Планетарная коробка передач на Toyota Prius: стоимость обслуживания и ресурс

Гибридный Toyota Prius стал одним из первых автомобилей, объединивший в себе бензиновый двигатель внутреннего сгорания и электрические моторы. Машина необычная, начиная от силовых установок, и заканчивая трансмиссией. Тойота Приус получил автоматическую трансмиссию, однако традиционной и привычной для автомобилистов как таковой коробки передач в ней нет – ни гидроавтомата, ни вариатора, ни робота. Подобные агрегаты также не получится найти, к примеру, в трамвае, троллейбусе и другом транспорте, работающем за счет электрической тяги. Отсюда у владельцев авто возникает вполне логичный вопрос: «стоит ли обслуживать коробку передач на Приус?». В этой статье ответим на популярный вопрос, а также расскажем о ресурсе трансмиссии гибрида.

Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус?

Для того чтобы разобраться, как работает гибридный Тойота Приус, понадобится ознакомиться с базовыми компонентами установки. Она включает в себя бензиновый мотор и два мотор-генератора.

Принцип действия ДВС основан на использовании цикла Аткинсона. В качестве топлива допускается использовать бензин марок АИ-92 и АИ-95. Силовой агрегат отличается сниженным уровнем токсичности, экономичным расходом и высоким коэффициентом полезного действия. Функционал планетарной передачи позволяет передавать вращательный момент на колеса автомобиля, а также обеспечивать работу мотор-генератора. Это способствует выработке электрической энергии для поддержания заряда аккумуляторной батареи, функционирования климатической установки и других электроприборов.

Мотор-генератор №1 и №2

Первый предназначен для запуска ДВС, выступая в роли классического стартера. Также он обеспечивает работу мотор генератора №2, при снижении заряда АКБ. Еще одной функцией электродвигателя №1 является выработка электрической энергии для передачи заряда аккумуляторной батареи.

Второй мотор-генератор обеспечивает непосредственную передачу вращательного момента на колеса, беря энергию из ВВБ.

Принцип работы электромоторов Тойота Приус основан на взаимодействии электромагнитных полей. Для этого используются мощные неодимовые магниты в роторе. Обмотка статора состоит из медных проводников. Оборудование может работать в двух режимах:

Генераторный – происходит выдача трехфазного переменного напряжения с выводов статора. Оно преобразуется в постоянное, за счет применения конвертора. В дальнейшем выработанная энергия направляется на поддержание работы электрооборудования и заряд АКБ;

Двигательный – мотор-генератор получает трехфазное питание на обмотку статора, далее начинает вращаться ротор. Это происходит за счет взаимодействия магнитных полей. В результате получается кинетическая энергия.

Планетарная «коробка передач»

Сложная конструкция планетарного механизма обеспечивает качественное функционирование гибридной установки. Редуктор разработан таким образом, чтобы подключать бензиновую установку исключительно для обеспечения работы генератора или вращения колес. При этом последний режим используется только при наборе оптимального числа оборотов 2ZR-FXE. Указанный показатель находится на уровне от 2000 об/мин.

Принцип распределения работы моторов Тойота Приус гибрид, благодаря конструкции планетарного механизма, выглядит следующим образом:

• передвижение машины на низких скоростях осуществляется на электротяге;
• для обеспечения набора скорости и ее поддержания используется дополнительная энергия от генератора, который двигается с помощью ДВС.

При этом главной чертой планетарного устройства является отсутствие непосредственной связи между бензиновым агрегатом и приводом колес.

Классификация по степени электрификации

Разбираясь в особенностях гибридных двигателей, поговорим и о различном применении электромоторов. Степень электрификации машины указывает на возможности электрической установки. В одном случае, она идёт как приложение, в другом — позволяет полноценно передвигаться на электротяге. Чтобы понять насколько прогресс ушёл вперёд, рассмотрим этапы электрификации последовательно.

