двигателя внутреннего сгорания, а если необходимо нарастить динамику, то в ход идут уже и электромоторы, дополняющие ДВС. Но вот более интересным моментом всё же является торможение. Электронный «мозг» автомобиля держит под контролем включение и выключение Когда стоит подключить гидравлику, а когда и рекуперативное торможение, но предпочтение всё же отдаётся второму. То есть, когда водитель гибридного автомобиля нажимает на педаль тормоза, электродвигатели переходят генераторный рабочий режим, создавая тем самым тормозной момент на колёсах, при котором также вырабатывается электроэнергия, которая и подпитывает аккумулятор через распределительный энергоцентр. В этом то и утаилась вся суть «изюминки» гибридного двигателя.

В привычной же нам классике энергия, выделяемая при торможении расходуется в пустую, просто теряясь в пространстве как тепло от тормозных дисков и других деталей. Использование тормозной энергии очень эффективно в условиях города, когда частое торможение на светофорах – обычное дело. Система VDIM, которая является управляющей автомобильной динамикой, управляет работой всех автомобильных систем активной безопасности, объединяя их в единый «организм».

Пожалуй, первым удачным экземпляром, оснащённым гибридным двигателем, выпущенным в массы стал известный уже ныне «Prius» от компании Toyota. Этот чудо автомобиль расходует всего чуть более трёх литров бензина на каждые сто километров в городском режиме. Также японская компания пошла далее, выпустив свой люксовый гибридный кроссовер Lexus RX400h. Но и стоимость данного авто в среднем в пределах 70 000 у.е. Заметим, что первое поколение Toyota Prius уступало автомобилям того же класса с двигателями внутреннего сгорания по скоростным и мощностным характеристикам, в отличие от Lexus RX400h, который изначально составлял хорошую конкуренцию в своём классе.

После Toyota лидирующие мировые автомобильные концерны тоже не оставили без внимания использование гибридных двигателей, так как в этом было увидено решение глобальной проблемы загрязнения природной среды и топливной экономии. И так последовало объявление о создании гибридной грузовой и транспортной техники от компании Volvo Group. По их расчётам выпуск данной продукции со временем сократит потребление топлива на целых 35%.

Но при всём величайшем желании и расчётах автомобильных концернов, автомобили с гибридными двигателями пока что не раскупают по всему миру как горячие пирожки. Популярность гибридных автомобилей набирает обороты лишь в Канаде и Штатах. Спрос на гибриды среди американского населения вырос из-за резкого подорожания топлива, которое нещадно палили раньше. Ведь американский автопром всегда славился своими «мускул-карами» с невероятно мощными моторами и огромным потреблением горючей жидкости. Европейские автолюбители к автомобилям с гибридными двигателями отнеслись в целом нейтрально. Там заправляет достаточно экологичный и более экономичный, заслуживший доверие ветеран, - дизель.

Большая часть автомобилей Европы заправляются дизелем, что нельзя сказать о США. Более того автомобили с дизельными двигателями гораздо дешевле гибридных, к тому же проще и надёжнее в своей конструкции. Ведь всем известен такой постулат: «чем сложнее сконструирована система, тем менее её надёжность». Именно этот фактор и определяет количество гибридных автомобилей на территории нашей страны. Официально такие автомобили к нам не поставляют, а проблема СТО просто неминуема в случае поломки. Профильных СТО по ремонту гибридных двигателей попросту нет в нашей стране. А самостоятельно такой аппарат, думаем, вряд ли кто-то возьмётся чинить.

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

Итак, мы с Вами вкратце рассмотрели, что такое гибридный двигатель и почему его применение не настолько распространено в мире, как того бы хотелось. Теперь хотелось бы «копнуть» поглубже и рассмотреть схему его строения. А ведь их существует три. Предлагаем начать с простейшей схемы, которая вызывает у нас наименьший интерес – это последовательный гибридный двигатель.

Последовательная схема гибридного двигателя

В данной схеме запуск автомобиля происходит от электрического мотора. Двигатель внутреннего сгорания находится в связке с генератором, питающим батарею аккумулятора. Гибридные автомобили с последовательной схемой силового агрегата (Plug-inHybrid), зачастую, выпускаются с возможностью подключения к электрической сети по окончанию поездки. Наличие данной функции подразумевает использование аккумуляторных батарей с большой энергоёмкостью, что существенно сокращает затраты топлива на использование двигателя внутреннего сгорания, что в свою очередь сокращает количество вредных выбросов в атмосферу. К таким автомобилям можно отнести Chevrolet Volt и Opel Ampera. Их так же называют электромобили с широким радиусом действия. Эти автомобили могут ехать лишь питаясь от аккумуляторной батареи со скоростью 60 км/ч и используя энергию генератора, приводящего в действие бензиновый двигатель целых 500 километров.

Параллельная схема гибридного автомобиля

При данной схеме параллельно подключенные двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель устанавливаются таким образом, что могут работать как отдельно друг от друга, так и вместе. Такой эффект достигается благодаря конструкции агрегата, в которой бензиновый двигатель, электромотор и трансмиссия соединены автоматически управляемыми муфтами. Автомобиль с такой схемой гибридного двигателя использует электромотор небольшой мощности, примерно в 20 кВт. Его основной задачей является добавление мощности ДВС во время ускорения автомобиля.

В большей части подобных конструкций электромотор устанавливается между двигателем внутреннего сгорания и Он так же выполняет функции генератора и стартера. Известнейшими представителями среди автомобилей с последовательной схемой гибридного двигателя являются BMW Active Hybrid 7, Honda Insight, Volkswagen Touareg Hybrid, Honda Civic Hybrid. Данная схема появилась благодаря проявлению инициативы компании Honda с её системой Integrated Motor Assist - IMA. Работу данной системы можно подразделить на несколько характерных режимов:

- работа от электродвигателя;

Совместная работа электромотора и ДВС;

Работа от ДВС с параллельной зарядкой аккумуляторной батареи при помощи электромотора, который выполняет функцию генератора;

Подпитка аккумулятора в период рекуперативного торможения.

