Схема двигателя тойота приус

Как устроен гибридный двигатель Тойоты Приус

Гибридный автомобиль Тойота Приус – великолепный образец работы конструкторов из Японии. Работа машины производится посредством функционирования сразу трех разновидностей двигателей, работающих за счет одноосного редуктора. Попробуем разобраться, каким образом устроен и функционирует гибридный двигатель Приуса.

Составные части двигателя

Чтобы разобраться в особенностях функционирования гибридного Приуса, необходимо изучить работу каждого отдельного элемента, входящего в основную систему.

Система Приуса включает такие компоненты:

бензиновый мотор;
инвертор;
электрический двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания, присутствующий под капотом Тойоты Приус, работает посредством цикла Аткинсона. Для его функционирования необходимо топливо, в качестве которого выступает бензин марок АИ-92, 95.

ДВС здесь имеет ряд особенностей:

пониженный уровень токсических выбросов;
экономичность расходования топлива;
высокий КПД.

Планетарная передача обладает всем необходимым функционалом для того чтобы передавать крутящий момент к колесным парам, обеспечивать функционирование мотора-генератора. Все это делает возможным поддержание выработки энергии электродвигателем, поддержания оптимального уровня зарядки аккумулятора, а также работы иных электрических приборов (к примеру, климатической установки).

Моторы генератора

Toyota Prius Hybrid имеет два функционирующих генератора:

Первый используется для того чтобы запустить работу двигателя с бензином, который является стартером. Он дает возможности для работы второго элемента. Кроме того, он вырабатывает необходимый ресурс электрической энергии, которая в последствие, передается аккумулятору.
Второй агрегат необходим для передачи вращательного момента колесам, что осуществляется посредством энергии, полученной из ВВБ.

Электромоторы Приуса работают посредством взаимодействия одного электромагнитного поля с другим. С этой целью в роторе расположены неодимовые магниты достаточного уровня мощности, а обмотка статора создана с применением медных проводников.

Работа оборудования происходит в двух режимах:

Генераторный режим обеспечивает выдачу переменного напряжения в трех фазах из статора. Это напряжение подлежит преобразованию в постоянное, для чего действует конвектор. Переработанная подобным образом энергия, поддерживает работу электрического оборудования, дает нужный заряд аккумуляторной батареи.
Двигательный режим: во время этой работы генератор получает питание в трех фазах, приходящее на обмотку стартера, что приводит к движению ротора. Вся эта работа осуществляется за счет взаимодействия магнитных полей, что приводит к выработке кинетической энергии.

Планетарный механизм КПП

Планетарный механизм отличается сложной конструкцией, которая необходима для обеспечения качественной работы всего оборудования гибрида Приус. Сам редуктор создан таким образом, чтобы бензиновая установка подключалась для запуска генератора, вращения колес. Последний режим можно использовать не ранее, чем будет достигнуто нужное количество оборотов – на уровне 2000 за минуту.

Распределение работы моторов в Приусе происходит следующим образом:

когда автомобиль движется с низкой скоростью, используется электрическая тяга;
чтобы набрать скорость, поддерживать ее на нужном уровне, требуется дополнительный источник энергии, который дает генератор, а работает он посредством двигателя внутреннего сгорания.

Привод колес и ДВС не имеют непосредственной связи между собой.

Работа гибрида

Гибрид Приуса может функционировать в разных режимах. К ним относятся:

Перемещение автомобиля путем запуска бензинового двигателя.
Старт движения с использованием электрической тяги, осуществление движения с высокой скоростью.
Включение на ходу системы 2ZR-FXE.
Осуществление заднего хода.

Запуск ДВС

Запуск этого агрегата необходим в тех случаях, когда заряд батареи является недостаточным для того, чтобы сдвинуть машину с места.

Работа гибрида здесь производится следующим образом:

Мотор осуществляет работу генератора №1, за счет чего производится вращение планетарного механизма. Именно он запускает двигатель внутреннего сгорания.
Далее работает бензиновый двигатель, он приводит к старту мотор-генератора №1. Этот процесс сопровождается переходом этого мотора в генераторный режим. После этого вырабатывается нужный объем электрической энергии, необходимой для заряда батареи аккумулятора, обеспечения работы второго генераторного мотора.
Работа 2ZR-FXE необходима исключительно для того, чтобы обеспечить работу первого генератора. Кроме того, этот процесс поддерживает нужный уровень напряжения в сети электрики Тойоты Приуса.

