Принцип работы Приус: планетарная коробка, электромотор, гибрид

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

Содержание

1. Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус?
2. ДВС
3. Мотор-генератор №1 и №2
4. Планетарная «коробка передач»
5. Описание режимов работы гибридной силовой установки
6. Начало движения с запуском ДВС
7. Старт на электротяге и езда на высокой скорости
8. Запуск ДВС на ходу
9. Задний ход
10. Заключение
11. Видео

Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус?

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

ДВС

2ZR-FXE устанавливают на Приус с кузова XV30

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

Мотор-генератор №1 и №2

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

Планетарная коробка и электромоторы Приус (слева XW20, справа XW30)

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

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

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

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

Планетарная «коробка передач»

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

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

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

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

Описание режимов работы гибридной силовой установки

Заряжаемый Prius Prime

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

начало перемещения с запуском ДВС;

старт на электротяге и движение на высокой скорости;

запуск 2ZR-FXE на ходу;

задний ход.

Начало движения с запуском ДВС

Приус 10

 

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

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

Старт на электротяге и езда на высокой скорости

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

 

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

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

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

Запуск ДВС на ходу

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

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

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

Задний ход

Prius Prime

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

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

Заключение

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

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

Видео

 

Гибридный автомобиль: как работает полный гибрид

Полногибридные автомобили — это автомобили, которые сочетают в себе электрический двигатель с ДВС и могут также двигаться только на электричестве.

Гибридный автомобиль

Под полным гибридом мы подразумеваем гибридный автомобиль, в котором двигатель внутреннего сгорания (ДВС) поддерживается одним или несколькими электродвигателями, которые обеспечивают тягу и восстанавливают энергию при торможении.

Настоящие гибридные автомобили также могут путешествовать в чисто электрическом режиме, при этом расстояние, которое они могут преодолевать с «нулевым уровнем выбросов», зависит от емкости аккумулятора, в отличие от автомобилей, оснащенных системой мягкого гибрида, которые не могут работать только в чистом электрическом режиме.

Самыми успешными и широко распространенными гибридными автомобилями являются Toyota, которая доминировала в рейтинге 10 бестселлеров в последние годы с гибридным Yaris, за которым следуют C-HR, Rav4 и Corolla, а также с новым Yaris Cross.

Toyota Yaris Hybrid

Как это работает?

Как эта полная гибридная система используется в новых гибридных автомобилях? В гибридном автомобиле электродвигатель обычно устанавливается между двигателем внутреннего сгорания и коробкой передач: муфта, расположенная между двумя двигателями, может отключать их, позволяя двигаться только в электрическом режиме.

В некоторых случаях электродвигатель располагается сзади для гибридного полного привода. Он поддерживается аккумуляторной батареей (приблизительно 1-2 кВтч), которая обычно располагается на днище автомобиля.

Гибридная система новых авто Тойота Ярис

Hybrid Plug-in, подключаемый аккумуляторный гибрид

В случае подключаемых гибридных автомобилей батареи можно заряжать, подключив их к электросети с большим количеством хранимой энергии, которая может возрасти примерно до 8-9 кВтч, и это позволяет вам путешествовать с нулевым уровнем выбросов в течение примерно 50 км.

Как заряжать гибридный автомобиль?

В подключаемой гибридной системе Toyota/Lexus двигатель внутреннего сгорания и два электродвигателя соединены планетарной передачей: блок управления, управляющий тягой, регулирует потоки энергии к колесам автомобиля и от них, поэтому нет реальной скорости коробки передач. Во время движения поведение автомобиля аналогично поведению с бесступенчатой трансмиссией CVT.

Как работает полный гибрид?

Тяга автомобиля возлагается на двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель или оба в зависимости от условий движения: если аккумуляторы заряжены, старт происходит в электрическом режиме, который в некоторых системах сохраняется до 30 км/ч. При ускорении два двигателя работают вместе для повышения производительности и эффективности, а при движении накатом или торможении электрическое устройство превращается в генератор, подзаряжая батареи.