Последовательно-параллельная схема гибрида

В данной схеме электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания связываются при помощи планетарного редуктора. Это позволяет одновременно передавать мощность от каждого из моторов на ведущие колёса в соотношении от 0 до 100% от номинальной мощности. Последовательно-параллельная схема отличается от предыдущей тем, что на первой установлен генератор, который создаёт энергию для работы электромотора.

Известными представителями автомобилей с такой схемой гибридного двигателя являются Toyota Prius, Ford Escape Hybrid , Lexus RX 450h. В данном сегменте «гибридного» рынка лидирует компания Toyota со своей системой Hybrid Synergy Drive - HSD. Силовой агрегат системы Hybrid Synergy Drive представлен следующим образом:

- ДВС связывается с планетарным редуктором;

Электродвигатель, который присоединён к коронной шестерне планетарного редуктора;

Солнечная шестерня планетарного редуктора соединенная с генератором.

Двигатель внутреннего сгорания работает в цикле Аткинсона, а значит на низких оборотах он вырабатывает малую мощь, результатом чего является лучшая топливная экономичность и меньшее количество выхлопных газов.

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Самым важным плюсом автомобилей с гибридными двигателями является их экономичность. Топливный расход у таких автомобилей на 25% меньше чем у классических машин с двигателем внутреннего сгорания. А в условиях нашей ситуации с постоянно повышающимися цена на бензин это очень важный фактор.

2. Следующий не менее важный пункт Следующий по важности пункт среди положительных сторон гибридных двигателей – это экологичность. Гибридные автомобили наносят гораздо меньше урона нашей экологии чем классические. Это достигается благодаря более рациональному топливному расходу. А при полной остановке автомобиля, ДВС прекращает работать, передавая бразды правления электрическому мотору. Следовательно во время остановок гибридного автомобиля атмосфера не загрязняется выбросами СО2.

3. Батареи гибридных двигателей подзаряжаются от бензинового двигателя, чего нельзя сказать об электромобилях, что делает запас хода топливного двигателя гораздо большим. И ещё он может дольше обходиться без дозаправки.

4. Современные гибридные автомобили ничуть не уступают аналогичному классу традиционных по всем основным характеристикам. Так что развеем этот миф, которому многие, скорее всего верят.

5. В городских условиях с частыми остановками гибридные автомобили работают как электромобили.

6. Стоя на месте автомобиль с гибридным двигателем полностью бесшумен, так как он работает только на электродвигателе.

7. Заправка гибрида осуществляется бензином и таким же образом, как и традиционного автомобиля.

Минусы гибридных автомобилей

В мире нет ничего идеального, а значит и гибридные двигатели тоже имеют свои минусы.

1. И основным минусом является дорогой ремонт. Так как конструкция таких двигателей очень сложна, то и найти специалиста, который займётся устранением проблем, очень сложно. Этим и объясняется большая стоимость обслуживания гибридов.

2. Аккумуляторы, установленные на гибриды подвержены саморазрядке. Также они не переносят резких перепадов температур. А срок службы их сильно ограничен. Но до сих пор пока не выяснили то, какое влияние на окружающую среду оказывают аккумуляторы из-за чего утилизировать их является проблемной задачей.

Очевидно, конечно, что гибридные двигатели имеют больше плюсов чем минусов, но в нашей стране они не прижились пока что. Первая причина для этого – цена. Стоимость в Украине популярной Toyota Prius составляет от 850 000 гривен. А ведь он не только самый-самый в своей популярности, но и самый дешёвый. Также в России планировалось наладить выпуск гибрида под названием «Ё-мобиль», но проект был свёрнут. На сегодня самым мощным автомобилем с гибридным двигателем является BMW ActiveHybrid X6.

Борьба за экологию в наше время идёт полным ходом и очень рьяно, в связи с чем автолюбителей стимулируют к приобретению автомобилей с гибридными двигателями. Так в Америке владельцам таких автомобилей предоставляются определённые льготы и бесплатные места на парковках. В нашей стране также планируются вводиться похожие законы, в частности будут уменьшены пошлины на импорт автомобилей с гибридными двигателями. Бензиновые двигатели уже понемногу отходят на задний план, утрачивая свои позиции. И гибридные двигатели – один из основных шагов, которые предпринимаются для этого. Но пока ценовая категория этих автомобилей остаётся на том же уровне, спрос на них будет малый.

О ценах на авто с гибридными двигателями

Как и всё новое, необычное и интересное, автомобили с гибридными двигателями отличаются от своих классических собратьев большей стоимостью. Сегодня гибридные автомобили гораздо превышают в стоимости автомобили с аналогичными характеристиками, но с бензиновыми двигателями. Например, гибридная Toyota Camry превосходит по стоимости своего бензинового собрата почти на 7 000 долларов. Стоимость гибридной Honda Civic возросла на 4 000 долларов по сравнению со своей традиционной моделью. Lexus GS 450h – это прекрасный динамичный (от 0 до 100 всего за 5,9 секунд) автомобиль, который ещё и гораздо экономичнее аналогичных по мощности седанов с восьмицилиндровыми двигателями. Топливный расход этого автомобиля приблизительно 8 литров на 100 километров в смешанном цикле. Средняя розничная цена на этот автомобиль в Украине в среднем будет составлять около 80 000 долларов.

На тему внедрения гибридных автомобилей, конечно, можно рассуждать долго и занимать определённые позиции и отстаивать свои точки зрения, но ясно одно – будущее не за горами и скоро этот скачок будет совершён. Перемены в автомобилестроении грядут грандиозные! И надеемся это будет то, что нужно всем нам.

