Как устроен гибридный автомобиль? На примере Toyota Prius

Будущее марки Тойота – это гибридные автомобили. Пока электромобили не совершенны и передвигаются без подзарядки максимум до 150 км. Аккумуляторные батареи гибридных автомобилей получают подзарядку от ДВС, обеспечивая комфорт и экономичность при езде на любые расстояния.

Устройство гибридного автомобиля

Устройство гибридного автомобиля (например, Тойота Приус) основано на последовательно-параллельно схеме. У таких транспортных средств крутящий момент на колеса может подаваться и от мотора, и от мотора-генератора. При этом величина мощности агрегатов варьируется в зависимости от степени заряда и возможностей мотора.

Основу конструкции составляют двигатель внутреннего сгорания, электромотор, два генератора и делитель мощности. Последнее устройство позволяет трогаться и осуществлять движение на малых скоростях исключительно на электромоторе. ДВС в этот момент будет обеспечивать только работу генератора.

Зарядка гибридного автомобиля осуществляется посредством отдельного генератора, поэтому электрический мотор-генератор используется только для привода ведущих колес. Во время высоких нагрузок, таких как подъем в гору или езда на высокой скорости в работу активно подключается бензиновый мотор. Делитель мощности контролирует передачу от крутящего момента ДВС на колеса, перераспределяя часть ее для заряда АКБ и генератора.

Принцип работы гибридного автомобиля

Принцип работы гибридного автомобиля (например, Тойота Приус) состоит в следующем: старт, первоначальный разгон и езду на малых оборотах обеспечивает электрический мотор-генератор, при повышенных нагрузках подключается бензиновый мотор. Компьютер регулирует его работу так, чтобы были обеспечены самые высокие показатели экономичности.

Шестерня делителя мощности, передающая крутящий момент на ведущие колеса, вращается посредством электромотора. Основной принцип действия гибридного автомобиля заключается в формировании передаточного числа трансмиссии делителем мощности, именно он распределяет уровень включенности в работу каждого из моторов.

Такая схема гибридного автомобиля называется последовательно-параллельной. Она соединила все преимущества последовательно и параллельной схем. В итоге инженеры японского автоконцерна смогли создать максимально надежный агрегат, ведь управление крутящим моментом происходит при помощи электроники, исключая участие множественных механических узлов и механизмов.

Рекуперативная система торможения также передает кинетическую энергию на генератор, восполняя запас аккумулятора. Для экстренного торможения применяется обычная фрикционная тормозная система.

Двигатель (ДВС) гибридного автомобиля

Мотор авто, работающего по принципу гибрида, в первую очередь основывается на принципе экономичности. Для Тойота Приус инженеры компании Toyota смогли выпустить агрегат в 1,8 литров мощностью 98 лошадиных сил. Теперь расход Тойота Приус гибрид составляет примерно 4,5 литра на 100 км (5 литров по городу и 3,9 литра по трассе). В холодное время года вне зависимости от режима езды потребление топлива увеличивается в среднем на 2 литра на 100 км. Для заправки завод-изготовитель рекомендует использовать бензин марки АИ-95.

Стоит отметить, что разогнать машину до сотни получится чуть боле, чем за 10 секунд. При этом максимальная скорость авто составит 180 км/ч.

Тип двигателя Тойота гибрид подбирался с точки зрения максимального коэффициента полезного действия. У современных гибридов он составляет 40%. Такие показатели позволило получить использование мотора, работающего по циклу Аткинсона. Основная особенность такого бензинового мотора состоит в том, что сжатие топлива запаздывает за ходом поршня. Оно запускается несколько позже начала движения поршня в верхнюю часть гильзы. Благодаря такой уловке некоторое количество топливно-воздушной смеси возвращается во впускной коллектор.

Данный тип ДВС дал современному мотору Toyota Prius следующие преимущества:

• увеличение рабочего хода поршня;
• повышение КПД;
• уменьшение расхода топлива;
• оптимально подходящая конструкция для работы в узком диапазоне оборотов коленчатого вала;
• 122 лошадиных силы суммарной мощности движущей установки.