Микрогибрид

Двигатель-микрогибрид представляет собой простейшую форму гибридизации. Автомобиль оснащается системой «Старт-Стоп», в которой электрическая установка используется, как стартер и генератор, но не передаёт энергию колёсам. Во время работы машины на холостом ходу блок управления глушит бензиновый двигатель, позволяя сэкономить топливо. В среднем расход в городе снижается на 10%.

Энергия, сохранённая от рекуперативного торможения, питает систему «Старт-Стоп» и бортовые устройства.

В силовую установку микрогибрида устанавливают штатную коробку передач с импульсным масляным насосом. В режиме «Старт-Стоп», пока двигатель не работает, необходимо сохранить элементы переключения включенными. Насос поддерживает давление масла в каналах КПП, чтобы после запуска двигателя, автомобиль был готов ехать спустя 0,3 с.

Мягкий гибрид

Термин «мягкий» или «умеренный» гибрид означает, что электромотор используется в автомобилях как лёгкая «поддержка» ДВС. Основную работу в режиме ускорения и штатного движения выполняет бензиновый двигатель. Суть использования электрической установки — помощь при трогании и ускорении автомобиля, а также для подзарядки батареи во время торможения. Мощность электродвигателя не превышает 50 кВт.

Похожая статья Двигатель 1AZFE: ресурс, характеристики и проблемы

К гибридам подобного действия относятся: BMW 7 ActiveHybrid, Honda Civic Hybrid, Suzuki Smart Hybrid, Mercedes S 400 Hybrid.

Полный гибрид

Полноценный гибридный автомобиль способен работать на одном тяговом электромоторе при выключенном ДВС. Электрический двигатель заменяет сцепление, работает как генератор для заряда аккумуляторных батарей, в том числе в режиме рекуперативного торможения. В отличие от умеренного гибрида, здесь применяется электромотор мощностью 60 — 250 кВт.

Принцип полного гибрида реализован в Audi A1 и BMW X6 ActiveHybrid. В такие гибриды устанавливают мощные литий-ионные аккумуляторные батареи. Однако, при ёмкости в 12кВт/ч, накопитель электроэнергии сможет обеспечить пробег автомобиля не более 60 км. При низком уровне заряда ДВС подключается автоматически, но чтобы снизить потребление топлива и увеличить пробег электрического мотора, инженеры разработали Plung-In.

Гибриды плагины

Plung-In или гибрид-плагин по принципу работы схож с полным гибридом. Разница заключается в возможности подзарядки аккумулятора от внешней сети. Расстояние, которое может проехать машина на одной электрической тяге, характеризуется показателем PHEV.

Чтобы превратить гибридный двигатель в Plung-In, необходимо поставить дополнительное оборудование: зарядное устройство, дополнительный блок управления и блок батарей. Розетка для заряда располагается возле лючка для заправки топливного бака. Для подпитки батареи можно использовать домашнюю электросеть, учитывая рекомендации производителя.

Описание режимов работы гибридной силовой установки

В указанном разделе рассмотрим, как работает гибридная установка Тойота Приус в различных режимах. Среди них:

начало перемещения с запуском ДВС;

старт на электротяге и движение на высокой скорости;

запуск 2ZR-FXE на ходу;

Начало движения с запуском ДВС

Данный режим используется при недостаточном заряде АКБ для старта с места Тойота Приус. В этом случае гибрид работает следующим образом:

• За счет действия мотор генератора №1 осуществляется вращение планетарного механизма, который запускает двигатель внутреннего сгорания;
• Силовой агрегат внутреннего сгорания начинает разгонять мотор-генератор №1, что сопровождается переходом последнего в генераторный режим. Далее происходит выработка требуемого количества электрической энергии для заряда АКБ и обеспечения работы второго мотор генератора;
• 2ZR-FXEможет работать исключительно для обеспечения работы первого мотор генератора и поддержания требуемого напряжения в электрической сети Тойота Приус.