Автомобиль с гибридным двигателем это не новое изобретение. Первый шаг в направлении создания гибридных транспортных средств, был сделан в 1665, когда Фердинанд Verbiest, Иезуитский священник, начал работу над планами постройки простых четырех колесных транспортных средств, которые могли бы работать на пару или конной тяге. Первые автомобили с гибридным двигателем появились на рубеже XIX—XX-го веков. Более того, некоторым разработчикам удалось перейти от проектов к мелкосерийному производству. Начиная с 1897 года и на протяжении 10 последующих лет, французская Compagnie Parisienne des Voitures Electriques выпустила партию электромобилей и машин с гибридными двигателями. В 1900 году General Electric сконструировала гибридный автомобиль с 4-цилиндровым бензиновым мотором. А с конвейера Walker Vehicle Company of Chicago «гибридные» грузовики сходили до 1940 года.
Конечно все это были только прототипы и мелкосерийные автомобили. Однако сейчас острый недостаток нефти и экономический кризис подхлестнули разработку гибридных двигателей. А теперь давайте подробно разберемся что такое гибридный двигатель и какой от него толк? Гибридный двигатель - это система из двух двигателей -электрического и бензинового. В зависимости от режимов работы может включатся и бензиновый и электрический одновременно или по отдельности. Этот процесс управляется мощным компьютером, который принимает решение, что щас должно работать.Так при передвижении по трассам включается бензиновый двигатель, так как аккумулятора на трассе на долго не хватит. Если автомобиль двигается в городском режиме, то тут уже используется электродвигатель, при разгоне или больших нагрузках работают оба. Пока работает бензиновый двигатель заряжается аккумулятор. Такой двигатель даже с учётом того, что в системе используется бензиновый двигатель, позволяет сократить вредные выбросы в атмосферу на 90% и при этом существенно снижается потребление бензина в городе(на трассе работает только бензиновый двигатель, поэтому там экономии нету).

Начнем с того, как автомобиль трогается с места. При начале движения и на малых скоростях задействованы только аккумуляторная батарея и электродвигатели. Энергия, запасенная в батарее, поступает в энергетический центр, который, в свою очередь, направляет ее к электромоторам, заставляющим автомобиль плавно и бесшумно тронуться с места. После набора скорости к работе подключается двигатель внутреннего сгорания, и момент на ведущие колеса поступает одновременно от электродвигателей и ДВС. При этом часть энергии ДВС поступает к генератору, и теперь уже он питает электродвигатели, а излишки своей энергии отдает аккумуляторной батарее, утратившей часть запаса энергии в начале движения. При движении в нормальном режиме автоматически используется только передний привод, во всех остальных — полный. В режиме разгона момент на колеса поступает в основном от бензинового двигателя, а электромоторы при необходимости увеличения динамики дополняют ДВС. Один из самых интересных моментов — торможение. Электронные “мозги” автомобиля сами решают, когда нужно задействовать гидравлическую тормозную систему, а когда рекуперативное торможение, отдавая предпочтение последнему. То есть в момент нажатия педали тормоза они переводят электродвигатели в “генераторный” режим работы, и те создают тормозной момент на колесах, вырабатывая электроэнергию и подпитывая через энергетический центр аккумуляторную батарею. В этом и заключается изюминка “гибрида”.

В классических автомобилях энергия торможения теряется полностью, уходя как тепло через тормозные диски и другие детали. Использование энергии торможения особенно эффективно в городских условиях, когда приходится часто тормозить на светофорах. Система интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM) объединяет и управляет работой всех систем активной безопасности.
Одним из первых удачных автомобилей оснащённых гибридным двигателем, который пошёл в массы стал разработанный компанией Toyota "Toyota Prius", расходующий 3,2 литра бензина на 100 км (в городе). Также компания Toyota выпустила и внедорожник с гибридным двигателем Lexus RX400h.Стоимость такого автомобиля в зависимости от комплектации колеблется от 68 до 77 тыс. долларов. Следует заметить тот факт, что первые версии Toyota Prius уступали автомобилям такого же класса и в скорости и в мощности, а вот Lexus RX400h уже не уступает своим одноклассникам ни в скорости ни в мощности.

Ведущие автомобильные концерны мира, так же обратили своё внимание на гибридные двигатели, как на решение проблемы экономии топлива и загрязнения окружающей среды. Так компания Volvo Group объявила о создании гибридного двигателя для грузовиков, тягачей, полуприцепов и автобусов. Разработчики компании рассчитывают на то, что их детище позволит получить 35% экономию топлива.
При всём при этом надо сказать, что гибридные автомобили "на Ура", пока что, пошли только в Северной Америке(Канада и США). И в Америке же всё больше на них растёт спрос, так как там до последних лет были популярны автомобили, которые потребляли много топлива, а так как топливо резко и круто начало дорожать американцы резко задумались об его экономии и как решение проблемы начали использовать именно автомобили с гибридными двигателями. В Европе к появлению гибридных двигателей отнеслись спокойно, так как там у них рулит экономный и более экологичный, чем бензиновый двигатель, старый добрый дизель. В отличии от США более 50% машин в Европе оснащены дизелями. К тому же дизельные автомобили дешевле гибридных, проще и надёжнее. Ведь всем известно, чем сложнее система, тем она менее надёжна! И вот именно из-за своей сложности и капризности, гибридных автомобилей практически нет на постсоветском пространстве. Официальные дилеры их сюда не завозят. И любой владелец такого авто у нас неминуемо столкнётся с проблемой СТО. Нет у нас СТО, которые бы занимались бы гибридными автомобилями. А уж сам такую машинку не починишь!

Критическая ситуация с экологией и постоянный рост цен на топливо заставляют искать производителей транспорта новые решения. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) усовершенствуются, модифицируются и «смешиваются» с электродвигателями. Для чего это делается, как работает гибридный двигатель, рассмотрим в сегодняшней публикации.

Идею соединить два агрегата (двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель) новой не назовешь. В 1897 году французская компания Parisienne des Voitures Electriques начала производство авто с гибридными двигателями, а немногим позднее американская General Electric выпустила первый гибрид с бензиновым четырехцилиндровым двигателем. Но тогда такое новшество оказалась экономически нецелесообразным. Топливо было дешевым, а мощность автомобиля-гибрида уступала мощности традиционных моделей. Но времена изменились. Топливо дорожает, экологическая обстановка ухудшается. Автомобили со смешанными силовыми агрегатами стали актуальными и начали набирать популярность.

Простыми словами о сложном

Что же представляет собой гибридный двигатель? Гибридный двигатель – это система, состоящая из двух связанных между собой агрегатов: электрического и бензинового. Они могут работать как по отдельности, так и одновременно. Управляет этой системой бортовой компьютер автомобиля. Он решает, в зависимости от режима движения, какой тип силового агрегата нужно задействовать в конкретный момент времени.

