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!

Гибрид модели Toyota Prius за три ее поколения успели настолько усовершенствовать, что сегодня этот силовой агрегат можно встретить и в ряде более популярных массовых моделях Toyota. Так в чем же конструктивные ноу-хау тойотовского гибрида?

Конструкция

Гибридная силовая установка Toyota Prius представляет собой последовательно-параллельную конструкцию (комбинированная), в которой крутящий момент на колеса может передаваться от двигателя внутреннего сгорания напрямую и от тягового электромотора в любых пропорциях. Для реализации работы по такой схеме в конструкцию силовой установки был внедрен, так называемый, делитель мощности. Это планетарный механизм с четырьмя шестернями-сателлитами. К наружной шестерне этого механизма подключен тяговый электродвигатель. Так же она непосредственно связана с главной передачей, которая передает крутящий момент к межколесному дифференциалу и далее на колеса. Четыре сателлита в этой конструкции подключены к двигателю внутреннего сгорания, т.е. их оси вращаются вокруг оси центральной солнечной шестерни. Последняя, в свою очередь, связана с управляющим мотор-генератором. Чтобы понять, как эта конструкция работает, следует по отдельности рассмотреть режимы ее работы.

Общий принцип работы

Начальный разгон машине обеспечивает тяговый электромотор-генератор MG2. Он вращает внешнюю шестерню планетарной передачи, через которую момент передается на колеса. Когда мощности тягового электромотора становится недостаточно, в работу вступает бензиновый двигатель. При этом он работает в самом экономичном режиме. Вращая шестерни сателлиты, приводятся в действие как наружная шестерня, так и внутренняя, солнечная, которой управляет мотор-генератор MG1. И именно от поведения MG1 зависит на сколько усилие ДВС передастся на колеса, иными словами это называется «формирование передаточного числа трансмиссии».

Так же MG1 отвечает за подзарядку батареи в любом режиме (даже стоя на месте) и за запуск двигателя, что делает систему очень гибкой, вне зависимости от режима эксплуатации. Благодаря этому инженерам Toyota удалось получить универсальную систему распределения крутящего момента, которая максимально оптимально распределяет энергию, полученную при сгорании топлива в ДВС. Эта система так же обладает уникальной механической надежностью, поскольку управление крутящим моментом происходит по проводам, минуя традиционное множество сложнейших механических и гидравлических узлов.

Делая эко-мобиль с очень умной силовой установкой инженеры Toyota серьезно подошли и к выбору двигателя внутреннего сгорания. Он, как и в целом автомобиль, разработан для максимальной экономии топлива. А так как эта характеристика напрямую зависит от коэффициента полезного действия мотора, т.е. от эффективности использования теплоты сгораемого топлива, было принято решение создавать ДВС, работающие по циклу Аткинсона. В данном моторе, в отличии от двигателей, работающих по циклу Отто, сжатие начинается не в начале хода поршня вверх, а чуть позже, поэтому часть топливо-воздушной смеси выталкивается обратно во впускной коллектор. Благодаря этому удается увеличить рабочий ход, чем увеличивают время использования энергии давления расширяющихся газов, т.е. повышают КПД мотора с соответствующим снижением расхода топлива. Цикл Аткинсона в гибридах более актуален по причине работы ДВС в данной конструкции в более узком диапазоне оборотов.

В последнем 4-м поколении Toyota Prius используется 1,8-литровый бензиновый двигатель, мощностью 98 л.с.. В Toyota Yaris Hybrid применен 1,5-литровый двигатель, мощностью 75 л.с., в модели Auris – 1,8-литровый 99-сильный ДВС, и в последней новинке Toyota RAV4 Hybrid использован 2,5-литровый ДВС мощностью 155 л.с. Суммарная мощность силовых установок этих гибридов составляет, соответственно, 122 л.с., 100 л.с., 136 л.с., 197 л.с.