Взаимосвязь с электрической тягой

Работа гибридной установки Приуса взаимодействует с электротягой. Этот процесс идет в определенной последовательности:

Бензиновый мотор заглушен, водитель начинает движение.
Второй электрический двигатель способствует движению колес, а также первый электромотор. Этот процесс происходит посредством шестеренчатой передачи планетарного механизма, которая возможна благодаря тому объему энергии, который был запасен аккумуляторной батареей. Во время этого процесса постоянное напряжение становится переменным.
Чтобы обеспечить движение Тойоты с высокой скоростью, после достижения нужных оборотов, мотор генератор начинает вращать первый мотор с помощью шестеренок, кратность здесь составляет 2,6 единиц.
Скорость вращения первого электрического мотора уменьшается по отношению ко второму, в 2,6 раз. Для первого двигателя максимальным числом оборотов выступает количество в 6000, набрать их можно при достижении скорости в 64 км/ч.

Работа двигателя во время движения

Процесс работы гибрида таков:

остановка первого мотора генератора (вращается ротор, что изменяет направление потока электромагнитной силы), после этого включается бензиновый двигатель (мотор запускается с помощью снятия крутящего момента с колес машины);
ДВС набирает нужное количество оборотов, при этом, совпадают направления вращения каждого из агрегатов гибрида;
когда число оборотов уравнивается, сила вращения колес распределяется на равномерной основе;
ДВС увеличивает количество оборотов, что ведет к росту энергии, которую выдает второй мотор генератор;
энергия передается для батареи аккумулятора для ее зарядки, поддержания движения автомобиля.

Важно! В Приусе нет прямой связи колесного привода и мотора, вращение колес обеспечивается энергией, возникающей при наличии равного числа оборотов оси двигателя и оборотов колес.

Бензиновый ДВС нужен здесь для работы электрического генератора, что, в свою очередь, обеспечивает поддержание требуемой емкости батареи аккумулятора.

Движение задним ходом

Задний ход Приуса обеспечивает первый мотор генератор. Как это происходит:

когда ДВС заглушен, первый мотор находится в двигательном режиме;
движение второго генератора становится противоположным;
ось планетарного вида фиксируется на одном месте;
крутящий момент передается от первого электрического двигателя ко второму (здесь задействуется шестеренчатая передача);
второй электромотор вращается в обратном направлении, что дает возможность автомобилю двигаться задним ходом.

Если работает бензиновый ДВС, чтобы начать движение задним ходом, нужно повысить количество оборотов первого электрического двигателя относительно ДВС.

Заключение

Гибридная конструкция Приуса дает значительную экономию топлива. Это обеспечивается взаимодействием нескольких факторов:

пуск, остановка бензинового мотора в нужные моменты (применение цикла Аткинсона);
сбор воедино энергии рекуперации, необходимой для торможения автомобиля;
получение бензиновым двигателем адекватной нагрузки, по причине того, что здесь присутствует электрический вариатор;
высокие аэродинамические свойства.

Приус, как работает гибрид?

Японские конструкторы смогли разработать гибридный агрегат для моделей Toyota Prius, использующий полезную работу трех двигателей. Они функционируют благодаря одноосному редуктору. Рассмотрим принцип работы и устройство гибридного двигателя Тойота Приус.

Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус?

Для того чтобы разобраться, как работает гибридный Тойота Приус, понадобится ознакомиться с базовыми компонентами установки. Она включает в себя бензиновый мотор и два мотор-генератора.

Принцип действия ДВС основан на использовании цикла Аткинсона. В качестве топлива допускается использовать бензин марок АИ-92 и АИ-95. Силовой агрегат отличается сниженным уровнем токсичности, экономичным расходом и высоким коэффициентом полезного действия. Функционал планетарной передачи позволяет передавать вращательный момент на колеса автомобиля, а также обеспечивать работу мотор-генератора. Это способствует выработке электрической энергии для поддержания заряда аккумуляторной батареи, функционирования климатической установки и других электроприборов.

Мотор-генератор №1 и №2

Первый предназначен для запуска ДВС, выступая в роли классического стартера. Также он обеспечивает работу мотор генератора №2, при снижении заряда АКБ. Еще одной функцией электродвигателя №1 является выработка электрической энергии для передачи заряда аккумуляторной батареи.

Второй мотор-генератор обеспечивает непосредственную передачу вращательного момента на колеса, беря энергию из ВВБ.

Принцип работы электромоторов Тойота Приус основан на взаимодействии электромагнитных полей. Для этого используются мощные неодимовые магниты в роторе. Обмотка статора состоит из медных проводников. Оборудование может работать в двух режимах:

Генераторный – происходит выдача трехфазного переменного напряжения с выводов статора. Оно преобразуется в постоянное, за счет применения конвертора. В дальнейшем выработанная энергия направляется на поддержание работы электрооборудования и заряд АКБ;

Двигательный – мотор-генератор получает трехфазное питание на обмотку статора, далее начинает вращаться ротор. Это происходит за счет взаимодействия магнитных полей. В результате получается кинетическая энергия.