Для движения по городу, когда от двигателя не требуется выработки большой мощности, используется электродвигатель. Во время движения по загородным трассам компьютер отключает электродвигатель и задействует топливный агрегат.

При смешанном режиме езды, когда двигатель автомобиля работает под нагрузкой с периодическими ускорениями и остановками – два агрегата работают в тандеме. Причем во время работы топливного двигателя, идет зарядка электрического. Отдельного внимания заслуживают .

Экономия электроэнергии в гибридных двигателях

Известно, что на движение автомобиля затрачивается огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электромотор даже в условиях малых нагрузок может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.

Когда автомобиль трогается либо движется на малых скоростях, всю работу осуществляет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Далее в его задачу входит разогнать автомобиль до предельно возможной для электродвигателя скорости. После этого компьютер дает команду на включение топливного двигателя. При этом ДВС часть энергии отдает на генератор, который подменяет АКБ и продолжает вместо нее питать электромотор, параллельно заряжая аккумулятор. Автомобиль при этом работает на двух силовых агрегатах одновременно.

При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумулятора. При повышении нагрузки на ДВС ему на помощь снова приходит электромотор. Но электроэнергия пополняется не только за счет работы ДВС. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что образовавшаяся во время торможения энергия, преобразовывается в электрическую и тоже идет на питание электромотора. Такое торможение получило название «рекуперативное».

Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридного силового агрегата автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательный, параллельный и смешанный.

Последовательная схема гибрида

Принцип работы такой схемы можно считать самой простой из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания в данном типе является вспомогательным элементом и предназначен для работы генератора. Генератор, получая энергию от ДВС, преобразует ее в электрическую и запитывает электромотор, который приводит автомобиль в движение.

Такая схема, как правило, применяется в маломощных автомобилях (малолитражках). Но используемый аккумулятор имеет большую емкость, с возможностью зарядки от обычной электросети. Большая емкость АКБ позволяет минимизировать использование ДВС, то есть автомобиль может двигаться на электродвигателе, который питается только от аккумулятора. Chevrolet Volt – это одна из моделей автомобилей, в которой использована последовательная схема гибрида.

Параллельная схема гибридного автомобиля

Принцип работы параллельной схемы заключается в том, что ДВС и электромотор установлены таким образом, что появляется возможность их использовать как вместе, так и по отдельности. Но все же основная функция электромотора в такой схеме – это создание дополнительной мощности ДВС при ускорении. Кроме того электродвигатель выполняет функции стартера и генератора. Аккумуляторы при такой схеме не требуют дополнительной подзарядки, им хватает энергии, вырабатываемой при движении.

Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – модели с параллельной схемой гибридного двигателя.

Последовательно – параллельная схема гибрида

В этой схеме ДВС и электромотор связывает между собой планетарный редуктор, при помощи которого мощность от обоих двигателей передается на ведущие колеса.

Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.

Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid – это представители полного гибрида.

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
2. Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
3. Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
4. В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
5. Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
6. Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
7. В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
8. Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.

Недостатки гибридов

1. Высокая стоимость автомобиля.
2. Обслуживание автомобиля требует больших затрат. Ремонтировать такую машину самостоятельно вряд ли удастся, а квалифицированных мастеров найти большая сложность. С комплектующими также гарантированно будут проблемы.
3. Перепады климатических температур плохо влияют на АКБ и приводят к их саморазряду.

Внешне автомобили с гибридными силовыми агрегатами не отличаются от классических бензиновых собратьев. Конечно, если бы модели автомобилей с гибридными двигателями имели такую же стоимость, как аналоги с ДВС, а обслуживание не вызывало сложностей, вряд ли кто отказался бы от такой машины. Но на данный момент реалии таковы, что разница в цене гибрида и аналога составляет в среднем 4000 долларов. Даже если взять в расчет все плюсы таких машин, включая экономию топлива, то разница все равно будет несоразмерная. Если не будет поломок, а пробег будет значительным, машина окупится в лучшем случае лет через пять. Такое положение вещей не вселяет оптимизма. Но как говорится: «Сколько людей – столько и мнений», поэтому выбор всегда остается за конкретным человеком.

Toyota Prius Работа автомобиля в различных режимах движения

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 38 сборок по 6 элементов, с полным номинальным напряжением 273,6 В.

Вся батарея установлена за задним сиденьем. При этом элементы уже не оранжевые "бамбуки", а представляют собой плоские модули в пластмассовых корпусах серого цвета. Максимальный ток батареи - 80 А при разряде и 50 А при заряде. Номинальная емкость батареи - 6,5 Ач, однако, электроника автомобиля позволяет использовать только 40% этой емкости, чтобы продлить срок службыаккумулятора. Состояние заряда может изменяться только между 35% и 90% полного номинального заряда. Перемножив напряжение батареи и ее емкость, получим номинальный запас энергии - 6,4 МДж (мегаджоулей), а используемый запас - 2,56 МДж. Этой энергии достаточно, чтобы ускорить автомобиль, водителя и пассажира до 108 км/ч (без помощи ДВС) четыре раза. Чтобы произвести такое количество энергии, ДВС потребовалось бы приблизительно 230 миллилитров бензина. (Эти цифры приводятся только для того, чтобы Вы представляли количество накопленной энергии в батарее.) Автомобилем нельзя управлять без топлива, даже если стартовать с 90% полного номинального заряда с длинного спуска. Большую часть времени у Вас есть приблизительно 1 МДж пригодной к употреблению энергии батареи. Очень много ВВБ попадает в ремонт именно после того, как у владельца заканчивается бензин (при этом на табло загорится пиктограмма "Check Engine" ("Проверь двигатель") и треугольник с восклицательным знаком), но владелец пытается "дотянуть" до заправки. После падения напряжения на элементах ниже 3 В - они "умирают". На 20 кузове японские инженеры для увеличения мощности пошли другим путем: они снизили количество элементов до 168, т.е. оставили 28 модулей. Но для использования в инверторе напряжение батареи повышается до 500 В с помощью специального устройства -booster. Увеличение номинального напряжения MG2 в кузове NHW-20 позволило повысить его мощность до 50 КВт без изменения габаритов.

