В рамках Киотского протокола, подписанного в 1997 году, многие страны взяли на себя ответственность сократить вредные выбросы в атмосферу.
Учитывая тот факт, что одним из инициаторов этого протокола была именно Япония, многие крупные японские компании запустили ряд проектов, призванных снизить количество выбросов. Одной из компаний была и Toyota Motor – здесь еще в 1992 году представили «Хартию Земли», дополненную впоследствии «Экологическим планом действий».
Эти два документа определили одно из наиболее приоритетных на сегодняшний день направлений деятельности компании – разработку новых экологически чистых технологий. В рамках этой программы разрабатывались несколько вариантов силовых установок, среди которых и гибридная силовая установка, появившаяся в 1997 году на автомобилях Тойота Приус Гибрид.
Разработка автомобиля с гибридной силовой установкой началась еще в 1994 году. Главной задачей для инженеров являлось создание электродвигателя и источников питания, способных если не заменить, то хотя бы эффективно дополнить основной двигатель внутреннего сгорания.
Инженеры Toyota, по их признанию, протестировали свыше ста вариантов различных схем и компоновок, что позволило создать действительно эффективную схему под названием Toyota Hybrid System. В итоге, после доведения системы до полностью рабочей модели, она была установлена на автомобиль Toyota Prius Hybrid (модель NHW10), ставший первым гибридным автомобилем компании.
Система THS представляет собой комбинированную силовую установку, состоящую из двигателя внутреннего сгорания, двух электромоторов и бесступенчатой трансмиссии HSD. Бензиновый мотор 1NZ-FXE объемом 1500 см3 способен развивать мощность 58 л.с., а суммарная мощность электромоторов составляет 30 кВт. Электромоторы используют энергию, накопленную в высоковольтных батареях с запасом 1.73 кВт*ч.
Главной особенностью силовой установки являлось то, что электромоторы могли также работать, как генератор — при движении на бензиновом двигателе, а также при рекуперативном торможении, они заряжали батарею и позволяли через время снова ее использовать. Сам мотор работал по принципу Аткинсона, благодаря чем средний расход топлива в условиях города составлял от 5.1 до 5.5 л/100 км.
Электромотор мог работать как отдельно от основного двигателя, так и в синергетическом режиме, позволяя быстрее разгоняться до более экономичной передачи. Все это позволило снизить количество вредных выбросов в атмосферу примерно до 120 г/км – для сравнения, гибридный гиперкар Ferrari LaFerrari выбрасывает в атмосферу 330 г/км.
Несмотря на свои достоинства и экономичность, Тойота Приус Гибрид был встречен довольно прохладно – сказывалась необычная силовая установка, недостаточно мощная даже для спокойной езды автомобиля массой свыше 1200 кг.
Поэтому в 2000 году силовая установка была доработана в версии NHW11 – мощность бензинового двигателя увеличена с 58 до 72 л.с., а мощность электромотора – с 30 до 33 кВт. Также благодаря небольшим изменениям в системе накопления энергии, емкость ВВБ возросла до 1.79 кВт*ч.
Второе поколение NHW20 (2003-2009 гг.)
Появившаяся в 2003 году гибридная модель Тойоты Приус существенно отличалась от своего предшественника. Прежде всего, гибрид получил кузов пятидверный хэтчбек – этот кузов был более популярен среди 72% потенциальных покупателей автомобиля, чем седан.
Вторым значительным изменением являлась модифицированная силовая установка THS II. Все тот же полуторалитровый бензиновый мотор 1NZ-FXE был форсирован до 76 л.с., а вот мощность электромотора увеличена до 50 кВт. Это позволило не только увеличить максимальную скорость гибрида со 160 до 180 км/ч на бензиновом моторе и с 40 до 60 км/ч на электродвигателе, но также сократить время разгона до 100 км/ч почти в полтора раза.
Использование инвертора принципиально новой конструкции дало возможность снизить массу батарей с 57 до 45 кг и сократить количество элементов. Запас накопленной энергии снизился с до 1.31 кВт*ч, но так как инвертор нового образца позволял более эффективно преобразовывать рекуперативную энергию, то запас хода на аккумуляторных батареях по сравнению с Приус первого поколения увеличился, а скорость зарядки батарей возросла на 14%. Также удалось снизить расход топлива до 4.3 л/100 км , а уровень выбросов угарного газа – до 104 г/ км.
