Силовая установка Toyota Prius

Главные элементы силовой установки Тойота Приус

1. Мотор внутреннего сгорания – мотор на бензине, который работает по циклу Аткинсона. Главные преимущества данного типа моторов – низкое потребление топливной смеси, низкая токсичность и высокий уровень КПД. Двигатель способен как передавать крутящий момент к колесам авто, так и вращать мотор генератора, который вырабатывает энергию для внутренних сетей автомобиля. Электричество, выработанное генератором, может накопляться в аккумуляторных блоках или использоваться для питания климат-контроля или других систем авто.
2. Первый мотор-генератор вырабатывает энергию, которая используется для зарядки аккумуляторных батарей или для питания мотора, который вращает колеса. Также этот генератор может играть роль стартера и помогать запустить основной двигатель.
3. Второй мотор-генератор предназначен для передачи основного крутящего момента на колеса авто, питаясь при этом энергией от аккумуляторных батарей.

Принцип работы генератора

В основу обоих генераторов заложены мощные неодимовые магниты. Эти постоянные магниты вращаются внутри статора, который состоит из большого количества медных обмоток, таким образом вырабатывается электрический ток.

Когда мотор работает в режиме генератора, на выходе статора мы получаем трехфазное переменное напряжение, которое используется для зарядки аккумуляторных батарей и стабильной работы электрических сетей вашего авто.

Когда же устройство работает в режиме мотора, на обмотки статора подается напряжение, которое заставляет вращаться ротор с магнитами и при этом вырабатывать необходимую мощность для движения машины.

Планетарный механизм

Раздаточный планетарный механизм является одним из самых сложных элементов привода авто. С его помощью комбинируется усилие от мотора внутреннего сгорания и электрического тягового двигателя. Механизм способен как подключать ДВС в нужные моменты, так и полностью отключать его и тогда он будет крутить только генератор. Главная особенность планетарного механизма заключается в том, что ДВС напрямую не связан с колесами. Мотор внутреннего сгорания может передавать часть вращающего момент к колесам и происходит это исключительно на оптимальной скорости авто и при оптимальных оборотах двигателя. Как было определено на практике, мотор лучше всего работает при оборотах не менее 2000, и в первую очередь это относится к двигателям, работающим по циклу Аткинсона – они практически не отдают крутящий момент при низких оборотах. В принципе основной задачей ДВС является вращение статора генератора, который предназначен для вырабатывания электрической энергии. Когда ваше авто движется медленно, вся нагрузка положена на электродвигатель, питающийся от аккумуляторных батарей. Если вдруг автомобилю резко нужно увеличить скорость, то в ход идет ДВС, который раскручивает генератор, вырабатывающий дополнительный запас электроэнергии.

Главные элементы планетарного механизма

1. Солнечная шестерня – располагается в центре механизма, как солнце в солнечной системе.
2. Основное кольцо – круговая шестерня.
3. Планетарные шестерни – располагаются на планетарной оси, вращающейся по кругу солнечной шестерни.

Первый мотор-генератор, который чаще всего играет роль генератора или стартера, подключается непосредственно к солнечной шестерне.

Второй мотор-генератор присоединяется к основному кольцу, а также к ведущим колесам.

ДВС присоединяется к планетарной оси.

Возможные варианты работы коробки передач Toyota Prius

• При остановке автомобиля второй мотор-генератор тоже останавливается, потому как он напрямую соединен с колесами. Если вдруг аккумуляторы разряжены, то для последующего движения они требуют зарядки от генератора, для этого нужно будет запустить двигатель. Первый мотор генератор начинает вращаться и посредством планетарного механизма запускает двигатель, который в свою очередь вращает первый мотор-генератор для выработки электроэнергии. Далее напряжение из переменного преобразовывается в постоянное и заряжает аккумуляторы. В подобном режиме мотор может запускаться, если требуется подпитка бортовых сетей вашего автомобиля (свет, магнитола, климат-контроль).
• Если нам нужно начать двигаться, а ДВС не запущен, то энергия начинает поступать на второй мотор-генератор, который в свою очередь начинает крутить колеса и в то же время посредством планетарного механизма первый мотор-генератор. Вот здесь постоянное напряжение преобразовывается в переменное трехфазное, и электродвигатель начинает вращаться.

Если разогнать авто до большой скорости, возможен вариант разгона второго мотора-генератора до предельных оборотов. Максимальные обороты мотора – 6000 и достигаются они при скорости в 40 м/ч.

• Запуск мотора на ходу производится посредством остановки первого мотора-генератора при помощи электромагнитного поля, которое подается против направления вращения ротора как противовес. Создав такую комбинацию усилий, вал ДВС начинает вращаться и двигатель запускается.

Мотор внутреннего сгорания запускается и начинает вращать первый мотор-генератор, после чего все элементы системы двигаются в одном направлении, что способствует равномерному расходу сил, но это правило действует, только если все моторы вращаются с одной скоростью.

В том случае, когда ДВС набирает обороты, первый генератор начинает вращаться быстрее, вырабатывая при этом больше энергии, которая начинает накапливаться в аккумуляторных батареях. Благодаря данному примеру можно четко понять, что мотор внутреннего сгорания напрямую не связан с ведущими колесами. Он может набирать любые обороты, а отдавать часть своей энергии на вращение колес он будет только в том случае, когда скорость оборотов оси двигателя и колес совпадет, во всех остальных случаях он служит только для вращения генератора.

• Изготовителем было решено реализовать задний ход только при помощи первого мотора-генератора. Если ДВС не запущен, а авто должно тронуться назад – генератор переключается в режим мотора и начинает вращаться в противоположном направлении. Когда мотор внутреннего сгорания остановлен, планетарная ось тоже не движется, а значит, крутящий момент с первого мотора посредством планетарных шестеренок передается на второй мотор и автомобиль начинает двигаться назад. 

Если вдруг ДВС работает в момент заднего хода, то просто обороты первого генератора должны превышать обороты двигателя, таким образом, дополнительное усилие будет вращать второй-мотор-генератор и авто тронется назад.

Вот так в одно время сложный, а в другое и довольно простой механизм соединяет в себе три мотора в любых нужных комбинациях, которые используются для полноценной работы авто Toyota Prius.