Prius также имеет вспомогательную аккумуляторную батарею. Это 12-вольтовая, емкостью 28 ампер-часов кислотно-свинцовая батарея, которая находится в левой части багажника (в 20 кузове - в правой). Ее цель состоит в том, чтобы запитать электронику и дополнительные устройства, когда гибридная система выключена, и главное реле батареи высокого напряжения выключено. Когда гибридная система работает, 12-вольтовым источником служит преобразователь постоянного тока, поступающего от системы высокого напряжения в постоянный ток 12 В. Он также подзаряжает вспомогательную батарею в случае необходимости. Основные блоки управления обмениваются данными по внутренней CAN-шине. Оставшиеся системы общаются по внутренней сети Body Electronics Area Network. В ВВБ имеется и свой блок управления, который следит за температурой элементов, напряжением на них, внутренним сопротивлением, а также управляет встроенным в ВВБ вентилятором. На 10 кузове стоят 8 температурных датчиков, представляющих собой терморезисторы, на самих "бамбуках", и 1 - общий датчик контроля температуры воздуха ВВБ. На 11-м кузове -4 +1, а на 20-м-3+1.

Устройство распределения мощности Тойота Приус

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?

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.

Работа автомобиля в различных условиях движения

Запуск двигателя Toyota Prius

Чтобы запустить двигатель, MG1 (связанный с солнечной шестерней) вращается вперед, используя электроэнергию высоковольтной батареи. Если автомобиль стоит, то коронная шестерня планетарного механизма будет также оставаться неподвижной. Вращение солнечной шестерни поэтому вынуждает водило сателлитов вращаться. Оно связано с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и проворачивает его в 1/3,6 скорости вращения MG1. В отличие от обычного автомобиля, который подает топливо и зажигание в ДВС, как только стартер начинает его вращать, Prius ждет, пока MG1 не разгонит ДВС приблизительно до 1000 оборотов в минуту. Это случается меньше чем через секунду. MG1 значительно более мощный, чем обычный двигатель стартера. Чтобы вращать ДВС с этой скоростью, он сам должен вращаться со скоростью 3600 оборотов в минуту. Старт ДВС на 1000 оборотов в минуту не создает почти никакого напряжения для него, потому что это - скорость, на которой ДВС был бы счастлив работать от своей собственной энергии. Кроме того, Prius запускается, зажигая только пару цилиндров. Результат - очень гладкий запуск, свободный от шума и дергания, который устраняет изнашивание, связанное с запусками двигателя обычных автомобилей. При этом сразу обращу внимание на распространенную ошибку ремонтников и владельцев: часто мне звонят и спрашивают, что мешает ДВС продолжать работать, почему он заводится секунд на 40 и глохнет. На самом деле, пока мигает рамочка READY - ДВС НЕ РАБОТАЕТ! Это его крутит MG1! Хотя зрительно - полное ощущение запуска ДВС, т.е. ДВС шумит, из выхлопной трубы идет дым..

Как только ДВС начал работать от своей собственной энергии, компьютер управляет открытием дросселя, чтобы получить подходящие холостые обороты в течение разогрева. Электричество больше не питает MG1 и, фактически, если батарея разряжена, MG1 может производить электричество и заряжать батарею. Компьютер просто формирует MG1 как генератор вместо мотора, открывает дроссель ДВС немного больше, (примерно до 1200 оборотов) и получает электричество.

Холодный запуск Toyota Prius

Когда Вы запускаете Prius с холодным двигателем, его главный приоритет состоит в том, чтобы нагреть двигатель и каталитический нейтрализатор, чтобы заработала система управления токсичностью выхлопа. Двигатель будет работать в течение нескольких минут, пока это не случится (как долго - зависит от фактической температуры двигателя и катализатора). В это время принимаются специальные меры,- чтобы управлять выхлопом во время прогрева, включая сохранение выхлопных углеводородов в поглотителе, который будет очищен позже и работой двигателя в специальном режиме.

Теплый запуск Toyota Priu s

Когда Вы запускаете Prius с теплым двигателем, он будет работать в течение короткого времени и затем останавливаться. Холостые обороты будут в пределах 1000 об/мин.

К сожалению, невозможно препятствовать запуску ДВС, когда Вы включаете автомобиль, даже если все, что Вы хотите сделать - переехать на соседний подъемник. Это относится только к 10 и 11 кузовам. На 20 кузове применен другой алгоритм запуска: нажимаете на тормоз и на кнопку "START". Если в ВВБ достаточно энергии, и Вы не включите отопитель на обогрев салона или стекла -ДВС не запустится. Просто загорится надпись "READY"(Totob"), т.е. автомобиль ПОЛНОСТЬЮ готов к движению. Достаточно переключить джойстик (а выбор режимов на 20 кузове производится именно джойстиком) в положение D или R и отпустить тормоз, Вы поедете!

Prius находится всегда на прямой передаче. Это означает, что двигатель не может в одиночку выдать весь крутящий момент, чтобы автомобиль энергично тронулся с места. Крутящий момент для начального ускорения добавляется мотором MG2, вращающим непосредственно коронную шестерню планетарного механизма, связанную с входом редуктора, выход которого связан с колесами. Электрические двигатели развивают лучший крутящий момент на низкой скорости вращения, поэтому идеально подходят для начала движения автомобиля.

Представим, что ДВС работает и автомобиль неподвижен, значит, мотор MG1 вращается вперед. Управляющая электроника начинает отбирать энергию с генератора MG1 и передает ее на мотор MG2. Теперь, когда Вы отбираете энергию от генератора, эта энергия должна откуда-нибудь взяться. Появляется некоторая сила, которая замедляет вращение вала и нечто, вращающее вал, должно сопротивляться этой силе, чтобы сохранить скорость. Сопротивляясь этой "генераторной нагрузке", компьютер увеличивает обороты ДВС, чтобы добавить дополнительной энергии. Итак, ДВС крутит водило сателлитов планетарного механизма более сильно, а генератор MG1 пытается замедлить вращение солнечной шестерни. Результат - сила на коронной шестерне, которая заставляет ее вращаться и начинать двигаться автомобиль.