Очевидно, что каждый раз, когда автомобиль останавливается, двигатель внутреннего сгорания выключается: в этих автомобилях функция «Start&Stop» более совершенна, чем в других автомобилях, поскольку она не запускает двигатель внутреннего сгорания до тех пор, пока не будет достигнута определенная скорость, как уже упоминалось (30-50 км/ч).

На Toyota/Lexus при необходимости система энерго-регулирования автомобиля может запускать ДВС не на тягу, а на подзарядку аккумуляторов: в этом случае один из двух электродвигателей выступает в роли генератора, а другой заботится о тяге автомобиля.

Пилот может следить за потоками энергии с бортового дисплея, который также дает показания о его «экологическом поведении». Кроме того, можно выбрать стиль вождения, установив систему на максимальную экономичность, производительность или установив передачу с нулевым уровнем выбросов, если это позволяет заряд аккумулятора.

Учитывая потребность в том, чтобы сложная система управления энергией работала почти автономно, полностью гибридные автомобили обычно оснащаются автоматическими коробками передач (двойное сцепление, с гидротрансформатором, вариатором или системой Toyota/Lexus с планетарной передачей).

Опубликовал Сергей Ермилов 31.12.2022 в разделе Тачки, теги: Toyota

Общие сведения о гибридных автомобилях и внедорожниках

16 сент. 2021 г.

• Технология
• Электрификация

Что такое гибридный автомобиль?

Нам всем интересно, как «на самом деле» работает гибридная технология. Но сесть в гибридный автомобиль проще, чем вы думаете! Имея это в виду, давайте углубимся в то, что делает эту технологию такой интересной:

Как работают гибридные автомобили?

В чем разница между автомобилем, работающим на газу, и автомобилем с гибридным приводом?

Вы можете быть удивлены, узнав, что, как и в «обычных» бензиновых автомобилях, гибридных автомобилях и внедорожниках также используется двигатель внутреннего сгорания, который можно заправить на местной заправочной станции.

Двигатель внутреннего сгорания гибридного автомобиля работает точно так же, как и бензиновый. Топливо впрыскивается через камеру сгорания в двигатель, где смешивается с воздухом. Наконец, топливно-воздушная смесь воспламеняется свечой зажигания, создавая мощность для автомобиля.

Основное отличие гибридного автомобиля от внедорожника заключается в том, что помимо двигателя внутреннего сгорания эти транспортные средства также имеют электродвигатель и аккумуляторную батарею в качестве источника питания. Гибридная технология оптимизирует системы автомобиля для использования комбинации электроэнергии и бензина во время вождения. Таким образом, в зависимости от того, в каком режиме вы находитесь, вы можете использовать гораздо меньше топлива и тратить меньше денег на бензин в целом!

Подробнее здесь:   Экономьте на бензине с Toyota

 

Hybrid vs Plug-In Hybrid, в чем разница?

Toyota предлагает различные типы гибридных автомобилей и гибридных внедорожников, наиболее распространенными из которых являются гибридный электромобиль (HEV) и гибридный электромобиль с подключаемым модулем (PHEV).

Заменяя бензин электричеством из сети, автомобили PHEV, такие как Toyota RAV4 Prime , сокращают расход топлива и намного безопаснее для окружающей среды. Однако в различных сегментах модельного ряда Toyota также есть множество различных экономичных гибридных автомобилей и внедорожников, которые не нужно подключать к розетке9.0003

Гибриды Toyota самозаряжающиеся

 

Возможно, вы удивитесь, узнав, что гибридный автомобиль не обязательно подключать к розетке, чтобы зарядить аккумулятор. Из-за процесса, называемого «рекуперативным торможением», который использует переработанную энергию, полученную при торможении, для перезарядки электрической батареи гибридного автомобиля. Последняя Toyota Venza, например, использует рекуперативное торможение для зарядки аккумулятора на ходу.

Между тем, PHEV, такие как Toyota RAV4 Prime и Toyota Prius Prime, можно заряжать, подключая к бытовой розетке на 120 вольт. Подобно стандартным гибридам (HEV), PHEV также имеет режим гибридного автомобиля, в котором мощность бензинового двигателя и гибридной батареи сочетается.