Старт на электротяге и езда на высокой скорости

Электротяга гибридной установки Toyota Prius работает при старте машины с места в следующей последовательности:

• Езда начинается при заглушенном бензиновом агрегате;
• Электродвигатель №2 приводит в движение колеса и электромотор №1 через шестеренчатую передачу планетарного механизма. Указанный процесс обеспечивается запасенной энергией аккумуляторной батареи. При этом происходит преобразование напряжения из постоянного в переменное.

Для обеспечения движения Приус на высокой скорости, когда достигаются допустимые обороты электродвигателя №1, используется следующий принцип:

• Мотор-генератор №2 посредством шестерен переключается на вращение первого с кратностью 2.6;
• Это обеспечивает уменьшение скорости вращения электромотора №1 в 2.6 раз, по отношению ко второму. Максимально допустимое число оборотов для первого электродвигателя составляет шесть тысяч, набираемых при скорости в 64 км/ч.

Prius a/v

Универсал Prius α (Alpha) был представлен на внутреннем рынке весной 2011 года. Стандартную батарею заменили на более компактную, литий-ионную. Этот же автомобиль, но под названием Prius v поступил в продажу в США уже в конце того же года, а летом следующего, 2012-го, был представлен в Европе как Prius+.

Двигатели, устанавливаемые на Prius «альфа»:

Двигатели, устанавливаемые на Prius «ви»:

Устройство гибридного автомобиля

Давайте попробуем разобраться, каким образом при повышении мощности машина может расходовать бензин на уровне малолитражки. Устройство гибридного автомобиля Тойота Приус состоит из:

• двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
• электромотора;
• планетарного редуктора (делителя мощности);
• генератора;
• инвертора;
• аккумуляторной батареи.

ДВС и электромотор могут работать одновременно, поочередно и дополнять друг друга при необходимости. В гибридном устройстве, крутящий силовой момент на колеса может передаваться от электромотора и ДВС напрямую в различных пропорциях.

Это осуществляется с помощью планетарного редуктора (делителя мощности), который состоит из набора шестерней. Четыре из них присоединены к бензиновому двигателю, а наружная — к электромотору. Еще один сателлит присоединен к генератору, который при необходимости посылает энергию на электромотор или заряжает батарею.

Одним из главных достоинств Приуса можно считать то, что в отличие от электромобилей, для зарядки гибридного автомобиля не требуется подключение к сети питания. Процессор, управляющий всеми действиями машины, подзаряжает при необходимости аккумулятор от ДВС.

Типы гибридных агрегатов

Гибридные двигатели различаются по типу применения и компоновочной схеме. По первому критерию гибриды делятся на микрогибриды, умеренные гибриды и полные гибриды. Более подробно о них поговорим ниже.

Применение разных компоновочных систем гибридных двигателей отражает уровень развития гибридизации, суть которой заключается в желании производителей перевести автомобиль на альтернативный источник энергии. Наиболее прогрессивными в плане разработок являются компании Тойота, БМВ, Хёндай, Вольво.

Принцип работы гибридного автомобиля

Основная задача инженеров Toyota состояла в том, чтобы создать экономичную машину, которая на трассе не уступала бы мощным «железным коням», но при этом имела бы небольшой расход двигателя. Для этого было использовано сочетание ДВС и электромотора. Чтобы достичь максимальной эффективности, в Тойоте Приус оба источника мощности могут работать отдельно, вместе и параллельно.

Итак, принцип работы гибридного Тойота Приус. Запуск двигателя и разгон автомобиля производится с помощью тягового электромотора. Он вращает внешний сателлит планетарного редуктора и передавая, таким образом, крутящий момент на колеса. Но на аккумуляторе далеко не уедешь. Поэтому, как только автомобиль набрал скорость, в дело включается ДВС.

Совместное использование электромотора и ДВС позволяют добиться максимального КПД (коэффициента полезного действия) всей системы, поскольку. При нажатии на тормоз двигатель внутреннего сгорания отключается и происходит так называемое рекуперативное торможение (вся энергия от сопротивления преобразуется в электрическую), при котором электродвигатель, работая в режиме генератора, заряжает аккумуляторную батарею.