Третье поколение ZVW30 (2009-2016 гг.)
Несмотря на явный коммерческий успех, инженеры Toyota продолжили совершенствовать модель в целях повышения его автономности при использовании экологически чистых источников энергии и дальнейшего снижения выбросов. На базе системы THS была разработан принципиально новый последовательно-параллельный гибридный привод Hybrid Synergy Drive, работающий по тому же принципу, но с рядом серьезных нововведений.
Прежде всего, вместо исчерпавшего ресурс увеличения мощности двигателя 1NZ-FXE стал устанавливаться двигатель 2ZR-FXE объемом 1800 см3, развивающий мощность в 99 л.с. Мощность электромотора повысили до 60 кВт, а его размеры уменьшились благодаря применению планетарной передачи. Рекуперативная система доработана с целью повышения КПД и ускорения времени зарядки. Несмотря на возросшую почти до 1500 кг снаряженную массу, динамические характеристики только улучшились благодаря более мощному мотору.
Применение нового гибридного привода позволило не только повысить динамические характеристики автомобиля, но и сделать его более экономичным. По заявлению инженеров Toyota, расход в смешанном режиме составляет 3.6 л/100 км – это паспортные данные.
Естественно, что в реальных условиях этот показатель выше, но по отзывам владельцев, в среднем он не превышает 4.2-4.5 л/100 км, против почти 5.5 л/100 у второго поколения Prius.
Еще одно нововведение – установленная в крыше солнечная панель мощностью 130 Вт, используемая для работы системы климат-контроля.
В 2012 году модель прошла модернизацию, в ходе которой была существенно повышена автономность гибрида на электрической тяге. Установлены новые аккумуляторные батареи, а их емкость увеличена почти в 3 раза – 21.5 А*ч против 6.5 и запасенная энергия в 4.4 кВт*ч против 1.31. Такой заряд позволяет гибриду проехать на электромоторе 1.5 км при максимальной скорости в 100 км/ч или 20 км при скорости в 40 км/ч. При этом выброс вредных веществ в атмосферу составляет всего 49 г/км.
Четвертое поколение (2016 г.)
Осенью 2015 года компания Toyota на автосалоне в Лас-Вегасе презентовала новое поколение Prius Hybrid. Автомобиль основан на совершенно новой платформе и радикально отличается своим агрессивным и интересным дизайном, намекающим на более спортивных характер.
Это действительно так – по словам главного инженера проекта Prius Коузди Тоесима, при разработке дизайна гибриду придали спортивные черты, так как он стал намного быстрее и динамичнее своих предшественников.
Силовая установка Hybrid Synergy Drive осталась практически без изменений. Но благодаря использованию более совершенных материалов, повышению крутящего момента электромотора и новому электромеханическому вариатору удалось повысить максимальную скорость автомобиля. Также в середине 2016 года появится первая полноприводная версия гибрида, с установленным в заднем мосту дополнительным электромотором мощностью 7.3 кВт.
С высоковольтными батареями новой конструкции гибрид проезжает более 50 км на электрической тяге, а усовершенствованная зарядная система сокращает время полной зарядки до 90 мин и дает возможность набрать 60% заряда всего за 15 минут.
На сегодняшний день компания Toyota продала уже более 3.5 млн. своих автомобилей семейства Prius. Эта модель заслуженной считается самым популярным гибридом в мире и с уверенностью демонстрирует, что будущее за автомобилями с гибридной и электрической силовой установкой, снижающими вредное воздействие на окружающую среду.
Видео
В заключение видео-обзор последней версии.
Гибридные модели Toyota пользуются в мире все большей популярностью. Prius – это настоящая классика жанра.
История модели
1997 – выход в серию Toyota Prius первого поколения, модель NHW10. Автомобиль построен на базе Toyota Echo (американская версия Yaris в кузове седан).
2000 – рестайлинг Тойота Приус первого поколения.
2004 – дебют Toyota Prius II (NHW20).
