Циклический характер работы двс один из его недостатков, но вместе с тем именно благодаря ему в двс реализуются высокие максимальные температуры и давления (стр. 25 из 27)

Рrius снабжен регенеративной «by – wire» тормозной системой для дальнейшего увеличения эффективности системы. Если автомобиль идет накатом, или включается торможение, электромотор переходит в режим генератора и энергия торможения, обычно теряемая, превращается в электроэнергию, которая заряжает батареи. При небольшом нажатии педали тормоза компьютер посылает сигнал системе регенерации для замедления автомобиля. Если требуется большая энергия торможения, компьютер подключает гидравлические тормоза. Передний дисковый тормоз объединяется с задними камерами, блокировочная система (АВС) обычная.

Интерьер отличается удобным расположением передних и задних сидений, обеспечивающих удобный доступ и хороший обзор. Приборы размещены высоко на приборной панели, обеспечивая водителю свободное переключение зрения с дороги на панель. Видeо система расположена ниже 5,8 ^‘’ многофункционального жидкокристаллического экрана, который отображает условия распределения энергии между элементами гибридной трансмиссионной установки.

Устройство THS (Toyota Hybrid System)

Базовая конфигурация THS Рrius’a такая же, как у модели 1997 MY 1998.. Эта система является комбинацией параллельной и последовательной гибридных схем. Бензиновый ДВС приводит колеса и генератор, причем генерируемая электроэнергия используется для привода электромотора непосредственно или энергия превращается в постоянный электрический ток и запасается в высоковольтном блоке батарей. В Рrius-2001 мощности и КПД ДВС и тягового мотора значительно улучшены для достижения лучшего расхода топлива и снижения токсичных выбросов, в соответствии с идеями инженера Тойота Shinichi Abe. Вся трансмиссия, включающая устройство разделения потоков мощности, генератор, понижающая передача, была смонтирована с целью получения наибольшей компактности. Улучшение основных компонентов машинотрансмиссионной установки позволили получить характеристики, которые эквивалентны автомобилю с 1,8 л рядным двигателем и автоматической трансмиссией, в соответствии с Abe. В двигателе были сделаны изменения, увеличившие мощность за счет увеличения частоты вращения с 4000 до 4500 мин^-1, оптимизации фазы закрытия впускных клапанов с использованием системы VVT-i ( переменные фазы газораспределения ) и оптимизацией степени сжатия. Фазы газораспределения были улучшены увеличением рабочего угла VVT-i, увеличив таким образом объем всасываемого воздуха. Степень сжатия была уменьшена с 13,5 до 13,0, так как увеличенное количество всасываемого воздуха сделало двигатель чувствительным к преждевременному воспламенению.

Так как частота вращения вала ограничена 4500 мин^-1, многие детали имели более низкий уровень напряжений. Поэтому коленчатый вал имел меньший диаметр, поршневые кольца имели меньшую высоту, пружины клапанов имели более низкую нагрузку по сравнению со стандартными высокооборотными двигателями. Эти нововведения привели к снижению потерь на трение и к повышенной экономичности.

Базовая конструкция электромотора та же самая, но его механическое и электромагнитное исполнение были пересмотрены. Улучшенный мотор управлялся импульсно-широким модулированным сигналом (PWM) в области низких частот вращения и одноимпульсным методом в области высоких частот вращения. Его предшественник управлялся только методом PWM. Это позволило применить в новом электромоторе на 27% большее базовое напряжение в высокооборотной области по сравнению с PWM методом и увеличить мощность мотора.

12.1. Топливная экономичность автомобиляPrius

Цикл	Prius2001 (MY01)	MY98
Я понский 10-15	29 км/л	28 км/л
Американский комбинированный	57 mpg	50 mpg
EC	120г/км

Инженеры Тойота увеличили эффективность многих компонентов Рrius’a и перепрограммировали логику системы управления гибридного привода (табл.12.1).

Рис. 12.7. Сравнение топливной экономичности автомобилей Toyota Prius, Honda Insight и др.

Улучшенная экономичность продемонстрирована на рис.12.7, на котором сравнивается расход нового Рrius’a (58 mpq) с другими автомобилями с бензиновыми двигателями в США по ЕРА моде. У предыдущего Рrius’a были только два значения фазы открытия впускных клапанов. Одно - для наилучшей экономичности, другое - для разгона. У нового автомобиля фазы впускных клапанов непрерывно изменяются при изменении частоты вращения и нагрузки с целью достижения требуемых момента и мощности и экономичности. Минимальный расход топлива двигателя 225 г/кВт.час (168 г/л.с.). Базовая конструкция силовой передачи, объединенная с электромотором, не изменена. Однако значительно снижены потери в передаче и улучшены мотор и генератор. Выигрыш в механическом КПД был достигнут благодаря снижению потерь масляного насоса и потерь на перемешивание. Электрическая эффективность улучшена применением новых обмоток и магнитов и новой стратегии управления мотором.