Электромотор автомобиля Тойота

В Toyota Prius имеется два электромотора: управляющий и тяговый моторы-генераторы. Оба движка питает АКБ.
Тяговый мотор-генератор обеспечивает авто запуск и первоначальный разгон. Управляющий мотор-генератор отвечает за зарядку гибридного автомобиля, а также выполняет функции стартера.

Как правило, по городу в режиме «старт/стоп» Toyota Prius перемещается исключительно за счет электрической установки.

Мощность электромотора Тойота Приус определяется следующими характеристиками:

Последние модели Prius получили возможность заряжаться и от электрической розетки, что позволило сделать их еще экономичнее. Минус один – полная зарядка аккумулятора составит 6 часов, поэтому пока использование транспортного средства без участия двигателя внутреннего сгорания неудобно для поездок на дальние расстояния.

На борту Тойота Приус аккумуляторных батарей две:

1. Вспомогательная аккумуляторная батарея автомобиля емкостью 45 А/ч.

2. Основная никель-металлгидридная высоковольтная аккумуляторная батарея емкостью 6,5 А/ч и напряжением 201,6 В, состоящая из 168 ячеек.

Особенность устройства основной аккумуляторной батареи автомобиля состоит в том, что они оснащены собственной системой охлаждения.

В свое время Тойота Приус была первопроходцем среди автомобилей гибридов. Сегодня установки типа hybrid удалось усовершенствовать так, что они стали устанавливаться и на другие более массовые модели Toyota, тем не менее Prius заслуженно входит в . Популярность подобной схемы мотора можно объяснить ее экологичностью, экономичностью и надежностью, проверенной годами.

Принцип работы тойота приус

Toyota Prius Батарейка с моторчиком

Двигатель и коробка Приуса

Трансмиссия Приуса

Двигатель и коробка Приуса

Toyota Prius — это полноценный гибридный автомобиль с фирменной технологией Hybrid Synergy Drive.

Среди основных особенностей автомобиля — высокая экологичность (с запасом покрывает требования Евро-5) и экономичность (расход в смешанном цикле менее 5 литров/100 км).

Гибридная силовая установка

Под капотом находится бензиновый двигатель объемом 1,8 литра (в прошлом поколении использовался мотор с объемом 1,5 л), два мотор-генератора, планетарная передача и инвертор.

Аккумуляторная батарея располагается за спинками задних сидений, под полом багажного отделения.

Бензиновый двигатель работает по цикла Аткинсона.

В реальности используется упрощенный аналог, работающий по циклу Миллера, ввиду того, что создание двигателя по циклу Аткинсона требует очень сложного кривошипно-шатунного механизма.

Цикл Аткинсона характеризуется увеличенной по времени фазой рабочего хода. На практике это дает более высокие показатели экономичности и экологичности, но теряется тяга на низких оборотах.

В гибридном автомобиле это компенсируется электромотором, который выдает максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов.

Для повышения экономичности с двигателя убрано все навесное оборудование: водяная помпа и компрессор кондиционера электрические.

Кроме этого отсутствует стартер, его роль выполняет один из электромоторов.

Начало работы

На старте работает только тяговый электродвигатель.

При необходимости к нему автоматически подключается бензиновый мотор. Его запускает первый мотор-генератор, который делает это очень плавно и незаметно за счет регулирования скорости оборотов.

Момент от бензинового двигателя передается на планетарную передачу, а также на первый мотор-генератор, который работает в режиме генератора и выдает энергию на инвертор. Он перенаправляет полученную энергию либо в аккумуляторую батарею для подзарядки, либо на тяговый электромотор, момент с которого через планетарную передачу передается на колеса.

В результате получается замкнутый цикл, где главную роль играет тяговый электромотор, а бензиновый двигатель работает на подхвате.

При торможении тяговый электромотор работает в режиме генератора и вся полученная энергия накапливается в аккумуляторе.