2005 – Европейский титул «Автомобиль года».
2015 – презентация модели четвертого поколения.
Абсолютная тишина
Гибрид не имеет возможности подзарядки от розетки. Prius – это необычное авто, которое в городе сжигает меньше топлива, чем на шоссе. Этого достигли благодаря тому, что после остановки двигатель внутреннего сгорания (ДВС) отключается, а последующее начало движения происходит на энергии батарей с помощью электромотора. ДВС вступает в работу только при необходимости – во время движения на высокой скорости или при ускорении.
В городских условиях расход топлива не превышает 6 литров, а при определенном умении можно добиться результата на уровне 5 л/100 км. Почти 40% городского пути ДВС остается выключенным. На шоссе все преимущества исчезают. С увеличением скорости растет топливный аппетит - при 140 км/ч достигает 8 литров. Кроме того, на высоких оборотах заметно увеличивается расход масла.
ДВС работает очень тихо, а салон хорошо шумоизолирован. Манипуляция с педалью газа не сильно влияет на обороты, так как коробка передач бесступенчатая. Динамики вполне достаточно - разгон до 100 км/ч происходит менее чем за 11 секунд.
Что выбрать?
Toyota Prius II в течение всего производства предлагался только в одной версии – с экономичным 1,5-литровым бензиновым агрегатом мощностью 77 л.с. и электромотором отдачей 68 л.с. Двигатель внутреннего сгорания работает по так называемому циклу Аткинсона (т.е. в малом диапазоне оборотов и нагрузок). Суммарная мощность гибридной установки 110 л.с. (с учетом сложения общих диапазонов работы и всех потерь).
Все Приусы имеют трансмиссию E-CVT, проще говоря – вариатор с электронным управлением. Она работает плавно, тихо и отлично вписывается в общую концепцию автомобиля.
Тойота Приус имеет довольно богатое оснащение: 6 подушек безопасности, ESP и климат-контроль. Некоторые Европейские версии оснащались спутниковой навигацией. В 2007 году стали предлагать очень хорошую аудиосистему JBL.
Автомобили, побывавшие в аварии, лучше вообще не рассматривать. Так как при серьезных ДТП велик риск повреждения блока аккумуляторных батарей. Батарея не терпит «травм» корпуса блока. Кроме того, многие важные узлы расположены прямо за передним бампером. Даже после незначительных «толчков» в лоб, они могут перестать правильно функционировать. Не любит автомобиль и длительного простоя - батареи сильно разряжаются.
Что надо знать?
Необычное решение: сенсорный дисплей и овальное рулевое колесо.
Тойота Приус имеет две электрических цепи. Одна, традиционная, с обычной 12-вольтовой батареей. Другая, высокого напряжения с оранжевыми проводами, соединяющими плотно закрытую группу батарей (генерирующих напряжение 201,6 В) с инвертором-преобразователем, электродвигателем и климатической установкой.
Инвертор-преобразователь представляет собой устройство, усиливающее и преобразующее высокое напряжение постоянного тока блока аккумуляторных батарей в трехфазный переменный ток (максимальное напряжение 650 В). Кроме того инвертор преобразует переменный ток, сгенерированный при рекуперации энергии, в постоянный ток для зарядки аккумуляторов.
Кондиционер Toyota Prius представляет собой комплекс, отвечающий не только за охлаждение салона, но и, прежде всего, за охлаждение блока батарей, которые сильно нагреваются во время работы. Холодные зимы Приусу не страшны, но отказ кондиционера летом может полностью обездвижить гибрид. Бортовой компьютер строго следит за температурой, не допуская перегрева, и, в крайнем случае, блокирует автомобиль. Строгий контроль необходим из-за необратимого сокращения срока службы батареи в случае перегрева. К тому же Toyota ограничилась не слишком длинной гарантией - 8 лет или 160 000 км.
Что ломается?
При должном уходе и своевременном обслуживании Prius практически безотказный и очень живучий. Система рекуперация энергии во время торможения разгружает тормозную систему. В некоторых экземплярах заводские колодки и диски выхаживают до 100 000 км.