Стоит отметить, что инженеры Toyota продолжают совершенствовать конструкцию ДВС, работающего по циклу Аткинсона. На данный момент уже выпускаются моторы с тепловым КПД (коэффициент полезного действия), который достигает 40%. Ранее этот показатель для данных моторов составлял 38 %, а для ДВС, работающих по циклу Отто – еще меньше. Более высокий коэффициент полезного действия означает более эффективное использование тепла, выделяемого при сгорании топлива. Соответственно, удельная мощность и экономичность новых гибридных агрегатов Toyota стали еще выше.

Кстати, понятие «холостого хода двигателя» у гибридов Тойота отсутствует. Если блок управления запустил мотор, это означает что: либо заряжается батарея, либо прогревается ДВС, либо обогревается салон, либо автомобиль движется.

Электромоторы

В конструкции гибридной силовой установки Toyota используется два электромотора – управляющий мотор-генератор (MG1) и тяговый мотор-генератор (MG2). Мощность тягового электромотора:

Yaris Hybrid – 45 кВт, 169 Нм;

Auris Hybrid – 60 кВт, 207 Нм;

Prius – 56 кВт, 163 Нм;

RAV4 Hybrid – 105 кВт, 270 Нм; задний электромотор – 50 кВт, 139 Нм;

Кстати, управляющий мотор-генератор в данной конструкции выполняет и функцию стартера. Это позволило исключить из конструкции ДВС классический стартер, которые в случае с ДВС, работающими по циклу Аткинсона не могут запускаться на низких оборотах (у обычных ДВС Отто – 250 об/мин). Данный агрегат для запуска нужно «раскрутить» до оборотов не менее 1000, что и делает управляющий мотор-генератор.

/

Электроника

За обеспечение работы гибридной силовой установки Toyota отвечают еще ряд систем. Это преобразователь напряжения (инвертор), 520В / 600В / 650В. В него входит бустер, инвертор преобразователь постоянного тока в постоянный ток 14 вольт (для питания бортовой сети, DC/DC) и жидкостная система охлаждения. Последняя нужна для создания наиболее благоприятных условий работы электроники. Она работает с наибольшей производительностью и наименьшими потерями при комнатной температуре (порядка 20 градусов Цельсия). Поскольку инвертор оборудован мощными каскадами транзисторов – они требуют быстрого отвода тепла. Этого же требуют и электромоторы в трансмиссии. Для этого к инвертору и трансмиссии подведена жидкостная система охлаждения, температурный диапазон которой гораздо ниже, чем нормальный температурный диапазон двигателя внутреннего сгорания.

Одним из самых актуальных технологических направлений в мировом автопроме является внедрение «зеленых» технологий. Даже эффективные системы безопасности и ультрасовременные электронные ассистенты меркнут на фоне преимуществ, которые открывают электрические и гибридные концепты. И дело не только в минимизации уровня загрязнений окружающей среды. Отказ или, по крайней мере, сокращение потребления традиционного топлива выгодно и для самих автолюбителей, которые могут рассчитывать на значительную экономию. Правда, слово «экономия» пока еще неохотно сочетается с ценами на энергосберегающие модели. Большинство предложений этого класса доступны российскому потребителю за 2-3 млн руб. В этом контексте весьма привлекателен выбор такого автомобиля, как «Тойота-Приус-Гибрид», фото которого представлено ниже.

Модель предлагается с начальным ценником 1,2 млн руб. Конечно, и такую стоимость нельзя назвать доступной массовому автолюбителю, но сокращение топливного расхода при долгосрочной эксплуатации оправдает вложения. Тем более что покупатель получает не просто модель с необычной силовой установкой, а качественный японский автомобиль с намеком на премиальность.

Общие сведения о модели

Мода на гибридные модели и электрокары у производителей возникла в начале 2000-х годов. Конечно, некоторые разработки в этой области существовали и раньше, но их реальное воплощение в концептах произошло только в последние 15 лет. В свою очередь, японский производитель стал одним из первопроходцев в сегменте, выпустив гибридную модель еще в 1997 г. Впрочем, на мировом рынке автомобиль появился лишь через три года. При этом было сохранено то же устройство - «Тойота-Приус-Гибрид» 2000 г. под капотом содержит четыре компонента: традиционный ДВС, электромотор, высоковольтную батарею и мотор-генератор. Как видно, модель сочетает элементы от разных конфигураций силовой установки, включая и классический двигатель внутреннего сгорания, и батарею.