Суммарная мощность гибридного привода составляет 136 лс. Потеря лошадиных сил обусловлена тем, что ток, отдаваемый аккумуляторной батареей, ограничен электроникой, и электромотор фактически работает на половину своей мощности. Но степень заряженности аккумулятора абсолютно не влияет на динамические характеристики и время разгона до 100 км/ч.

Коэффициент аэродинамического сопротивления Cx равен 0,26. Это один из лучших показателей для серийных автомобилей.

На колесных дисках одеты аэродинамические колпаки. Их наличие снижает расход топлива всего на 1-2 процента.

Правильнее их делать полностью закрытыми, но тогда возникнет проблема охлаждения тормозных механизмов.

Светодиодный ближний свет. Блок-фара состоит из нескольких модулей. Вверху располагается габаритный огонь с галогеновой лампой, справа — классический модуль дальнего света с рефлектором и галогеновой лампой.

Ближний свет разделен на три модуля. Два линзованных модуля дают четкий и сфокусированный световой поток вдаль. Над ними — модуль рассеянного света для освещения пространства вблизи автомобиля.

Передние поворотники вынесены на бампер рядом с протувотуманными фарами.

Суммарное энергопотребление секции ближнего света — 33 ватта, что сопоставимо с обычным ксеноном.

Багажник большой с удобным доступом.

Под полом расположена докатка и достаточно вместительный ящик для мелочей. По бокам огромные ниши между задними фонарями и колесными арками.

Отделка салона выполнена из жесткого пластика, но с очень приятной текстурой. Из-за сильного наклона лобового стекла салон кажется большим и просторным.

На руле сенсорные кнопки с дублированием информации на центральном дисплее.

Вместо ручки КПП — нефиксируемый джойстик. «Паркинг» включается кнопкой. В движении можно пользоваться двумя режимами: D — обычный драйв, B — режим торможения двигателем.

Климатическая установка не имеет разделения на зоны, зато использует полностью электрический кондиционер.

В качестве опции есть возможность запуска охлаждения салона дистанционно с брелка.

Медиасистема поддерживает возможность приема музыки по bluetooth с мобильных устройств по протоколу A2DP.

Еще ниже три кнопки управления гибридной установкой. В полностью электрическом режиме разгон происходит ооочень плавно и двигаться можно со скоростью не более 50 км/ч. На полностью заряженной батарее можно проехать примерно 1-1,5 километра. Режимы «Eco» и «Power» всего лишь меняют чувствительность педали газа, настраивая водителя на спокойную, или наоборот более спортивную манеру вождения.

Бардачок из двух отделений напоминает аналогичные ящики для багажа на самолетах. С плавным открытием и характерным щелчком при закрытии.

Динамику автомобиля проще всего сравнить с троллейбусом.

Спокойное и постоянное ускорение с любой скорости. Разгон до 100 км/ч — 11,5 секунд.

Спинка водительского кресла не имеет плавной регулировки наклона и не может фиксироваться в строго вертикальном положении.

Рядом с правым задним сиденьем расположена вентиляционная решетка аккумуляторной батареи — по инструкции ее нельзя ничем закрывать. Вдвоем сзади сидеть отлично, но втроем будет тесно.

При нажатии на педаль тормоза в первую очередь гибридная силовая установка переключается в режим рекуперации энергии. Таким образом, большая часть энергии, которая на обычном автомобиле уходит на нагрев тормозных колодок и дисков, преобразуется в электричество, которое накапливается в аккумуляторе. При более сильном нажатии на педаль тормоза дополнительно начинает работать штатная тормозная система. В связи с этим существенно изменена схема работы антиблокировочной системы (ABS) и системы динамической стабилизации. ABS допускает интенсивное торможение с полной блокировкой колес и включится только после того, как автомобиль проскользит с заблокированными колесами некоторое расстояние.

Бортовой компьютер показывает шкалу расхода с пятиминутными интервалами. Маленькие машинки — накопленные бонусы за эффективное использование гибридной установки, их можно «собирать» на торможениях.

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.