Бензиновые двигатели, так же, как и электрическая часть, славятся своей надежностью. ДВС имеет цепь, не требующую технического обслуживания. Типовые операции (замена колодок, масла и амортизаторов) можно выполнить в любом автомобильном сервисе, имеющем базовое представление о работе с гибридными или электрическими транспортными средствами.
Батарея имеет 28 модулей, в каждом из которых находится 6 элементов. Чаще всего из строя выходит только один или два модуля. Интересный факт: полный комплект батарей высокого напряжения в дилерском центре стоит около 1500 долларов. Это много, но не настолько, как может показаться. Да, в модели первого поколения были проблемы с долговечностью батареи. Но следующий Приус получил модернизированную батарею, которая оказалась более выносливой. Срок службы электропривода оценивается примерно в 250-300 тыс. км.
Типичные проблемы и неисправности
Высокая линия заднего стекла означает ограниченную видимость. Маленькое стекло под спойлером не поможет.
Система кондиционирования выходит из строя чаще всего из-за обслуживания в обычном сервисе. Кондиционер Приуса (и других гибридов) требует специального масла, которое нельзя смешивать с маслом для обычных систем. Кроме того нельзя использовать заправочную станцию, одновременно обслуживающую различные типы кондиционеров.
В целях безопасности бортовой компьютер может обездвижить гибрид даже при незначительных неисправностях электропроводки.
Нередко начинает коррозировать выхлопная система, но до сквозных дыр дело, как правило, не доходит. В некоторых экземплярах «желтые пятна» можно обнаружить на порогах и под уплотнителями дверей.
Примерно через 250-300 тыс. км двигатель начинает потреблять масло. Это результат износа маслосъемных поршневых колец.
Одна из неприятных особенностей - низкий срок службы ламп накаливания. Операция по замене занимает не менее получаса. Доступ спереди ужасный, к счастью, сзади намного лучше.
Для уменьшения неподрессоренных масс колесные диски гибрида изготовлены из сплава с добавлением магния. Они действительно легкие, но менее устойчивые к повреждениям, например, в результате попадания в яму.
Важно!
1. Для ремонта трансмиссии требуется электроэнергия напряжением 1кВ. Работы должны проводиться в специальных перчатках.
2. О том, что силовая установка активна, свидетельствует надпись «READY» на дисплее приборной панели. После выключения зажигания напряжение в системе может сохраняться до 10 минут.
3. В случае аварии необходимо заглушить двигатель кнопкой Power на приборной панели и отнести ключ на 5 метров от машины. Если кнопка Power не доступна, необходимо открыть капот, все двери и вынуть все предохранители из коробки с предохранителями, а затем отсоединить 12-вольтовую батарею.
4. Металлический кузов эффективно изолирован от высокого напряжения. Возможный пробой контролируется системой, которая сообщает «Check Hybrid System». Информацию нельзя недооценивать, хотя сообщение может появиться и из-за других, менее опасных причин.
Ремонт
На рынке присутствуют различные кузовные элементы. Новых заменителей нет, зато немало бывших в употреблении по разумным ценам. Например, задняя дверь багажника стоит около 250 долларов.
Что касается деталей подвески, то в отличие от Prius первого поколения, ситуация немного хуже. Можно приобрести аналоги амортизаторов за 70-100 долларов, но остальные элементы подвески доступны только в оригинале. Передний поперечный рычаг обойдется, примерно, в 150 долларов. Но стоит отметить, что долговечность шасси очень высокая (особенно сзади). Даже после 100 000 км амортизаторы, сайлентблоки и шаровые сохраняют прекрасную физическую форму. А вот ступичные подшипники служат около 100 000 км.
Заключение
Технические характеристики
|
Параметры |
1.5 VVT-i |
|
Двигатель |
бензин. / электро. |
|
Рабочий объем |
|
|
Цилиндры / клапаны |
|
|
Максимальная мощность |
77 л.с. / 68 л.с. |
|
Максимальный крутящий момент |
115 Нм / 400 Нм |
|
Динамические характеристики |
|
|
Разгон 0-100 км/ч |
|
|
Средний расход топлива, л/100 км |
|
Может ли автомобиль, длина которого почти 4,5 метра расходовать на 100 км в городском цикле 2,82 литров бензина ? Оказывается, что такой «экземпляр» есть – это Гибридная Тойота Prius II. Едва появившаяся гибридная тайота второго поколения, была отмечена сразу четырьмя престижными наградами.