В плане внешности автомобиль можно отнести к гольф-классу. Хотя крупные производители стремятся снабжать гибридными установками исключительно дорогостоящие люксовые версии, японцы предпочли близкий для широкого потребителя класс. Собственно, этим и обусловлена сравнительно доступная цена на авто «Тойота-Приус-Гибрид», отзывы владельцев о котором весьма благосклонны применительно к версии за 1,2 млн руб., но они отмечают и богатство опционального оснащения в более дорогих версиях за 2 млн руб.

Принцип работы базовой версии

Инженеры предлагают два подхода к реализации гибридной конструкции. В первом варианте движение и управление машиной обеспечиваются электромотором, а ДВС лишь снабжает батарею. Второй вариант предусматривает возможность равноценного использования обоих генераторов. Два первых поколения показали возможность и эффективность совмещения обеих концепций. Для понимания, как работает «Тойота-Приус-Гибрид» в классическом исполнении, стоит рассмотреть силовую установку Synergy Drive. Комплекс включает бензиновый ДВС на 78 л. с. и работающий от батареи электродвигатель на 68 л. с. В совокупности это обеспечивает максимальную отдачу. Управлять таким потенциалом можно с помощью четырех режимов. В момент запуска установка ДВС отключается, и функцию основного привода машины берет на себя электромотор. По мере нарастания мощности ситуация меняется: активность аккумулятора понижается, и в дело вступает бензиновый агрегат.

Принцип работы третьего поколения

Несмотря на прибавку мощности, третья генерация модели отличилась высоким уровнем топливной экономичности. Версия получила 1,8-литровую «четверку», схема которой базируется на цикле Аткинсона. Как и предполагает изначальное устройство, «Тойота-Приус-Гибрид» также получила батарею, которая задействуется по мере необходимости. К особенностям третьего поколения также стоит отнести применение электрического насоса для охлаждения и улучшенной системы обеспечения рециркуляции выхлопа. Что касается режимов езды, то в данном случае предполагается три способа. Первый режим (EV) рассчитан на движение в низком скоростном диапазоне с подключением аккумулятора. Далее следует усиленный режим, позволяющий увеличивать чувствительность акселератора для спортивного характера езды. Самым же экономичным является Eco Mode, при котором достигается наиболее рациональное соотношение затрачиваемой энергии и силовых запросов автомобиля в процессе движения.

Технические параметры модели

При всех особенностях внутренней начинки платформа и основная конструкция автомобиля выполнены по традиционной схеме. При этом экстерьер выглядит довольно необычно, что, в свою очередь, придает еще одну изюминку автомобилю «Тойота-Приус-Гибрид». Технические характеристики модели выглядят так:

• Кузов гибрида - хэтчбек 5-дверный.
• Длина - 445 см.
• Ширина - 172,5 см.
• Высота - 149 см.
• Объем багажного отсека - минимум 408 л.
• Колесная база - 270 см.
• Колея задняя - 148 см.
• Передняя колея - 150,5 см.
• Клиренс - 14,5 см.
• Подвеска - пружинная независимая в передней части и полунезависимая сзади.
• Коробка передач - прямая планетарная.
• Тормоза - дисковые.

Характеристики батареи

Производитель использует аккумуляторы от компаний NiMH и Panasonic, на которые дается 8 лет гарантии. Собственно, благодаря этим элементам и обеспечивается экономичность модификации авто «Тойота-Приус-Гибрид». Технические характеристики используемых батарей выглядят следующим образом:

• Емкость - от 6 до 21 А*ч.
• Время на выполнение полной зарядки - 90 мин.
• Масса - от 45 до 80 кг, в зависимости от версии.
• Количество модулей в батарее - от 28 до 40.
• Количество сегментов в модуле - 6.
• Напряжение в сегменте - 1,2 В.
• Суммарное напряжение - от 206 до 288 В.
• Запасная энергия аккумулятора - максимум 4,4 кВт*ч.