Если автомобилю снова требуется повышенная мощность, например для обгона, вновь включается электромотор, энергии которого вполне хватает для резкого набора скорости. Схемы работы гибридных автомобилей были рассчитаны для увеличения экономичности авто и снижения выброса углекислого газа в атмосферу. При повышении расхода топлива (при нажатии на педаль газа), управляющий компьютер посылает сигнал на делитель мощности и включает электрический источник, что позволяет ДВС работать в режиме без нагрузок.

Prius PHV/Prime

Летом 2007 года Toyota представила общественности прототип под названием Prius PHV (Plug-in Hybrid Vechicle), созданный на базе классической модели второй генерации. Автомобиль получил увеличенную аккумуляторную батарею, заряжаемую от внешней электросети.

В начале 2012 года, ограниченные партии «подзаряжаемого гибрида» стали предлагаться на ключевых рынках компании Тойота: в Японии, Северной Америке и Европе. Автомобиль мог проехать около 25 километров только на одной электротяге и полностью заряжался всего за 1.5 часа.

Обновленная версия Prius PHV, созданная на базе классической модели четвертого поколения, но с вдвое большей литий-ионной батареей, была представлена в феврале 2021 года. В режиме электротяги, новая батарея позволяла проезжать до 68 километров. Довести ее заряд до максимума от бытовой электросети можно было в диапазоне от 2 до 14 часов. В Северной Америке Prius PHV продается как Prius Prime.

Двигатели, устанавливаемые на Prius PHV:

Двигатели, устанавливаемые на Prius Prime:

Двигатель (ДВС)

Тип двигателя Тойота гибрид — Hybrid Synergy Drive (гибридный синергетический привод), позволяющий сочетать два источника мощности: ДВС и электромотор. Давайте выясним, какие топливные двигатели устанавливаются на Приус.

В середине 50 годов прошлого столетия инженер Ральф Миллер предложил усовершенствовать идею Джеймса Аткинсона . Суть идеи выражалась в повышении эффективности ДВС путем сокращенного хода сжатия. Именно этот принцип, который теперь часто именуют циклом Миллера/Аткинсона, используется в гибридных двигателях компании Тойота.

Итак, Тойота Приус гибрид, как работает двигатель этого автомобиля. В отличие от других моделей ДВС, процесс сжатия в цилиндре начинается не в момент начала движения поршня вверх, а несколько позже. Поэтому перед закрытием впускных клапанов часть смеси из топлива и воздуха выходит обратно во впускной коллектор, что позволяет увеличить время, в которое используется энергия давления расширяющих газов. Все это обуславливает значительное повышение КПД двигателя, увеличение экономичности агрегата, а также повышает крутящий момент.

Характеристики двигателя:

• Объем — 1794 куб см.
• Мощность (лс/Квт/об мин) — 97 / 73 / 5200.
• Крутящий момент (Нм/об мин) — 142/4000.
• Подача топлива — инжектор.
• Топливо — бензин АИ 95, АИ — 92.

Расход Тойота Приус гибрид на 100 км в городском цикле составляет 3,9 л, по трассе — 3,7 литров.

Замена масла в коробке

Для замены масла в планетарной КПП потребуется оригинальный смазочный материал Toyota ATS WS или качественный аналог, например, Idemitsu ATF Type TLS-LV. Оригинальный материал обойдется примерно в 400 рублей за 1 литр. Артикул для покупки – 0888680807. Тема выбора трансмиссионного масла в коробку всегда была актуальной. Водители обычно не знают, продукт какого бренда лучше всего приобрести – оригинал или не оригинала.

Масло Idemitsu ATF Type TLS-LV является полным аналогом оригинального Toyota ATS WS, по рецептуре и составу максимально близко находится к рекомендованной самим изготовителем смазочной жидкости. Для заказа одного литра масла в интернет-магазине используйте артикул 30040096-750. Примерная стоимость – 550 рублей.