Тойота Приус гибрид — технические характеристики

Компания Toyota уже давно является производителем качественных гибридных автомобилей. Настоящий фурор произвёл хэтчбек Тойота Приус гибрид, который был выпущен в 1997 году. Модель производится только с установкой смешанного типа. В 2015 году на автосалоне во Франкфурте было представлено четвёртое поколение машины. Массовый выпуск обновлённого Prius Hybrid начался в 2016 году.

Экстерьер Тойота Приус гибрид

Инженеры Тойота ощутимо переработали внешний облик нового Приус. Передняя часть кузова стала более резкой и спортивной. Светодиодные фары сложной формы, маленькая радиаторная решётка, бампер с угольными свесами добавили драйв экстерьеру.

Профиль машины стал выглядеть более обтекаемым. Покатое лобовое стекло и плавно снижающаяся крыша ещё раз подтверждают это. Использование нового кузова лифтбек позволило увеличить длину и сделать машину ниже.

Вид спереди слева приус гибрид Вид сзади приус

Задняя часть выделяется большим багажником, как бы задранным вверх. Вытянутая задняя оптика со светодиодной лентой по краю добавляет спортивные нотки общему образу.

Вид спереди тойота приус синий Вид сзади тойота приус синий

Автомобиль имеет следующие габаритные размеры: длина – 4,540 м, ширина – 1,760 м, высота – 1,470 м.

Интерьер Тойота Приус гибрид

Внутреннее убранство приобрело некий футуризм. Приборная панель размещена под лобовым стеклом. На ней расположены два цветных дисплея с диагональю 4,2 дюйма, на которые выводятся контрольно-измерительные данные. Это создаёт иллюзию болида или космического корабля. Теперь не нужно отрывать взгляд от дороги, чтобы взглянуть на спидометр или заряд батареи. Рулевое колесо многофункциональное и обито кожей.

Вид на руль Салон Задние сиденья Салон передние сиденья Центральная консоль

Под панелью расположился блок управления системой мультимедиа и климат-контролем. Он представлен полноцветным ЖК-дисплеем с диагональю 6,2 дюйма. Ещё ниже можно обнаружить странный рычажок, отвечающий за управление трансмиссией. В наличии имеется аудиосистема Entune с 6-ю динамиками. В авто установлены технологии Bluetooth, Siri, синхронизация со смартфоном и распознавание голоса.

Пятиместный салон вместительный и просторный. Передние кресла получили выраженную боковую поддержку. На заднем ряду места достаточно, но слишком заниженная крыша может вызвать ощущение дискомфорта, особенно у высоких людей. Объём багажника составляет 502 литра.

Багажник Ниша богажника

Вид гибридной установки

В качестве основы для Тойота Приус была взята новая модульная платформа TNGA. Обтекаемые формы и низкий центр тяжести позволяют получить высокие показатели управляемости и контроля над дорогой.

При создании гибрида использовалась последовательно-параллельная схема установки. Устройство гибридного двигателя включает ДВС, электромотор, высоковольтную батарею и распределитель силового потока.

В качестве тягового двигателя могут выступать как бензиновый, так и электромотор. Последний также играет роль генератора, который заряжает батарею. В машину установлена система стоп/старт, которая включает и выключает ДВС в нужный момент.

Гибридный двигатель Приуса

Принцип работы гибридной системы несложный. Производимая двумя моторами энергия поступает к делителю силового потока. Далее крутящий момент распределяется на колёса. Он может гибко изменяться, передавая необходимое количество энергии в нужный момент.

Суммарная мощность гибридной установки составляет 122 л.с.

Описание режимов работы гибридной силовой установки

В гибриде Toyota Prius предусмотрено 4 режима езды:

1. EV mode – режим электромобиля, который предусматривает езду только на электротяге. Это позволяет исключить расход топлива. Из недостатков – ограничение по скорости и возможное расстояние. Так можно ехать только со скоростью до 60 км/ч в тёплую погоду и до 30 км/ч в холод.

2. ECO mode – режим максимальной экономичности при вождении, при котором машина, в основном, использует электротягу. Машина плохо отзывается на ускорение. Данный режим лучше использовать в пробках и во дворах. Однако из-за постоянной нужды давить на газ, расход топлива не очень-то уменьшается. Поэтому данный режим лучшее вообще не использовать.