Технологические особенности эксплуатации

В представлении большинства автомобилистов главным отличием гибридных моделей является их экономичность. Тем не менее есть и другие нюансы эксплуатации, которыми обладает «Тойота-Приус-Гибрид». Принцип работы, в частности, обуславливает довольно высокий уровень автоматизации управления, к чему следует быть готовым. Например, бортовой компьютер самостоятельно регулирует параметры работы двигателя, обеспечивая таким образом оптимальные показатели заряда батареи. Так, в момент остановки автомобиля система активизирует рекуперативное торможение, благодаря которому аккумулятор подзаряжается автоматически.

Предлагаются и другие полезные решения, среди которых датчик контроля дистанции, автоматическое натяжение ремней безопасности, настройка сидений и оптимальная подгонка чувствительности педали в машине «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев высоко оценивают и работу интеллектуальных помощников, которые позволяют без труда парковаться, использовать камеру заднего вида.

Расход топлива

Даже на фоне других представителей гибридного сегмента японская модель демонстрирует неплохие показатели экономии. В городе машина в базовом исполнении потребляет около 8 л, а за городом и того меньше - 5,5 л. Кроме того, в показателях выброса вредных веществ используемые японцами двигатели значительно превосходят нормативы «Евро-4». При этом у третьего поколения еще меньше расход топлива. «Тойота-Приус-Гибрид» в этом исполнении при движении по городу демонстрирует потребление на уровне 4,9 л, а на трассе - 4,6 л. Такое достижение стало возможным не только благодаря силовой установке. Чтобы покрыть от возросшей мощности двигателя, инженеры использовали сверхпрочные алюминиевые сплавы в конструкции. Это позволило снизить массу гибрида, которая составляет 1,5 т.

Динамические показатели

Широкому распространению «зеленых» технологий в автомобилестроении препятствуют два фактора, сдерживающие спрос. В их числе, как уже отмечалось, цена, а также скромные скоростные показатели. Однако японский производитель смог избавиться от этих недостатков, о чем свидетельствует динамическая характеристика: «Тойота-Приус-Гибрид» отличается приличной максимальной скоростью - 170 км/ч и неплохим разгоном - до 100 км/ч «китаец» ускоряется за 11 секунд.

Отчасти столь высокие показатели гибрида обусловлены легкой конструкцией, но не стоит исключать и влияние технологических особенностей модели. К примеру, тяговитый электромотор обеспечивает быструю реакцию, а отсутствие традиционной КПП позволяет оптимизировать взаимодействие между водителем и силовой установкой. Также не стоит забывать об электронных системах, которыми дополняется паркетник для авто «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев говорят о практической пользе ассистентов в процессе движения. Они не только способствуют повышению безопасности, но и облегчают управление гибридом.

Планы по дальнейшему развитию гибрида

В разработке новых модификаций компания ориентируется на несколько направлений. Наиболее важным на данный момент является улучшение модели. Работой над этой частью занимаются дизайнеры, которые проектируют экстерьер. В первых поколениях создателям удалось достичь значительного результата в виде снижения коэффициента аэродинамического сопротивления, который на сегодняшний день оптимален у модели «Тойота-Приус-Гибрид». Принцип работы на основе альтернативных источников питания также будет развиваться, в том числе за счет солнечных батарей. Инженеры активно занимаются проектированием способов их установки на крышу. Как предполагается, за счет этого элемента автомобиль сможет обеспечивать работу системы климат-контроля.

Положительные отзывы владельцев

Большинство положительных отзывов о модели обусловлено достоинствами, которые обеспечила силовая установка. По сравнению с традиционными бензиновыми машинами этот автомобиль гораздо экономнее в эксплуатации. И дело не только в снижении расходов на топливо для такой пятидверки, как «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев свидетельствуют, что модель не так часто требует замены масла, а также избавляет от ремонта стартера и генератора, которые просто отсутствуют под капотом. Помимо этого, отмечаются достоинства автомобиля в плане оснащения новейшими опциональными устройствами.

Стоит отметить и преимущества автомобиля с точки зрения эксплуатации в России. Что особенно приятно для отечественного автовладельца: даже сильные морозы не оказывают влияния на работоспособность кроссовера «Тойота-Приус-Гибрид». Отзывы владельцев зимой подтверждают, что машина без проблем заводится и требует только подогрева салона для комфортной поездки.