Характеристики, которые обеспечивает автомобилю Hybrid Synergy Drive, называемому гибридом в квадрате, просто потрясающие.
Основные технические показатели гибридной Тойоты Prius II
Размеры авто — 4450 ммх1725 ммх1490 мм, что соответствует длине, ширине и высоте. Размер колесной базы и колий передней/задней — 2700 мм и 1505/1480 мм. Минимальный объем багажника в гибридной Тойоте – 408 литров, а клиренс – 145 мм. Максимальная скорость – 179 км /ч , ускорение до «сотки» — 10,9 с. Расход в городе топлива и на шоссе (на 100 км) – пять и 4,2 литров. Объем бензобака – 45 литров, размер шин — 185/65/R15.
Типы гибридных приводов
Говоря о гибридах, которые, к слову, выпускает еще и Хонда, а разработки ведут десятки предприятий, стоит вспомнить о двух типах гибридного привода – параллельном и последовательном .
В случае первом, с помощью коробки передач, ДВС соединен с колесами, к которым также подсоединен двигатель электрический (неважно к тем же, что и ДСВ или другим), питающийся от батареи.
В последнем случае с колесами ДВС не соединен. Работает он на заряжающий аккумуляторы генератор. Ток поступает на тяговые электрические двигатели либо напрямую от генератора и дополнительно от батарей, либо от батарей (в зависимости от режима движения).
Круговерть потоков отслеживается по центральному дисплею Гибридная Тойота
В обоих случаях электрические моторы могут работать при торможении как генераторы, тем самым есть возможность возврата энергии и получения выигрыша экономического.
У этой же гибридной Тойоты использованы обе комбинации, позволяющие и экономичности достичь, и высокой разгонной динамики, что и дает право называть его гибридом гибридов.
Объем бензинового четырехцилиндрового двигателя составляет 1,5 литров, а мощность — 75 л.с. Мощность гибридной Тойота трудно назвать рекордной для такого объема, да и для сжатия (13:1). Но двигатель уже сам (без электромотора) по себе экономичен. И, главное, он отвечает жесточайшим требованиям токсичности, которые пока даже не введены в Америке, т.е. уровень выхлопа у гибридной Тойоты «ультра супер низкий», а стандарт — «частично нулевой».
Теперь о двигателе электрическом на постоянных магнитах: мощность его 67 л.с. , синхронный.
Схема начинки гибридной Toyota
Батареи гибридная Тойоты установлены никель-металлогидридные с обращающей на себя внимание характеристикой – пиковая мощность равна 28 «лошадок» (против обычных в 1-2 л.с.). Во всех режимах движения, конечно, работает система перераспределения между этими элементами нагрузки. Поездка в гибридной Тойоте возможно только на ДВС, только на электродвигателе или же на их одновременном использовании. При этом, часть мощности бензинового мотора при равномерном движении все равно попадает на генератор, систему управления, а затем, на тяговый двигатель электрический. На первый взгляд эти преобразования влекут за собой дополнительные потери, в действительности инженеры, таким образом, добиваются для ДСВ оптимального режима (обороты/нагрузка), который положительно сказывается на расходе топлива.
«Гибридно-гибридная» система: схема связей
К слову: огромный момент крутящий у гибридной Тойоты, выдавать который электромотор способен на любых оборотах, является залогом гибкого и удобного управления огромной тягой на колесах передних. От колес (во время торможения) и двигателя бензинового одновременно заряжается аккумуляторная батарея (напряжение в этой тяговой «интеллектуальной» электрической сети доходит до отметки 500 В). Для столь высоких мощностей оно предполагает низкие сравнительно токи, следовательно, низкие потери за счет омического нагрева проводов в сравнении с системами, применявшимися ранее (у того же Prius I оно только 274 В).