Также потребуются:

• уплотнительные шайбы (90430-18008) под сливную и заливную пробку;
• при откручивании сливной пробки могут повредиться грани, поэтому лучше всего заранее приобрести новый экземпляр (артикул 90341-18051).

Выполнить всю работу по замене ATF можно самостоятельно, все довольно легко и просто откручивается. Кроме нового ATF масла также нужно вооружиться следующим инструментом:

• ключ-шестигранник на 10 мм;
• головка на 10 мм;
• съемник клипс;
• шланг не менее 1 м;
• воронка и ветошь по желанию.

Из коробки нужно слить старое масло, предварительно открутив две пробки. После чего берется шланг на 1 м и наружным диаметром не более 16 мм. Шланг протягивается и фиксируется воронка, затем заливается новая жижа. Полный заправочный объем составляет примерно 3.7 литра, если авто взять на домкрат, то влезут все 4 литра из-за образовавшегося наклона. Дальше остается сменить уплотнительную шайбу заливной пробки коробки передач и вставить её обратно на место. Ветошью тщательно протрите следы потеков жидкости и вкрутите заливную пробку.

Электромотор автомобиля Тойота

Конструкция гибридного синергетического привода предусматривает использование тягового электродвигателя. Мощность электромотора Тойота Приус- 56 кВт, 162 Нм. Этот агрегат обеспечивает движение автомобиля со старта и до набора постоянной скорости, включается, когда машина идет на обгон и участвует в торможении. Вся система Тойоты Приус продумана до мельчайших деталей. Зарядка гибридного автомобиля осуществляется в процессе движения, от ДВС через управляющий генератор.

2ZR-FXE

Первый двигатель линейки 2ZR вышел в 2007 году. Силовой агрегат с индексом 2ZR-FXE выпускается с 2009 года в Китае и США. Мотор является аналогом 2ZR-FE, но предназначен для установки на гибридные машины. Также, как и 1NZ-FXE, ДВС работает по циклу Аткинсона.

По сравнению с третьим поколением Prius, для которого 2ZR-FXE и был разработан, в 2011 году двигатель был полностью переделан, чтобы обеспечить значительно лучшую экономию топлива. В агрегате была применена масса инноваций и улучшений, которых раньше и в помине не было за все года.

Кстати, на китайском рынке 2ZR-FXE предлагается под индексами – 5/8ZR-FXE.

Типичные неисправности двигателей 1NZ-FXE и 2ZR-FXE

Насчет типичных неисправностей этого двигателя от Toyota, стоит сказать, что при выходе из строя даже одного из многочисленных датчиков, силовая установка полностью прекращает работать. Естественно, диагностировать подобную неполадку совсем непросто.

Также среди недостатков можно упомянуть такие проблемы, как: преждевременный выход из строя маховика; цепь, которая имеет свойство растягиваться; ремень генератора – тоже быстро изнашивается. Остальные минусы установки строго индивидуальные и зависят от регулярности технического обслуживания, а также от качества топлива и масла.

Посторонние шумы на средних оборотах тоже не редкость для 2ZR-FXE. Чаще всего причиной является ослабшая цепь газораспределительного механизма, либо изношенный ремень генератора. При выявлении причины неестественных звуков, следует произвести подтяжку, либо замену приводных деталей.

Плавающие на холостом ходу обороты чаще всего свидетельствуют о неисправности заслонки.

Иногда, помимо чистки дроссельной заслонки, может потребоваться проверка датчиков. Кроме того, нередко, уже после 50 тыс. км. пробега, может начать подтекать помпа. Ее лучше заменить в самые короткие сроки, иначе возможен выход из строя термостата, из-за чего двигатель не будет прогреваться до нужной температуры, а это может способствовать заклиниванию клапанов.