3. Normal – ничего не выбрано. Автомобиль работает в обычном режиме. Стартует на электротяге, далее включается ДВС. При торможении активируется система рекуперации. Самый удобный и универсальный режим.

4. Power mode – режим максимальной эффективности. Как работают силовые агрегаты в таком случае? Электромотор и ДВС находятся в связке, обеспечивают максимальную мощь. Подойдёт для использования на автобанах и при выполнении резких манёвров. Минусом является большой расход топлива при его использовании.

Режимы работы гибридной установки

Технические характеристики Тойота Приус гибрид

Обновлённый Toyota Prius получил достойные технические характеристики, которые способны удовлетворить желания любого водителя. Автомобиль оснащён передним приводом.

Основная информация о характеристиках приведена в таблице.

Коробка передач	Автоматическая, вариатор
Клиренс	136 мм
Колёсная база	2700 мм
Радиус разворота	5,4 м
Ширина колеи передней и задней	1530/1520
Масса	1,375 т
Объём бака	43 л
Подвеска передняя и задняя	Стойки МакФерсон/ независимая двурычажка
Тормоза передние и задние	Дисковые вентилируемые/дисковые
Размер колёс	195/65 R15
Диски	15X6J

В автомобиле также предусмотрена запаска (полноразмерное запасное колесо), которая размещается в специальной нише багажного отделения.

Бензиновый двигатель

В качестве ДВС гибридная Тойота Приус использует 4-цилиндровый мотор 2ZR-FXE типа DOHC. Объём составляет 1,8 литра. Максимальная мощность в 98 л.с. достигается при 5200 об/мин. Крутящий момент доходит до 142 Нм.

Двигатель соответствует экологическому стандарту Евро-6. Кроме того он укомплектован системой газораспределения Dual VVT-i. Для обеспечения дополнительной мощности применяется распределённый впрыск топлива.

Электродвигатель

Пару ДВС составляет электромотор, который также находится под капотом. Его мощность составляет 53 кВт, а крутящий момент – 163 Нм.

Эффективность электродвигателя повышается благодаря накоплению рекуперативной кинетической энергии при торможении, что позволяет своевременно заряжать батарею.

Батарея и пробег на одном заряде

Гибрид Тойота Приус оснащён блоком никель-металлогидридных батарей. Он располагается под задним сиденьем, что позволило инженерам не сокращать объём багажника.

Сам батарейный блок состоит из 28 модулей, по 7,2 Вольт каждый. Ёмкость ВВБ – 1,3 кВт*ч, а напряжение составляет 201,6 Вольт.

Запас хода Toyota Prius Hybrid составляет около 30 км по хорошей дороге. В случае поломки, стоимость замены ВВБ обойдётся в районе 105 000 рублей.

В машине установлена и стандартная 12-вольтовая АКБ, которая питает бортовые системы и электронику.

Место расположения батареи

Расход топлива на 100 км и динамика

Обновлённый Приус имеет неплохие показатели динамики. Разгон до 100 километров занимает порядка 10,6 секунд. Максимальная скорость ограничена отметкой 180 км/ч.

При езде по трассе будет расходоваться около 4,36 литров. В городе расход топлива на 100 км 4,7 литров бензина. Смешанный цикл затребует 4,5 литров горючего.

Для снижения расхода горючего можно использовать такие методы:

• не забывать активировать езду на электротяге во дворах, пробках и выездах со стоянок;
• не допускать резких перепадов скорости;
• тормозить заранее, увидев препятствие;
• держать давление в шинах в норме.

Надёжность гибрида, поломки

В автомобиле установлена улучшенная система безопасности Toyota Safety Sense.

• стандартные системы ABS, EBD, BAS, TCS;
• электронный контроль устойчивости;
• помощник при спуске и подъёме;
• круиз-контроль;
• система распознавания велосипедистов и пешеходов;
• функция экстренного торможения;
• автоматическое управление дальним светом;
• помощник при начале движения в сложных погодных условиях;
• контроль над полосой движения с предупреждениями о смене и выходе.