Негативные отзывы

Конечно, высокая стоимость многих отталкивает от такой покупки. Хотя на фоне других гибридов этот вариант можно назвать самым доступным, все же этот автомобиль дороже бензиновых аналогов. Есть и критика относительно проблем утилизации отработавших аккумуляторов гибрида, но эти проблемы в большей степени волнуют экологические организации, а не владельцев автомобилей.

Заключение

На российском рынке нет моделей в сегменте «зеленых» автомобилей, которые смогли бы составить полноценную конкуренцию японской разработке. Недаром отзывы на «Тойоту-Приус-Гибрид» в массе своей носят положительные оттенки. Автомобиль отличается экономией в эксплуатации и техобслуживании, но при этом обеспечивает практически все функциональные возможности, которыми располагают привычные бензиновые модели. Разумеется, при покупке придется готовить большую сумму денег, но гибрид при длительной эксплуатации себя непременно окупит. Новые технологии стоят дорого, однако пользу от перехода на более совершенные средства передвижения сложно переоценить.

"Но потому он и Дальний Восток, Что - далеко на востоке...". Высоцкий В.С.

Почему "правый руль" ?

Родился и живу я на Дальнем Востоке в городе Хабаровске, водительский стаж - более 15 лет. В силу сложившейся местной специфики последних десятилетий, владел исключительно "праворульными" автомобилями японского происхождения. Ни для кого не секрет, что по самым скромным подсчетам 7 легковых автомобилей из 10 на Дальнем Востоке, являются автомобилями с пробегом, ввезенными из Японии. Наверняка жители страны восходящего солнца, приезжая в Хабаровск, испытывают гордость за свой автопром и ощущают ностальгию по минувшим временам, поскольку видят, как уверенно топчут наши "идеально ровные дороги" японские авто выпуска с начала 90-х годов прошлого века. Немалое влияние на местный автомобильный рынок оказывает удаленность от центра Российского автопрома в лице его величества АВТОВАЗа и еще большая удаленность от автомобильных рынков Европы и США. В последнее время ситуация немного меняется в пользу покупки дальневосточниками новых автомобилей из дилерских центров, которых открылось в нашем городе уже немало, однако в целом простому обывателю с весьма и весьма средним доходом, до недавних событий с "прыжками" валют, все еще проще и выгоднее было купить японский автомобиль с пробегом. На момент написания данной статьи японский автомобиль с правым рулем все еще остается у нас эталоном качества и наиболее ликвидным товаром на вторичном рынке.

Личный опыт владения японскими автомобилями у меня исключительно положительный. При эксплуатации последних двух "японцев": Honda Fit (2002 год выпуска) - 3 года, поменял только правую заднюю ступицу; Toyota Corolla Fielder (2006 год выпуска) - 5 лет вообще без поломок, хотя нет, на момент продажи перегорела лампа в правом переднем габарите, средний пробег составил по 10 000 км в год. Все. Какие-либо "детские болезни" отсутствовали как класс.

Почему Toyota Prius?