Делитель мощности – еще одна изюминка гибридной Тойоты: трансмиссия планетарная, соединенное с генератором центральное, или солнечное колесо, с ДСВ – планетарное, с колесами и электромотором – внешнее кольцо. В самых различных направлениях система Гибридной Тойоты перераспределяет очень плавно потоки мощности.
Приводы гибридные: последовательный и параллельный гибридные
Электроника
Очень много в этом авто электроники: электропривод кондиционера, который позволяет снизить расход энергии, которую в этом авто экономят; второго поколения VSC, контролирующая электроусилитель руля, а также EBD ABS и др. Повзрослевший Toyota Prius II, перешедший в сегмент «D» достаточно объемен – он практически хэчбек, имеющий черты мини-вэна.
Интерьер
Внешне Гибридная Тойота большого впечатления не производит, поскольку предназначен для тех. Кто ценит, в первую очередь, комфорт.
А в салоне, действительно, комфортно: очень удобные сиденья, отвечающие высоким эргономическим требованиям. Сам салон очень светлый, просторный, с симпатичной приборной панели с жидкокристаллическим монитором бортового компьютера. Диагональ экрана – 14,5 см. На нем информация о дорожном покрытии и состоянии авто, о распределении мощностных потоков («Energy»), остатке топлива и количестве километров, которые можно на нем проехать («Consumption»), пройденный километраж. Служит он и картой системы навигации. Благодаря Prius второго поколения, автомобиль приобрел всемирную известность.
Но, даже такая высокая оценка не заставила специалистов компании остановиться. Спустя почти двенадцать лет после дебюта удивительного авто, презентовали Гибридную Тойоту Prius третьего поколения, в котором они постарались по максимуму сохранить всю самобытность образа предшественника, внеся в него новые черты.
Prius третьего поколения: отличия от Toyota Prius II
Новый автомобиль вырос в длину на 15 мм, стал шире на 20 мм. Не изменились размеры колесной базы и высота машины. Решено было далеко не отклоняться от «треугольного» силуэта эко автомобиля. Как будто легкий штрих соединил передние фары с задними, добавив в очертания некую пикантность. В отличие от гибридной Тойоты предыдущей, теперь к центру кабины смещена самая высокая точка крыши, ранее находившаяся над головами переднего пассажира и водителя. Это для пассажиров второго ряда обернулось дополнительным комфортом. Теперь высокие пассажиры могут не бояться того, что ударятся головой. Для ног также места стало больше за счет того, что уменьшили толщину спинок передних кресел на 30 мм.
Для водителя также есть новшества: на приподнятую над полом консоль переместили ручку переключения передач, которая ранее находилась на приборной панели. Колеса у гибридной Тойоты, в зависимости от комплектации, могут быть 17-ти или пятнадцатидюймовыми.
В рестайлинговом авто третьего поколения дизайнеры, чтобы несколько освежить внешность автомобиля, дизайнеры изменили головную оптику, обновили материалы отделки салона, изменим местонахождение отдельных элементов, поработали над шумоизоляцией, модернизировали ходовую часть, сделав более жесткой подвеску, добавили объема двигателю (до 1,8 л), мощность которого 99 л.с., а электрического двигателя – 82. При движении на электротяге со скоростью 50 км/ч, запас хода составляет до тех километров.
В переднем бампере гибридной Тойоты появились небольшие выступы, являющиеся не столько элементом дизайна, сколько функциональным нюансом, улучшающим управление потоками воздуха. У новой модели ниже на 0,01 коэффициент лобового сопротивления (Cx=0,25).
Смена названия марки кузова гибридной Тойоты на ZVW30 с NHW20 отражает то, что на смену старому двигателю пришел новый – 1,8 литровый серии N, благодаря которому на высоких скоростях можно снизить расход топлива. Мотор электрический оснастили планетарным редуктором. Дополнена система масляным электронным насосом, инновационной системой рекуперации тепла отработанных газов.
Помимо режима движения на электричестве «EV Mode», теперь есть еще два – экономичный («ECO Mode») и для динамичного вождения — «Power Mode».
Если, при движении в обычном стиле в гибридной Тойоте с подъемами и остановками на 100 км расходуется 4 литра топлива, то в режиме «эко» цифра может сократиться до 1,75 литров.