Хэтчбек Prius обладает следующими плюсами:

• эффектный и притягательный облик;
• новая приборная панель;
• технологичный и просторный салон;
• скромные габариты.

Из недостатков выделяются:

• маленький дорожный просвет;
• слабоватый двигатель;
• высокая цена.

Поломки очень редки и касаются чаще всего батареи. Начинают выходить из строя модуля, особенно такая проблема возникает в зимний период. Помочь может частичная замена.

Управляемость на дороге Тойота Приус гибрид

Применяемая платформа TNGA c преимуществом в виде низкого центра тяжести и жёсткого кузова вывела управляемость на новый уровень. Благодаря задней независимой подвеске и усовершенствованной McPherson спереди, Приус гибрид очень легко управляется в скоростных поворотах.

По плохой дороге с небольшими ямами можно ехать, не сбавляя скорость, амортизаторы заглатывают все неровности. Значение крена мало. Автомобиль чувствителен к рулевому управлению. Каждый поворот отлично ощущается, как будто ты находишься в спортивном болиде.

Эксплуатация в зимний период

Зимой автомобиль Тойота Приус проблем не испытывает. Двигатель заводится сразу, а салон прогревается за 3 минуты. Иногда даёт сбои батарея, модули которой не выдерживают морозов. Однако такое угрожает автомобилям с пробегом и при температуре ниже -25ºС.

Комплектации и цены Тойота Приус

Автомобиль Toyota Prius Hybrid поставляется в Россию только в комплектации Люкс. Кроме всего перечисленного выше, комплектацию дополняет:

• двухзонный климат-контроль;
• кожаная обивка сидений;
• камера заднего обзора.

Производитель предлагает дополнительное оборудование, которое включает:

• 7-дюймовый сенсорный экран;
• навигацию;
• систему Entune c 10 динамиками и JBL аудио.

Возможна также установка прозрачного люка, с выдвижной солнцезащитной шторкой и автоматической регулировкой, а также установка проекционного дисплея на лобовое стекло.

Вид сбоку

Стоимость комплектации в зависимости от дополнительного оборудования будет варьироваться от 2 268 000 рублей до 2 322 000 рублей.

Отзывы о Тойота Приус гибрид

1. Езжу уже 3 года на Приусе. Функции экономии авто выполняет на все 100%. Нравится дизайн и надёжность машины. За всё время менял только расходники. Аккумулятор ресурсоёмкость не теряет. Использую гибрид только в городских условиях, поэтому мощности мне хватает.

2. Стала проблема покупки нового авто. Выбор пал на Toyota Prius, раньше ездил на Хёндай Туксон. Порадовала экономичность и технические данные авто. С полностью заряженной батареей машинка весьма резвая. Не хватает дорожного просвета, на плохой дороге иногда цепляю покрытие.

Для кого Тойота Приус

Гибрид от Тойота подойдёт для активных жителей города и людям с семьями. Надёжность, безопасность и дизайн, полный футуризма – что ещё нужно, чтобы вписаться в городскую жизнь. Просторный и функциональный салон порадует как водителя, так и пассажиров. Автомобиль подойдёт для городских и загородных поездок.

Главный конкурент

Соперником Toyota Prius выступает гибридный Hyundai Ioniq. Мощность ДВС составляет 105 л.с. при 5700 об/мин. Крутящий момент составляет 147 Нм. Мощность электромотора составляет 32 кВт при 170 Нм. Расход горючего в среднем составляет 4,4 литра на 100 км пути.

Обзор Тойота Приус гибрид

В прикреплённом ниже видео Вы можете просмотреть подробный обзор автомобиля Toyota Prius.

Видео взято с канала «NotBadCars».

Заключение

Toyota Prius – классика среди гибридов. Каждое поколение находило своих ценителей и почитателей. Инженеры автомобильной компании Toyota постоянно улучшают дизайн и характеристики автомобиля, доводя его до совершенства.