Как человек, интересующийся современной техникой, старающийся следить за развитием технического прогресса, в том числе и в автомобильной отрасли, я с интересом следил за сообщениями в прессе о выходе первого гибридного автомобиля в Японии. Личное знакомство с Toyota Prius в первые состоялось в 2004 году. Мой коллега и товарищ по работе купил себе эту "диковинку инженерной мысли" - Toyota Prius в "10-м кузове" 1999 года выпуска. Как он сам утверждал, этот Prius на тот момент был "второй в городе". Поскольку работали с товарищем "бок о бок", то я был в курсе эксплуатации гибрида от момента его приобретения до самой продажи. Сказать, что автомобиль эксплуатировался активно - это ничего не сказать. Prius реально пахал "за себя и за того парня", при этом накручивая по 40 000 километров в год, без серьезных поломок отработал 5 лет и был продан новому счастливому владельцу, оставив после себя только хорошие воспоминания. Потом по городу "побежали" гибридные 20-ки, уже хэтчбэки, приобретшие ныне узнаваемый облик. Шло время, появились первые статьи в прессе о выпуске еще более продвинутой 30-ки, оснащенной 1.8-литровым двигателем. Впервые увидев 30-ку вживую, сразу отметил её красивую, выразительную, запоминающуюся внешность, впитавшую в себя черты предыдущего "кузова". В прессе мелькали обзоры, рейтинги, выводы экспертов, в том числе и европейских, о признании Приусa самым надежным автомобилем с пробегом. Время шло, автомобиль прочно занял свое место в моей жизни. Исполняя прихоти хозяина, четырехколесный друг взамен требовал всегда немного: своевременной замены "расходников" и регулярной заправки хорошим топливом, цена на которое с течением времени медленно и неумолимо росла. Сначала с "голубых экранов" нам разъясняли, что цена на бензин растет потому, что мировые цены на нефть падают. Потом ценники на бензоколонках переписывались в сторону увеличения уже по причине роста мировых цен на нефть.

Совсем недавно круг замкнулся. Стоимость нефти упала... или нет, лучше так - УПАЛА!!!, а "нефтяные магнаты" привычным жестом прибавили к стоимости своего продукта еще 25 копеек. Получается, что бы в стране и мире ни происходило, одно остается неизменным - рост цены на топливо. Если 10 лет назад я на 1000 рублей заправлял в бак 40 литров 95-го бензина, то теперь на те же деньги не выходит и 27 литров. В 2011 году я сменил место работы, увеличив тем самым ежедневный пробег автомобиля почти в 10 раз, и мысль о приобретении более экономичного транспортного средства стала посещать меня еще чаще. На фоне этого служивший верой и правдой Fielder начал намекать, что скоро придется вкладывать деньги в его ремонт, поскольку качество качеством, а ничего вечного не бывает. Привычке менять автомобиль до получения рейтинга "постоянный клиент автосервиса" я изменять не стал и принял решение о продаже этого и покупке другого "железного коня", обязательно более нового по году выпуска, обязательно более экономичного по расходу топлива и желательно не ниже классом. Появилась очередная возможность осуществить свою давнюю мечту - взять новый автомобиль из салона. Денежный баланс "подбит", начался поиск. Посетив десяток салонов и дилерских центров, перерыв интернет, прикинув максимально допустимые расходы на новое авто, возможность продажи транспортного средства по завершению периода его эксплуатации с учетом специфики местного рынка, расходы при эксплуатации, учтя неизбежный рост топлива, заложив гипотетическую возможность падения своих доходов, внешний вид и техническую начинку представленных на рынке "продуктов", на выходе был получен один-единственный вариант, при полном разгроме конкурентов - Toyota Prius, правый руль, с пробегом только по Японии. Мечте о покупке нового автомобиля суждено было оставаться мечтой и дальше. Prius - единственный автомобиль, попавший в мое поле зрения, который соответствовал предъявляемым мной к транспортному средству требованиям. Не подвергаемая сомнению экономичность, проверенная временем надежность, заложенная с запасом на будущее технологичность и абсолютная ликвидность на местном рынке - все это присутствовало в Toyota Prius с избытком. Помимо этого, автомобиль с пробегом не так стремительно теряет свою стоимость с течением времени, как новый. Задумано, сказано, сделано – фирма, занимающаяся доставкой , аукцион, торги, начало "сумасшедших скачек" валюты, подъем первоначально планируемой суммы на 50 000 рублей, покупка автомобиля. От мысли до обладания автомобилем прошло чуть более двух месяцев.

Что я получил - Toyota Prius, 2011 год выпуска, комплектация S-LED, пробег 79300 километров, кузов с оценкой 4.5, салон "B". Переводя с на русский язык - "не бит не крашен, в салоне картошку не возили, совсем как новый".

Первые впечатления о Toyota Prius.