В предыдущем Рrius’е отсек с шестернями определялся от камеры с мотор-генератором для предотвращения обмена маслом между камерами. Однако система уплотнения создавала момент сопротивления. В новом моторе был изменен резиновый уплотняющий материал. Отсюда отпадала необходимость в масляных уплотнителях и механические потери уменьшены. В итоге механические потери сил трансмиссии снижены на 40 %.

Применение одноимпульсного включения позволило переконструировать электромагнитный контур с целью дальнейшего повышения КПД. Увеличение в числе оборотов приводит к падению в потребном токе, снижению потерь в обмотке и инвертор. В общем, увеличение в числе оборотов увеличивает момент при том же уровне тока, но в высокооборотной области то увеличивает возбуждаемую ЭДС и понижает мощность.

Рис.12.8. Режимы работы ГСУ автомобиля

Повышение эффективности на низких частотах вращения были значительными и дали большой выигрыш в расходе топлива. КПД силового привода, включая электрические системы на 19% выше при скорости 69 км/ч и почти на 9% выше при движении со скоростью 120 км /ч .

В дополнение к совершенствованию двигателя и передачи, было улучшено управление гибридной системой. Путем увеличения частоты вращения генератора, инженеры Тойота смогли увеличить с 45 до 65 км/ч скорость, при которой разрешалась работа ДВС в режиме «stop and go» и расшить фазу электродвижения (рис.12.8).

Хотя силовая передача Рrius’a была спроектирована в 1997 году как компакт, блок батарей был смонтирован позади сиденья, что ограничило объем багажника. Новый прямоугольный блок батарей позволил не уменьшать багажник и ввести новый Рrius в ЕРА класс компакт. Предыдущая конфигурация батарей состояла из 7,2 -V цилиндрических модулей, в свою очередь, состоящих из шести 1,2 V цилиндрических ниrель-металлгидридных батарей, объединенных в сборки. Сорок таких модулей были вставлены в так называемые каркасы, соединены в серии. В отличие от этого, базовые нового автомобиля представляет 7,2 - V моноблочный модуль. Модуль тонкий, что имеет большую поверхность для рассеивания теплоты. Они изготовлены из резины, которая устойчива от воздействия щелочного электролита и хорошо изолирует элементы, хорошо принимает требуемые формы и имеет малый вес. Объединяя эти батареи в блок батарей, прямоугольные модули плотно компонуются и требуют минимальный объем для охлаждения. Тридцать восемь модулей собираются в сборки и образуют один компактный блок батарей.

Для обеспечения электробезопасности высоковольтные элементы системы закрываются в блок. Эти детали содержат системное главное реле (SMR) с встроенным датчиком зарядки и батареи ECU ( блок электронного управления). Вентилятор для охлаждения батарей помещен внутрь блока батарей для более эффективного использования внутренних мертвых объемов.

Внутреннее сопротивление батарей было понижено и их характеристики по сравнению с батареями цилиндрического типа были значительно улучшены (рис.12.9). Хотя количество модулей в блоке батарей было снижено с 40 до 38, равные или даже лучшие характеристики получены.

Рис.12.9. Зависимость между напряжением и временем разрядки при постоянной мощности разрядки

Поскольку количество модулей было снижено без уменьшения выходного напряжения, следовало сделать изменения без изменения показателя электрических компонентов автомобиля.

Для Северной Америки, где автомобили должны иметь лучшие характеристики при движении по пересеченной местности, необходимо было обеспечить максимальный ток от преобразователя. По сравнению с предыдущим инвертором были улучшены показатели систем охлаждения снижением гидравлических потерь в системе охлаждения, улучшением характеристик водяного насоса.

Ближе к нулевым выбросам токсичных веществ

Инженеры Тойота учитывали не только действующие ограничения эмиссии вредных веществ, но и ожидаемые в различных рынках (гл. образом Японии, США, Европы) для постановки целей в своих разработках. Они достигли поставленных целей оптимизацией количества благородных металлов в катализаторах, НСАС системы, снижения испарения бензина в баке. Выпускная система SULEV состоит из начального «стартерного» катализатора с высокими характеристиками, имеющего сверхтонкие стенки и высокоплотные ячейки, встроенные в выпускной трубопровод с кислородными датчиками на входе в нейтрализатор и выходе из него.