Вспомните, что в планетарном механизме крутящий момент ДВС делится в соотношении 72% к 28% между короной и солнцем. Пока мы не нажали педаль акселератора, ДВС только бездельничал и не производил никакого выходного крутящего момента. Теперь, однако, обороты добавились и 28% крутящего момента вращают MG1 как генератор. Другие 72% крутящего момента передаются механически на коронную шестерню и, следовательно, на колеса. Одновременно с тем, что большая часть крутящего момента поступает от мотора MG2, ДВС действительно передает крутящий момент к колесам таким образом.

Теперь мы должны выяснить, как 28% крутящего момента ДВС, который передается к генератору MG1, могут по возможности усилить старт автомобиля - с помощью мотора MG2. Чтобы сделать это, мы должны ясно различать крутящий момент и энергию. Крутящий момент - это вращающая сила, и так же, как в случае с прямолинейной силой, не требуется расходовать энергию на поддержание силы. Предположим, что Вы тянете ведро воды с помощью лебедки. Она берет энергию. Если лебедка вращается электромотором, вы должны были бы снабдить его электроэнергией. Но, когда Вы подняли ведро наверх, Вы можете зацепить его каким-нибудь крюком или стержнем или чем-нибудь еще, чтобы удержать его наверху. Сила (вес ведра), которая приложена к веревке, и крутящий момент, передаваемый веревкой барабану лебедки, не исчезла. Но потому, что сила не перемещается, нет никакой передачи энергии, и ситуация устойчива без энергии. Аналогично, когда автомобиль неподвижен, даже при том, что 72% крутящего момента ДВС передают на колеса, нет никаких потоков энергии в этом направлении, так как коронная шестерня не вращается. Солнечная шестерня, однако, вращается быстро, и хотя она получает только 28% вращающего момента, это позволяет произвести много электроэнергии. Подобная цепь рассуждений показывает, что задача MG2 состоит в применении крутящего момента к входу механического редуктора, не требующего большой мощности. Много тока должно пройти через обмотки мотора, преодолевая электрическое сопротивление, и эта энергия теряется в виде тепла. Но, когда автомобиль перемещается медленно, эта энергия идет от MG1. Поскольку автомобиль начинает перемещаться и набирает скорость, генератор MG1 вращается медленнее и производит меньше энергии. Однако компьютер может немного прибавить обороты ДВС. Теперь больше крутящего момента прибывает от ДВС и, поскольку больше крутящего момента должно также пройти через солнечную шестерню, MG1 может поддержать генерирование энергии на высоком уровне. Уменьшенная скорость вращения компенсируется увеличением момента.

Мы избегали упоминания о батарее до этого места, чтобы стало ясно, как она не обязательна для приведения автомобиля в движение. Однако, большинство троганий с места - результат действий компьютера, передающего энергию от батареи непосредственно к мотору MG2.

Существуют предельные обороты ДВС, когда автомобиль движется медленно. Они обусловлены необходимостью предотвратить повреждение MG1, которому придется вращаться очень быстро. Это ограничивает количество энергии, производимой ДВС. Кроме того, это было бы неприятным для водителя услышать, что ДВС слишком увеличивает обороты для плавного трогания. Чем сильнее Вы нажимаете акселератор, тем больше ДВС увеличит обороты, но также и больше энергии поступит от батареи. Если утопить педаль в пол, приблизительно 40% энергии поступают от батареи и 60% от ДВС при скорости около 40 км/ч. Поскольку автомобиль ускоряется и одновременно обороты ДВС растут, он дает большую часть энергии, достигая приблизительно 75% при 96 км/ч, если Вы все еще давите педаль в пол. Как мы помним, энергия ДВС включает и то, что снято генератором MG1 и передано в виде электричества к мотору MG2. При 96 км/ч MG2 фактически дает больше крутящего момента, и, следовательно, больше мощности к колесам, чем поставляется через планетарный механизм от ДВС. Но большая часть электроэнергии, которую он использует, идет от MG1 и, следовательно, косвенно от ДВС, а не от батареи.

Ускорение и езда в гору Toyota Prius

Когда требуется большая мощность, ДВС и MG2 совместно создают крутящий момент, чтобы вести автомобиль почти таким же способом, как описано выше для начала движения. Когда скорость автомобиля растет, уменьшается крутящий момент, который MG2 в состоянии выдать, так как он начинает работать на пределе своей мощности в 33 кВт. Чем быстрее он вращается, тем меньше крутящий момент он может выдать на этой мощности. К счастью, это совместимо с ожиданиями водителя. Когда обычный автомобиль ускоряется, ступенчатая коробка переключается на более высокую передачу и вращающий момент на оси уменьшается так, чтобы двигатель мог понизить свои обороты до безопасного значения. Хотя это делается с использованием абсолютно разных механизмов, Prius дает такое же общее ощущение, как и ускорение на обычном автомобиле. Главное различие - полное отсутствие "дерганий" при переключении передач, потому что просто нет никакой коробки передач.

Итак, ДВС вращает водило сателлитов планетарного механизма.

72% его крутящего момента поступает механически через коронную шестерню к колесам.

28% его крутящего момента поступают в генератор MG1 через солнечную шестерню, где он превращается в электричество. Эта электрическая энергия питает мотор MG2, который добавляет некоторый дополнительный крутящий момент на коронной шестерне. Чем больше Вы нажимаете акселератор, тем больше крутящего момента производит ДВС. Он увеличивает как механический крутящий момент через корону, так и количество электроэнергии, произведенной генератором MG1 для мотора MG2, используемой, чтобы добавить еще больше крутящего момента. В зависимости от различных факторов - таких, как состояние заряда батареи, уклона дороги и особенно от того, как сильно Вы нажимаете педаль, компьютер может направлять дополнительную энергию от батареи к MG2, чтобы повысить его вклад. Вот так достигается ускорение, достаточное для движения по шоссе такого большого автомобиля с ДВС мощностью всего 78 л. с

С другой стороны, если необходимая мощность не так высока, iu час1ь элекфичества, производимою MG1, может использоваться для зарядки батареи даже при наборе скорости! Важно помнить, что ДВС и крутит колеса механически и крутит генератор MG1, заставляя его производить электричество. Что происходит с этим электричеством и добавляется ли еще электричество от батареи, зависит от комплекса причин, которые мы не можем все учесть. Этим занимается контроллер гибридной системы автомобиля.