Вот он желанный, красавчик, как новый, все блестит, состояние нового автомобиля, положительные эмоции на пределе! В первый раз сажусь за руль Prius`a: непривычное отсутствие замка зажигания, нажимаю кнопку "Power", на приборной панели загорается и гаснет "Welcome to Prius" уступая место индикаторам потоков энергии, справа зажигается огонек "READY". Переключаю "джойстик" передач - ДВС молчит. Легкое нажатие на педаль газа, бесшумная работа силовой установки, шелест колес по бетонке сервиса сменяющийся хрустом свежевыпавшего снега на улице. Я управляю Toyota Prius! Тут же бросается в глаза мигающий датчик остатка топлива в баке, эйфория от радости покупки моментально сменяется тревожным чувством предстоящих проблем связанных с отсутствием топлива, а в воспоминаниях всплывают повествования форумов о том, что Prius, несмотря на возможность езды на электродвигателе, за отсутствие топлива в баке "переживает" не меньше чем свои негибридные собратья, а может даже еще и больше. "Масла в огонь" подливал датчик возможного пробега на остатке топлива, который уверенно показывал мне ноль километров. Обошлось, доехал до ближайшей заправки 500 метров без приключений. Залил в бак на 1000 рублей около 27 уже упомянутых выше литров бензина. Датчик, ранее сигнализировавший мне, что на остатке топлива я проеду ноль километров, теперь "не моргнув глазом" показывал тысячу с чем то километров. Ох ничего себе, пронеслось у меня в голове, какая экономичность! Но тут же разум дал команду, что японец еще не понял, куда попал, и по привычке строил свой прогноз по ранее "намотанным на одометр японским километрам". В то же время у нас в Хабаровске начало декабря, температура за бортом - 25 и последствия сильнейшего за последние 50 лет снегопада, показавшего коммунальным службам города настоящую "Кузькину мать". По мере адаптации автомобиля к местным реалиям - дорогам и погодным условиям - бортовой компьютер корректировал цифру возможного пробега и, в целом, перестал врать после пятой или шестой заправки. Первый день эксплуатации автомобиля показал, что разговоры о "максимум 10 литрах бензина на сотню зимой" не соответствуют действительности! При вечерней постановке в гараж приборы бортового компьютера автомобиля показывали расход топлива 12,5 литров на 100 километров! В тот день город переживал последствия сильнейшего снегопада и таких "хороших" пробок на дорогах я не видел ни разу. При пробеге в 67 километров средняя скорость, согласно показаниям бортового компьютера, составила 9,5 километров в час! Такому расходу способствовало еще и то, что я еще не умел пользоваться гибридом. Да-да, при определенном опыте в эксплуатации Приуса на нем можно двигаться еще более экономично. В общем, мой личный рекорд расхода топлива был установлен именно в первый день активной эксплуатации. По ходовым качествам Prius сильно напоминал Toyota Corolla. Диодный свет фар выше всяких похвал, на голову выше родного "королловского" ксенона. Эргономика салона - без нареканий. Некоторые технические решения, например, такие, как точечная диодная подсветка центральной консоли, просто поражали элегантностью и простотой исполнения. Электроника, отвечающая за ходовые качества, оправдывала свое наличие при малейшем намеке на отсутствие сцепления колес автомобиля с дорогой. Там, где на прежнем автомобиле, стоя на накатанном снежном подъеме, мне пришлось бы буксовать, Prius уверенно поднимался под хитрое потрескивание "антиюза" и "антибукса" из подкапотного пространства, подмигивая соответствующей "иконкой" на приборной панели. Вместо рычага переключения передач - "джойстик", для переключения которого достаточно усилия одного пальца руки.

Единственное, что сразу не понравилось и потребовало переучивания, так это то, что нельзя просто так взять и нажать "бибикалку" на ступице руля большим пальцем руки, как я это делал на Fielder`е. Здесь это простое и уже естественное для меня движение руки оказалось "зарезервировано" для управления многофункциональными кнопками расположенными на руле.

