Пропоную разом розібратися,

як же фахівці компанії Toyota змогли створити настільки складну систему
редукторів для роботи на осі трьох
двигунів у вашій Toyota Prius . Дана
марка авто має дуже складну конструкцію системи привода.

Головні елементи силової установки Тойота Пріус

    • Двигун внутрішнього згоряння –
      двигун на бензині, який працює по циклу Аткінсона. Головні переваги
      даного типу двигунів – низьке споживання паливної суміші, низька токсичність і
      високий рівень ККД. Двигун здатний передавати крутний момент до
      коліс авто, так і крутити мотор генератора, який виробляє енергію для
      внутрішніх мереж автомобіля. Електрику, вироблену
      генератором, може накопичуватись в акумуляторних блоках або використовуватися для
      харчування клімат-контролю або інших систем авто.
    • Перший мотор-генератор виробляє енергію, яка використовується для зарядки акумуляторних батарей
      або для живлення двигуна, що обертає колеса. Також цей
      генератор може грати роль стартера і допомагати запустити основний двигун.
    • Другий мотор-генератор призначений для передачі основного крутного моменту на колеса авто, харчуючись
      при цьому енергією від акумуляторних батарей.

Принцип роботи генератора

В основу обох генераторів
закладені потужні неодимові магніти. Ці постійні магніти обертаються всередині
статора, який складається з великої кількості мідних обмоток, таким чином виробляється електричний струм.

Коли мотор працює в режимі
генератора, на виході статора ми отримуємо трифазну змінну напругу,
яке використовується для зарядки акумуляторних батарей та стабільної роботи
електричних мереж вашого авто.

Коли ж пристрій працює в
режимі двигуна, на обмотки статора подається напруга, яка змушує
обертатися ротор з магнітами і при цьому виробляти необхідну потужність для
руху машини.

Планетарний механізм

Роздатковий планетарний
механізм є одним з найскладніших елементів приводу авто. З його допомогою
комбінується зусилля від двигуна внутрішнього згоряння та електричного тягового
двигуна. Механізм здатний як підключати ДВС в потрібні моменти, так і
повністю відключати його, і тоді він буде крутити тільки генератор. Головна
особливість планетарного механізму полягає в тому, що ДВС безпосередньо не
пов’язаний з колесами. Двигун внутрішнього згоряння може передавати частину обертаючого
момент до коліс, і відбувається це виключно на оптимальній швидкості авто і при оптимальних оборотах двигуна. Як було визначено на практиці, мотор краще
всього працює при обертах не менше 2000, і в першу чергу це відноситься до
двигунів, що працюють по циклу Аткінсона – вони практично не віддають крутний
момент при низьких обертах. В принципі основним завданням є обертання ДВЗ
статора генератора, який призначений для вироблення електричної
енергії. Коли ваше авто рухається повільно, вся навантаження покладено на
електродвигун, що живиться від акумуляторних батарей. Якщо раптом автомобілю
різко збільшити швидкість, то в хід йде ДВС, який розкручує
генератор, що виробляє додатковий запас електроенергії.

Головні елементи планетарного механізму

    • Сонячна шестірня –
      розташовується в центрі механізму, як сонце в сонячній системі.
    • Основне кільце – кругова
      шестерня.
    • Планетарні шестірні –
      розташовуються на планетарної осі, що обертається по колу сонячної шестерні.

Перший мотор-генератор, який
найчастіше грає роль генератора або стартера, підключається безпосередньо до сонячної шестірні.

Другий мотор-генератор приєднується до основного кільця, а також до провідним колесам.

ДВС приєднується до планетарної
осі.

Можливі варіанти роботи коробки передач Toyota Prius

      • При зупинці автомобіля другий мотор-генератор теж зупиняється, бо він безпосередньо з’єднаний з
        колесами. Якщо раптом акумулятори розряджені, то для подальшого руху вони
        вимагають заряджання від генератора, для цього потрібно буде запустити двигун. Перший
        мотор-генератор починає обертатися і за допомогою планетарного механізму
        запускає двигун, який в свою чергу обертає перший мотор-генератор для
        вироблення електроенергії. Далі напруга змінного перетворюється в
        постійне і заряджає акумулятори. У подібному режимі мотор може запускатися,
        якщо потрібно підживлення бортових мереж вашого автомобіля (світло, магнітола,
        клімат-контроль).
      • Якщо нам потрібно почати
        рухатися, а ДВЗ не запускається, то енергія починає вступати на другий
        мотор-генератор, який у свою чергу починає крутити колеса і в той же час
        за допомогою планетарного механізму перший мотор-генератор. Ось тут постійне
        напруга перетворюється в змінну трифазне, і електродвигун
        починає обертатися.

Якщо розігнати авто до великої
швидкості, можливий варіант розгону другого двигуна-генератора до граничних
обертів. Максимальні обороти двигуна – 6000 і вони досягаються при швидкості
40 м/ч.

      • Запуск двигуна на ходу
        проводиться за допомогою зупинки першого двигуна-генератора за допомогою
        електромагнітного поля, яке подається проти напряму обертання ротора як
        противага. Створивши таку комбінацію зусиль, вал ДВЗ починає обертатися і двигун запускається.

Двигун внутрішнього згоряння
запускається і починає обертати перший мотор-генератор, після чого всі елементи
системи рухаються в одному напрямку, що сприяє рівномірному витрати
сил, але це правило діє тільки якщо всі мотори обертаються з одного
швидкістю.

У тому випадку, коли ДВС набирає обертів, перший генератор починає обертатися
швидше, виробляючи при цьому більше енергії, яка починає накопичуватися в
акумуляторних батареях. Завдяки даному прикладу можна чітко зрозуміти, що
двигун внутрішнього згоряння безпосередньо не пов’язаний з ведучими колесами. Він може набирати
будь-які обороти, а віддавати частину своєї енергії на обертання коліс він буде тільки
у тому випадку, коли швидкість обертів осі двигуна і коліс співпаде, у всіх
інших випадках він служить тільки для обертання генератора.

      • Виробником було вирішено
        реалізувати задній хід тільки за допомогою першого двигуна-генератора. Якщо ДВС не
        запущений, а авто має рушити назад – генератор перемикається в режим двигуна
        і починає обертатися в протилежному напрямку. Коли двигун внутрішнього
        згоряння зупинений, планетарна вісь теж не рухається, а значить, крутний
        момент з першого мотора допомогою планетарних шестерні передається на другий
        мотор і автомобіль починає рухатися назад.

Якщо раптом ДВЗ працює в момент заднього ходу, то просто обертів першого
генератора повинні перевищувати обертів двигуна, таким чином, додаткове
зусилля буде обертати другий-мотор-генератор і авто рушить назад.

Ось так в один час складний, а в інший і досить простий механізм з’єднує
три двигуна в будь-яких потрібних комбінаціях, які використовуються для
повноцінної роботи авто Toyota Prius.