Как зарядить аккумулятор гибридного автомобиля?

Тормозите. .. буквально! Мы уже упоминали, что аккумуляторы гибридных автомобилей заряжаются за счет рекуперативного торможения. В частности, энергия, вырабатываемая вращающимися колесами при торможении, передается обратно в аккумуляторную батарею.

Улавливая часть остаточной энергии, которую транспортное средство вырабатывает при торможении, гибридная технология превращает эту дополнительную энергию в электричество, а затем сохраняет ее в аккумуляторе.

Регенеративное торможение лучше всего работает, когда гибридные автомобили находятся в движении с частыми остановками — представьте себе час пик на шоссе или медленно движущуюся школьную зону, когда вы подбрасываете детей в Highlander Hybrid или новом Sienna Hybrid.

Когда вы часто тормозите, регулярно вырабатывается больше энергии, и у электрической батареи будет достаточно энергии для самоподзарядки. Возможность полагаться на электродвигатель означает, что вы не используете столько топлива, что снижает выбросы и увеличивает экономию газа.

Преимущества гибридных автомобилей и внедорожников

 

Итак, давайте подведем итоги?

Гибридные автомобили сочетают в себе преимущества газовых двигателей и электродвигателей, обеспечивая повышенную топливную экономичность. Используя такие методы, как рекуперативное торможение, гибридные батареи заряжаются сами и не требуют подключения к сети.

Будьте уверены, никаких изменений в поведении при вождении или заправке также не произойдет (если только вы не ищете увеличенный запас хода только на электричестве — где вам идеально подойдет подключаемый гибридный внедорожник Toyota RAV4 Prime или Prius Prime) !

Надеюсь, мы помогли разгадать тайны гибридных технологий, и теперь все не так пугающе и футуристично. Если вы хотите узнать больше о том, какой гибридный автомобиль Toyota подходит именно вам, узнайте больше об электрифицированных моделях Toyota.

Создайте свой гибридный электромобиль сегодня

 

---

Узнайте, что нового

Как работают гибриды — Toyota Hybrid Synergy Drive Technology Details

Компоненты Toyota Hybrid

Бензиновый двигатель

Основным источником энергии для гибридов Toyota остается бензиновый двигатель. Но это не ваши обычные силовые агрегаты. Они созданы для высокой эффективности и низкого уровня выбросов. Гибриды Prius и Camry работают от четырехцилиндрового двигателя с циклом Аткинсона с высокой степенью расширения. Двигатели, работающие по циклу Аткинсона, выжимают оптимальную энергию из сгорания бензина, увеличивая степень расширения и извлекая все до последней капли энергии из газовоздушной смеси. Для большей мощности Highlander Hybrid оснащен двигателем V6 с циклом Отто, который повышает эффективность за счет сжатия топливной смеси перед воспламенением.

Двигатель с электроприводом

Результатом собственных технологий Toyota и работы над полностью электрическими автомобилями стал двигатель с электроприводом, представляющий собой синхронный двигатель переменного тока с постоянными неодимовыми магнитами и ротором, состоящим из пластин из электромагнитной стали, расположенных друг над другом. Поскольку магниты расположены в оптимальной V-образной конфигурации, двигатель обеспечивает высокую мощность и крутящий момент.

Блок управления мощностью

Блок управления мощностью — это мозг гибридной системы, объединяющий мощность газового двигателя и электродвигателя таким образом, чтобы он был бесшовным и достигал высочайшего уровня производительности. Устройство содержит инвертор для преобразования постоянного тока от батареи в переменный ток для запуска электродвигателя и преобразователь постоянного тока в постоянный для получения тока 12 В. Кроме того, высоковольтная силовая цепь устройства повышает напряжение источника питания, что позволяет снизить ток и, следовательно, уменьшить размер инвертора. Больше силы. Меньше места.