Аккумуляторная батарея

Гибрид оснащен двумя аккумуляторами (основным высоковольтным и вспомогательным), оба находятся в багажнике автомобиля. Основное устройство аккумуляторной батареи автомобиля изготовлено из никель-металл-гидридного сплава и имеет емкость 6,5 А/ч, напряжение 201, 6 В. Этот агрегат имеет собственную систему охлаждения. Внутри высоковольтной батареи находится контроллер, управляющий процессом зарядки каждой ячейки (блока) всего 168 ячеек.

Расход и восстановление энергии аккумулятора контролирует управляющий процессор автомобиля. Аккумуляторная батарея Тойоты Приус не требует подзарядки от электрической сети, этот процесс осуществляется во время движения и торможения (большей частью) транспортного средства. Вспомогательный аккумулятор: 12 В (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).

Заключение

Несмотря на достаточно высокую стоимость, гибридные автомобили вызывают все больше интереса у покупателей. В сравнении с другими гибрид-автомобилями, Тойота Приус действительно потребляет значительно меньше топлива, и обладает низким уровнем выброса углекислого газа.

Гибрид модели Toyota Prius за три ее поколения успели настолько усовершенствовать, что сегодня этот силовой агрегат можно встретить и в ряде более популярных массовых моделях Toyota. Так в чем же конструктивные ноу-хау тойотовского гибрида?

Гибридный силовой агрегат Toyota включает в себя ДВС, два электромотора и планетарный механизм.

Конструкция

Гибридная силовая установка Toyota Prius представляет собой последовательно-параллельную конструкцию (комбинированная), в которой крутящий момент на колеса может передаваться от двигателя внутреннего сгорания напрямую и от тягового электромотора в любых пропорциях. Для реализации работы по такой схеме в конструкцию силовой установки был внедрен, так называемый, делитель мощности. Это планетарный механизм с четырьмя шестернями-сателлитами. К наружной шестерне этого механизма подключен тяговый электродвигатель. Так же она непосредственно связана с главной передачей, которая передает крутящий момент к межколесному дифференциалу и далее на колеса. Четыре сателлита в этой конструкции подключены к двигателю внутреннего сгорания, т.е. их оси вращаются вокруг оси центральной солнечной шестерни. Последняя, в свою очередь, связана с управляющим мотор-генератором. Чтобы понять, как эта конструкция работает, следует по отдельности рассмотреть режимы ее работы.

Ремонт планетарной коробки

Трансмиссия Toyota Prius не требует особого обслуживания и ухода, в целом, цены на расходные материалы доступные, да и найти подходящее трансмиссионное масло вместе с фильтром сегодня не проблема. Но даже при условии качественного и своевременного обслуживания временами могут возникать поломки. Одна из наиболее частых причин обращения автомобилистов в СТО за помощью профессионалов – странные звуки, которые издает автомобиль во время движения.

Нередко причина излишней шумности кроется в изношенной втулке, опорного кольца конического подшипника. В таком случае необходимо сразу отправиться на СТО для диагностики агрегата. Предварительный диагноз коробке передач можно поставить, сняв поддон. Обильное количество магнитных и не магнитных продуктов износа укажет на механический износ внутренних составляющих. Без ремонта коробки не обойтись. Иногда возникает потребность в новой КПП, поскольку старую ремонтировать уже нет никакого смысла. За контрактную коробку в хорошем состоянии придется заплатить около 50 тысяч рублей.

Трансмиссия Toyota Prius

В последнем обновлении Toyota Prius трансмиссия стала компактнее и эффективнее

edit this post

Технические характеристики

Toyota Prius XW10 отличалась неплохими техническими характеристиками и при первом тестировании (только при первом!) вызывала восторженные отклики экспертов и журналистов.

Габариты

Prius 10 имел следующие характеристики:

• размеры кузова (мм) – длина (4275), ширина (1695) и высота (1490);
• размеры пятиместного салона с двумя рядами сидений – длина (1850), ширина (1400) и высота (1250);
• клиренс – 140 мм;
• колесная база – 2550 мм;
• радиус разворота (минимальный) – 4,7 м;
• объем бака – 50 л (в заполненном состоянии).