Как только Вы достигли устойчивой скорости на плоской дороге, мощность, которая должна поставляться двигателем, расходуется на преодоление аэродинамического сопротивления и трения качения. Это намного меньше, чем мощность, необходимая для езды в гору или разгона автомобиля. Чтобы работать эффективно на низкой мощности (и также не создавать много шума), ДВС работает с низкими оборотами. Следующая таблица показывает, какая мощность нужна для перемещения автомобиля на различных скоростях на горизонтальной дороге и приблизительные обороты.

Обратите внимание, что высокая скорость автомобиля и низкие обороты ДВС ставят устройство распределения мощности в интересное положение: генератор MG1 должен теперь вращаться назад, как видно из таблицы. Вращаясь назад, он заставляет сателлиты вращаться вперед. Вращение сателлитов складывается с вращением водила (от ДВС) и заставляет коронную шестерню вращаться намного быстрее. Еще раз отмечу, что различие состоит в том, что в более раннем случае мы были рады с помощью высоких оборотов ДВС получить большую мощность, даже передвигаясь с меньшей скоростью. В новом случае мы хотим, чтобы ДВС остался на низких оборотах, даже если мы разогнались до приличной скорости, чтобы установить более низкое потребление мощности с высокой эффективностью. Мы знаем из раздела про устройства распределения мощности, что генератор MG1 должен проявить обратный крутящий момент на солнечной шестерне. Это как бы точка опоры рычага, с помощью которого ДВС вращает коронную шестерню (а значит, колеса). Без сопротивления MG1 ДВС просто вращал бы MG1 вместо того, чтобы приводить в движение автомобиль. Когда MG1 вращался вперед, было легко видеть, что этот обратный вращающий момент мог создаваться генераторной нагрузкой. Следовательно, электроника инвертора должна была забирать энергию от MG1, и тогда появлялся обратный крутящий момент. Но теперь MG1 вращается назад, и как же нам добиться, чтобы он создавал этот обратный крутящий момент? Хорошо, как мы сделали бы, чтобы MG1 вращался вперед и производил прямой крутящий момент? Если бы работал как мотор! Все наоборот: если MG1 вращается назад, и мы хотим получить крутящий момент в том же самом направлении, MG1 должен быть двигателем и вращаться, используя электроэнергию, поставляемую инвертором. Это начинает выглядеть экзотически. ДВС толкает, MG1 толкает, MG2, что, толкает тоже? Нет никакой механической причины, почему это не может происходить. Это может выглядеть привлекательным с первого взгляда. Два двигателя и ДВС - все одновременно вносят свой вклад в создание движения. Но, мы должны напомнить, что мы попали в эту ситуацию, уменьшая обороты ДВС для эффективности работы. Это не было бы эффективным способом получить большую мощность на колесах; чтобы сделать это, мы должны увеличить обороты ДВС и возвратиться к более ранней ситуации, когда MG1 вращается вперед в режиме генератора. Есть еще одна проблема: мы должны придумать, откуда мы собираемся брать энергию для вращения MG1 в режиме мотора? Из батареи? На некоторое время мы можем сделать это, но вскоре Ьудем вынуждены выйти „ из этого режима, оставшись без заряда батареи для ускорения или подъема на гору. Нет, мы должны получать эту энергию непрерывно, не допуская снижения заряда батареи. Таким образом, мы пришли к заключению, что энергия должна поступать от MG2, который должен работать как генератор. Генератор MG2 производит энергию для мотора MG1? Поскольку и ДВС и MG1 вносят мощность, которая объединена планетарным механизмом, предлагалось название "режим объединения мощности". Однако, идея относительно MG2, производящего энергию для мотора MG1, была в таком противоречии с представлениями людей о работе системы, что появилось название, которое стало общепринятым - "еретический режим". Давайте снова "пробежимся" по нему и изменим точку зрения. ДВС вращает водило сателлитов с низкими оборотами. MG1 вращает солнечную шестерню назад. Это заставляет сателлиты вращаться вперед и добавляет больше вращения коронной шестерне. Коронная шестерня все еще получает только 72% крутящего момента ДВС, но скорость, с которой вращается кольцо, увеличена движением мотора MG1 назад. Вращение короны быстрее позволяет автомобилю ехать быстрее при низких оборотах ДВС. MG2, что невероятно, сопротивляется движению автомобиля как генератор, и производит электричество, которое питает мотор MG1. Автомобиль движется вперед остающимся механическим крутящим моментом от ДВС.

Вы можете определить, что Вы движетесь в таком режиме, если Вы хорошо определяете обороты ДВС на слух. Вы едете вперед на приличной скорости, и можете только едва слышать двигатель. Он может быть полностью замаскирован дорожным шумом. Дисплей Монитор Энергии показывает подачу энергии двигателя ДВС колесам и мотор/генератору, заряжающему батарею. Картинка может меняться - чередуются процессы заряда и разряда батареи на мотор, чтобы крутить колеса. Я интерпретирую это чередование как регулирование генераторной нагрузки MG2 для поддержания постоянной энергии движения.

Благодаря своей экономичности и надежности гибридные автомобили Тойота вызывают огромный интерес у потребителя. Плавный ход и устойчивость на дороге, оказывается, далеко не все достоинства этого японского автомобиля. Отличные ходовые качества машины удивительно сочетаются с экономичным расходом топлива. Работу гибридного автомобиля Тойота Приус обеспечивают два источника мощности: электромотор и двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Давайте попробуем разобраться, каким образом при повышении мощности машина может расходовать бензин на уровне малолитражки. Устройство гибридного автомобиля Тойота Приус состоит из:

• двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
• электромотора;
• планетарного редуктора (делителя мощности);
• генератора;
• инвертора;
• аккумуляторной батареи.

ДВС и электромотор могут работать одновременно, поочередно и дополнять друг друга при необходимости. В гибридном устройстве, крутящий силовой момент на колеса может передаваться от электромотора и ДВС напрямую в различных пропорциях.