Планетарная «коробка передач»

Сложная конструкция планетарного механизма обеспечивает качественное функционирование гибридной установки. Редуктор разработан таким образом, чтобы подключать бензиновую установку исключительно для обеспечения работы генератора или вращения колес. При этом последний режим используется только при наборе оптимального числа оборотов 2ZR-FXE. Указанный показатель находится на уровне от 2000 об/мин.

Принцип распределения работы моторов Тойота Приус гибрид, благодаря конструкции планетарного механизма, выглядит следующим образом:

передвижение машины на низких скоростях осуществляется на электротяге;
для обеспечения набора скорости и ее поддержания используется дополнительная энергия от генератора, который двигается с помощью ДВС.

При этом главной чертой планетарного устройства является отсутствие непосредственной связи между бензиновым агрегатом и приводом колес.

Описание режимов работы гибридной силовой установки

В указанном разделе рассмотрим, как работает гибридная установка Тойота Приус в различных режимах. Среди них:

начало перемещения с запуском ДВС;

старт на электротяге и движение на высокой скорости;

запуск 2ZR-FXE на ходу;

Начало движения с запуском ДВС

Данный режим используется при недостаточном заряде АКБ для старта с места Тойота Приус. В этом случае гибрид работает следующим образом:

За счет действия мотор генератора №1 осуществляется вращение планетарного механизма, который запускает двигатель внутреннего сгорания;
Силовой агрегат внутреннего сгорания начинает разгонять мотор-генератор №1, что сопровождается переходом последнего в генераторный режим. Далее происходит выработка требуемого количества электрической энергии для заряда АКБ и обеспечения работы второго мотор генератора;
2ZR-FXEможет работать исключительно для обеспечения работы первого мотор генератора и поддержания требуемого напряжения в электрической сети Тойота Приус.

Старт на электротяге и езда на высокой скорости

Электротяга гибридной установки Toyota Prius работает при старте машины с места в следующей последовательности:

Езда начинается при заглушенном бензиновом агрегате;
Электродвигатель №2 приводит в движение колеса и электромотор №1 через шестеренчатую передачу планетарного механизма. Указанный процесс обеспечивается запасенной энергией аккумуляторной батареи. При этом происходит преобразование напряжения из постоянного в переменное.

Для обеспечения движения Приус на высокой скорости, когда достигаются допустимые обороты электродвигателя №1, используется следующий принцип:

Мотор-генератор №2 посредством шестерен переключается на вращение первого с кратностью 2.6;
Это обеспечивает уменьшение скорости вращения электромотора №1 в 2.6 раз, по отношению ко второму. Максимально допустимое число оборотов для первого электродвигателя составляет шесть тысяч, набираемых при скорости в 64 км/ч.

Запуск ДВС на ходу

Принцип работы гибрида Тойота Приус с запуском 2ZR-FXE в процессе движения выглядит следующим образом:

Бензиновый силовой агрегат включается в момент остановки мотор генератора №1, который тормозится за счет изменения направления электромагнитного потока в противоположную сторону относительно вращения ротора. При этом запуск мотра происходит благодаря снятию вращающегося момента с колес автомобиля;
После набора оборотов двигателем внутреннего сгорания, происходит совпадение направлений вращения всех агрегатов гибридной установки. При равенстве числа оборотов будет наблюдаться равномерное распределение сил на вращение колес;
При увеличении оборотов ДВС, в сравнении с электромотором №2, будет наблюдаться рост вырабатываемой электроэнергии мотор генератором №1. Она распределяется на зарядку АКБ и поддержание дальнейшего движения, за счет передачи энергии на электродвигатель №2.

Из указанного режима функционирования гибрида можно четко проследить, что мотор напрямую не соединен с колесным приводом. Он передает энергию на вращение колес только при равенстве числа оборотов колес и оси двигателя. Базовая задача бензинового агрегата — функционирования электрогенератора. Это позволяет поддерживать требуемую емкость аккумуляторной батареи.

Задний ход

За езду автомобиля Тойота Приус задним ходом отвечает мотор-генератор №1. В момент заглушенной установки внутреннего сгорания, первый электромотор переходит в двигательный режим. Это сопровождается противоположным вращением относительно мотор-генератора №2. При этом планетарная ось фиксируется на месте, а вращающий момент с первого электродвигателя передается ко второму, посредством шестеренчатой передачи планетарного механизма. Происходит вращение электромотора №2 в обратную сторону, что сопровождается движением автомобиля задним ходом.

При запущенном бензиновом агрегате, для передвижения задним ходом необходимо увеличить число оборотов электродвигателя №1 относительно двигателя внутреннего сгорания.

Заключение

Конструкция гибрида Toyota Prius позволяет получить экономию топлива за счет следующих факторов:

Автоматический пуск и остановка бензомотора в требуемые моменты, с использованием цикла Аткинсона для его функционирования;
Сбор энергии рекуперации при торможении;
Эффективная нагрузка бензинового силового агрегата благодаря монтажу электромеханического вариатора;
Отличная аэродинамика.