Высоковольтная батарея

Гибридный никель-металлогидридный аккумулятор гибридного автомобиля Toyota никогда не нужно подключать к сети. Это связано с тем, что аккумулятор постоянно подзаряжается либо газовым двигателем, либо генератором в крейсерском режиме, или электродвигателем во время замедления и рекуперативного торможения. И последняя батарея была дополнительно улучшена за счет улучшенного материала электродов и новой структуры соединения между элементами батареи. Тесты показывают, что батарея сохраняет работоспособность до 300 000 км без износа.

Генератор

Синхронный генератор переменного тока — это то, что нужно для зарядки аккумулятора и питания мощного электродвигателя привода (или двигателей, в случае Highlander Hybrid) по мере необходимости. Чтобы обеспечить оптимальную мощность двигателя, генератор вращается на высоких скоростях, что увеличивает диапазон оборотов в минуту с обычных максимальных 6500 до колоссальных 10 000 об/мин. Более высокая частота вращения увеличивает подачу мощности в области средних скоростей и улучшает ускорение в диапазоне низких/средних скоростей. В результате вы получаете больше мощности, когда она вам нужна, без дополнительного сжигания топлива.

Планетарная передача (устройство разделения мощности)

Разделяя мощность на два направления: механическое и электрическое, планетарная передача, также известная как «гибридная трансмиссия», может передавать мощность между двигателем, двигателем/генератором и колесами. практически в любой комбинации, какую только можно себе представить. Непосредственно связанный с двигателем вращающийся вал водила планетарной передачи внутри зубчатого механизма способен передавать движущую силу на внешнее зубчатое колесо и внутреннюю солнечную шестерню с помощью шестерен. С другой стороны, вращающийся вал зубчатого венца напрямую связан с двигателем. Он передает тяговое усилие на колеса, а вал вращения солнечной шестерни напрямую связан с генератором. Расскажите о включении передач.

Производительность системы

Запуск

При трогании с места, остановке на перекрестках и светофорах или движении на малых скоростях автомобиль приводится в действие исключительно электродвигателем, получая энергию от гибридной батареи через регулятор мощности единица. Это не только экономит топливо и приводит к нулевым выбросам, но и электродвигатель также помогает процессу ускорения, мгновенно обеспечивая максимальный крутящий момент. Назовите это беспроигрышной ситуацией.

Ускорение

Когда автомобилю необходимо быстро разогнаться, например, чтобы обогнать другой автомобиль на шоссе, двигатель и электродвигатель объединяются, чтобы обеспечить плавное и мощное ускорение. Гибридная батарея вносит свою лепту, обеспечивая дополнительную энергию, необходимую для увеличения мощности привода. Сочетание прямой механической энергии от двигателя и электрической энергии от двигателя вместе с бесступенчатой ​​трансмиссией с электронным управлением (ECVT) обеспечивает быстрое ускорение, когда оно больше всего необходимо.

Круиз

Во время движения и в нормальных условиях движения как бензиновый двигатель, так и электродвигатель подают мощность на колеса. На более высоких скоростях бензиновый двигатель выполняет большую часть работы, а электродвигатель включается, когда это необходимо; на более низких скоростях все наоборот. Мощность двигателя распределяется между колесами и генератором для максимальной эффективности посредством планетарной передачи. Генератор приводит в действие электродвигатель, а также помогает заряжать гибридную батарею от избыточной мощности двигателя. Вот почему она называется системой Hybrid Synergy Drive: все вместе работает плавно, обеспечивая потрясающие результаты.

Замедление/торможение

Для большинства автомобилей торможение означает потерю энергии из-за тепла и трения. Но когда вы убираете ногу с педали акселератора или нажимаете на тормоз гибридного автомобиля Toyota, вы на самом деле помогаете перезарядить аккумулятор и повысить эффективность системы. Благодаря системе рекуперативного торможения кинетическая энергия колес преобразуется в электричество и передается электродвигателем на блок управления мощностью, а затем сохраняется в гибридной батарее. Другими словами, электродвигатель становится генератором, приводимым в движение колесами автомобиля. Эта система особенно эффективна при езде по городу с частыми остановками. Повторно используемая энергия — теперь есть концепция.