Это осуществляется с помощью планетарного редуктора (делителя мощности), который состоит из набора шестерней. Четыре из них присоединены к бензиновому двигателю, а наружная — к электромотору. Еще один сателлит присоединен к генератору, который при необходимости посылает энергию на электромотор или заряжает батарею.

Одним из главных достоинств Приуса можно считать то, что в отличие от электромобилей, для зарядки гибридного автомобиля не требуется подключение к сети питания. Процессор, управляющий всеми действиями машины, подзаряжает при необходимости аккумулятор от ДВС.

Принцип работы гибридного автомобиля

Основная задача инженеров Toyota состояла в том, чтобы создать экономичную машину, которая на трассе не уступала бы мощным «железным коням», но при этом имела бы небольшой расход двигателя. Для этого было использовано сочетание ДВС и электромотора. Чтобы достичь максимальной эффективности, в Тойоте Приус оба источника мощности могут работать отдельно, вместе и параллельно.

Итак, принцип работы гибридного Тойота Приус. Запуск двигателя и разгон автомобиля производится с помощью тягового электромотора. Он вращает внешний сателлит планетарного редуктора и передавая, таким образом, крутящий момент на колеса. Но на аккумуляторе далеко не уедешь. Поэтому, как только автомобиль набрал скорость, в дело включается ДВС.

Совместное использование электромотора и ДВС позволяют добиться максимального КПД (коэффициента полезного действия) всей системы, поскольку. При нажатии на тормоз двигатель внутреннего сгорания отключается и происходит так называемое рекуперативное торможение (вся энергия от сопротивления преобразуется в электрическую), при котором электродвигатель, работая в режиме генератора, заряжает аккумуляторную батарею.

Если автомобилю снова требуется повышенная мощность, например для обгона, вновь включается электромотор, энергии которого вполне хватает для резкого набора скорости. Схемы работы гибридных автомобилей были рассчитаны для увеличения экономичности авто и снижения выброса углекислого газа в атмосферу. При повышении расхода топлива (при нажатии на педаль газа), управляющий компьютер посылает сигнал на делитель мощности и включает электрический источник, что позволяет ДВС работать в режиме без нагрузок.

Toyota обладают уникальной надежностью и гибкостью, поскольку управление движением производится большей частью по проводам, минуя использование сложных узлов и агрегатов. Кстати, в гибриде Тойота Приус генератор выполняет роль стартера, и помогает «раскрутить» ДВС до необходимых 1000 оборотов.

Режим работы двигателя

• Старт. Перемещение при помощи только электрической тяги.
• Движение с постоянной скоростью. В этом случае производится передача крутящего момента на генератор и колеса.
• Генератор, при необходимости, подзаряжает аккумулятор и передает энергию на электромотор. При этом происходит суммирование крутящих моментов обоих тяговых установок.
• Форсированный режим. Электромотор, получая дополнительное питание от генератора, усиливает мощность бензинового двигателя.
• Торможение. Гибрид тормозит большей частью при помощи электродвигателя. Однако при сильном нажатии на педаль, задействуются гидравлические узлы, и торможение происходит обычным способом.

Двигатель (ДВС)

Тип двигателя Тойота гибрид — Hybrid Synergy Drive (гибридный синергетический привод), позволяющий сочетать два источника мощности: ДВС и электромотор. Давайте выясним, какие топливные двигатели устанавливаются на Приус.

В середине 50 годов прошлого столетия инженер Ральф Миллер предложил усовершенствовать идею Джеймса Аткинсона . Суть идеи выражалась в повышении эффективности ДВС путем сокращенного хода сжатия. Именно этот принцип, который теперь часто именуют циклом Миллера/Аткинсона, используется в гибридных двигателях компании Тойота.

Итак, Тойота Приус гибрид, как работает двигатель этого автомобиля. В отличие от других моделей ДВС, процесс сжатия в цилиндре начинается не в момент начала движения поршня вверх, а несколько позже. Поэтому перед закрытием впускных клапанов часть смеси из топлива и воздуха выходит обратно во впускной коллектор, что позволяет увеличить время, в которое используется энергия давления расширяющих газов. Все это обуславливает значительное повышение КПД двигателя, увеличение экономичности агрегата, а также повышает крутящий момент.

Характеристики двигателя:

• Объем — 1794 куб см.
• Мощность (лс/Квт/об мин) — 97 / 73 / 5200.
• Крутящий момент (Нм/об мин) — 142/4000.
• Подача топлива — инжектор.
• Топливо — бензин АИ 95, АИ — 92.

Расход Тойота Приус гибрид на 100 км в городском цикле составляет 3,9 л, по трассе — 3,7 литров.

Электромотор автомобиля Тойота

Конструкция гибридного синергетического привода предусматривает использование тягового электродвигателя. Мощность электромотора Тойота Приус- 56 кВт, 162 Нм. Этот агрегат обеспечивает движение автомобиля со старта и до набора постоянной скорости, включается, когда машина идет на обгон и участвует в торможении. Вся система Тойоты Приус продумана до мельчайших деталей. Зарядка гибридного автомобиля осуществляется в процессе движения, от ДВС через управляющий генератор.

Аккумуляторная батарея

Гибрид оснащен двумя аккумуляторами (основным высоковольтным и вспомогательным), оба находятся в багажнике автомобиля. Основное устройство аккумуляторной батареи автомобиля изготовлено из никель-металл-гидридного сплава и имеет емкость 6,5 А/ч, напряжение 201, 6 В. Этот агрегат имеет собственную систему охлаждения. Внутри высоковольтной батареи находится контроллер, управляющий процессом зарядки каждой ячейки (блока) всего 168 ячеек.

Расход и восстановление энергии аккумулятора контролирует управляющий процессор автомобиля. Аккумуляторная батарея Тойоты Приус не требует подзарядки от электрической сети, этот процесс осуществляется во время движения и торможения (большей частью) транспортного средства.
Вспомогательный аккумулятор: 12 В (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).

Заключение

Несмотря на достаточно высокую стоимость, гибридные автомобили вызывают все больше интереса у покупателей. В сравнении с другими гибрид-автомобилями, Тойота Приус действительно потребляет значительно меньше топлива, и обладает низким уровнем выброса углекислого газа.