Особенности эксплуатации Toyota Prius

Пересев из обычного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания в гибрид Toyota Prius, к некоторым вещам следует привыкать заново, а кое-что - переосмысливать вновь. Prius всегда дает водителю возможность выбора. Желаешь экономить топливо - двигайся не спеша, размеренно, часто используя электродвигатель ("ECO mode" – режим максимальной экономии топлива). Хочешь "уйти" со светофора первым с пробуксовкой колес - включай режим "POWER mode" (режим максимальной отдачи всей силовой установки). Мечтаешь прикоснуться к будущему - прокатись на электротяге принудительно, заглушив ДВС одним нажатием кнопки (режим EV). А еще можно вообще забыть о том, что управляешь гибридным автомобилем, не пользоваться дополнительными режимами, при этом автомобиль все равно будет двигаться экономично. Отдельной строкой стоит упомянуть, что ни в одном автомобиле я не видел такого повышенного мониторинга расхода топлива, как в Toyota Prius, где приборы стремятся показать водителю, как меняется расход бензина в зависимости от его манеры езды. Индикатор мгновенного расхода топлива в режиме реального времени показывает, сколько километров на литре проедет автомобиль в текущем ритме движения. Придавил на педальку - получите 10 километров на литре, ослабил педальку - 20, отпустил совсем - 40 (когда показывает 40 км/л, то ДВС не работает). Сделал сброс одометра - получите расход топлива за текущую сессию с момента "включения" автомобиля. Желаешь посмотреть как ты расходовал топливо ближайшие 15 - 30 минут, сколько при этом было получено энергии путем рекуперации - пожалуйста. Индикатор гибридной системы отображает рекуперацию энергии, силу нажатия на педаль газа, экологичное движение, текущий заряд батареи. Разбивка по цветам "полоски" силы нажатия на педаль газа позволяет управлять гибридной системой автомобиля. Сбрасывая газ - выключать ДВС, "поднимая" полоску и не "загоняя" её во вторую половину индикатора - двигаться, используя только электродвигатель. Слегка выйти за границы первой, светло-зеленой половины "полосы" в темно-зеленую, тем самым запустить ДВС, начать подзарядку батареи, отключив электродвигатель от подачи энергии для движения, плавно вернуть "полоску", не сбрасывая газ в светло-зеленую область - двигаться на ДВС и батарее, при этом заряжая ее.

Об экономии

Стоимость гибридного автомобиля действительно выше аналогичного по классу авто. В то же время, стоимость гибрида с пробегом уже несколько ниже и в целом является равной стоимости нового классического автомобиля с ДВС из салона. И, говоря об экономии, я остановлюсь не только на бензине. Prius экономит время. Неожиданно, правда? Об этом мало кто задумывается, но факт остается фактом. Покупая надежный автомобиль, мы реже будем решать проблемы, связанные с его обслуживанием и ремонтом. Покупая экономичный автомобиль, мы реже будем заезжать на автомобильную заправочную станцию. С начала эксплуатации автомобиля при температуре -25, с приходом весны и плюсовых температур расход заметно снизился. Причем это происходило буквально на глазах - с каждым миллиметром повышения столбика термометра расход падал. Если в при отрицательной температуре хорошо было иметь расход бензина 6,5 литров на 100 километров, то теперь я часто вижу на расходомере 5 литров на сотню! Причем такой расход достигается без контроля своих действий и поведения на дороге, в обычном ритме движения. Когда начинаешь задумываться о расходе топлива, сверять свою манеру езды с показаниями приборов, стараясь повысить экономичность движения, то результат не заставляет себя ждать. Мой лучший текущий результат расхода топлива - 3,7 литра на 100 километров, и я не сомневаюсь в том, что этот результат будет улучшен. Глядя на разнообразие выводимой Prius`ом информации о расходе топлива, невозможно не ввязаться в игру под названием "спорим, сегодня я потрачу меньше бензина", Prius дает такую возможность. Субъективно экономия Toyota Prius, в отличии от Toyota Corolla Fielder объемом 1,5 литра, в зимнее время года составляет не менее 30%, в летнее время - не менее 50%. При абсолютно равных эксплуатационных условиях. Не могу не отметить, что большинство подсчетов предстоящих расходов на топливо ведется без учета динамики роста цен, что лично я считаю неправильным. Посчитав предстоящие расходы с учетом прогнозируемого роста цен на бензин, мы получим уже совсем другие цифры.

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.