Конструктив: как устроена гибридная трансмиссия? Toyota Prius_ч.3. От NHW10 до ZVW50

На канале в предыдущих статьях мы с Вами рассматривали Toyota Hybrid System (THS) 1-й версии. Сейчас предлагаю проследить, как менялась THS при смене поколений автомобиля Prius от I поколения (nhw10) до актуального IV (zvw50), что оставалось неизменным, а что претерпело значительные перемены.

Для тех, кто впервые на канале – часть 1 про THS, часть 2 про PSD.

Так выглядят гибридные системы THS автомобилей Prius. Заметьте, что из поколения в поколение менялись размеры, менялась компоновка. Подробнее читайте далее.

Как менялась гибридная трансмиссия THS?

Toyota с каждым новым поколением стали дорабатывать гибридную установку. Первых 2 поколения внешне очень похожи, III поколение принесло видимые глазу отличия по компоновке, а вот в IV автопроизводитель решил пересмотреть свои технические решения и выпустил переосмысленную конструкцию.

Так выглядит I и II поколение THS (Prius nhw10,11,20). Разница в деталях: разные мощности компонентов, разные скорости вращения, но принцип един.

I и II поколение THS (Prius nhw10,11,20) мы с Вами рассмотрели в предыдущих статьях на канале. Ниже по тексту будут приведены различия по каждому из компонентов.

Далее в тексте я буду использовать устоявшиеся названия компонентов, как это делает Toyota: где Генератор - MG1, Электродвигатель - MG2, ДВС - ICE, Планетарный редуктор - PSD (Power Split Device), или их русскоязычные созвучные аналоги.

III поколение гибридной трансмиссии Toyota Prius. Обратите внимание на примкнувший к MG2 компонент. Подробнее его назначение мы рассмотрим ниже.

Кинематика III поколения при всей похожести утратила цепь и обзавелась дополнительным компонентом: планетарным редуктором тягового электромотора (редуктор MG2 на картинке выше).

В IV поколении производитель решил отказаться и от такого решения, заменив планетарный редуктор на вальную компоновку и перенеся один из электромоторов с общей оси вращения ДВС в сторону. Это позволило сократить кол-во зубчатых зацеплений и повысить общий КПД системы.

В nhw10,11,20 от MG2 до дифференциала 1 цепная передача и 2 зубчатых зацепления, в zvw30 – планетарный редуктор MG2 и 2 зубчатых зацепления, в zvw50 – только 2 зубчатых зацепления!

А как поменялся при этом PSD ?

Никак! Этот узел дошел до IV поколения почти в неизменном виде: он по- прежнему связывает три основных компонента между собой.

IV поколение гибридной трансмиссии Toyota Prius. Обратите внимание, что MG2 уехал в сторону относительно общей для ДВС и MG1 оси. Теперь MG2 и PSD связывает самый обыкновенный вал с зубчатыми колесами, который, в том числе, передает мощность на дифференциал автомобиля.

Как менялся ДВС?

Все поколения в одной таблице. Можете понаблюдать, как изменялись параметры ДВС при смене поколений.

Оказывается, экономить проще, если ДВС обладает большей мощностью и большую часть времени работает «без надрыва». К III поколению увеличили объем ДВС с 1,5 до 1,8л, а мощность стала подпирать 100л.с., зафиксировавшись в двух последних поколениях ок. 72 кВт.

Параллельно с поиском оптимальной мощности шли работы на повышение общего КПД, добившись хорошего результата 40%.

Как менялся MG2?

Значительные изменения тягового мотор-генератора MG2 начинаются со II поколения гибридной трансмиссии

По аналогии с ДВС MG2 наращивал мускулатуру вплоть до nhw20, в котором достаточно сильно подняли напряжение питания, что позволило сохранить сравнимые с I поколением габариты. Это повышение напряжения достигается за счет бустера, расположенного в инверторе, преобразующего «низкое» напряжение высоковольтной батареи в высокое для обновленного MG2 (т.е. 201,6В высоковольтной батареи ВВБ преобразуются в 500В).

В zvw30 вновь видим рост мощности, но и сильную потерю в тяге. В конструкции появился планетарный редуктор (рассматривали ранее), который понижал увеличившуюся скорость вращения и, тем самым, повышал крутящий момент так, что к колесам приходит даже больше Н*м, чем у nhw20. Также такое решение уменьшает в габаритах MG2 на 27%.

Слева MG2 автомобиля nhw20, справа его более компактный и мощный аналог zvw30.

ZWV50 получил еще большее увеличение скоростей вращения и незначительное уменьшение мощности, но, благодаря переосмыслению редукторной части THS, тяга на колесах ничуть не потерялась.

Как менялся MG1?

Самый «малоизученный» компонент, т.к. его характеристики абсолютно нигде не фигурируют, даже в официальных буклетах Toyota, посвященных своим гибридам (MG2 в этом плане повезло больше).

Вектор развития компонента схож с MG2: поиск баланса мощности, увеличение скорости вращения, уменьшение габаритных размеров. Цифры по крутящему моменту MG1, к сожалению, найдены были не все. Жаль, но спецификаций MG1 почти не публикуются, хотя этот компонент очень важен: если он не будет сопротивляться провороту ДВС в механизме PSD, то «бензиновый» крутящий момент просто не пойдет на колеса автомобиля.

Пишите в комментариях, если знаете параметры MG1 для рассматриваемых гибридов!

Слева MG1 автомобиля nhw20, справа его более компактный zvw30.

Что еще менялось внутри?

Только в этой части таблицы становится понятна разница между zvw50 и zvw51. Кстати, достаточно неожиданно, что производитель намеренно снизил суммарную мощность THS (просто складывать мощности ДВС и MG2 не допустимо).

После получения опыта на nhw10 с цилиндрическими батарейными модулями, Toyota стали делать модули из пластин, что заметно снизило вес этих батарей. Фактически в неизменном виде Ni-MH батарея на 6,5 Ач с напряжением 201,6В ставилась на 3 поколения автомобилей (эта информация будет полезна тем, кто считает, что ВВБ в гибридах крайне ненадежны). В последнем IV поколении гибрида одновременно уживаются Ni-MH батарея (страны с суровым климатом) и Li-ion, которая гораздо легче и компактнее.

ВВБ zvw50, как и предыдущие поколения, внутри себя содержит модули пластины, которые могут заменяться по отдельности.

Я писал ранее, что только MG2 всегда жестко связан с колесами в THS (если забыли - перечитайте, как работает PSD). Как Вы могли заметить, рост скоростей вращения ДВС, MG1 и MG2 не мог не сказаться на передаточном числе от MG2 до колес автомобиля, которое выросло с 3,927 до 10,838 (и это на фоне того, что кол-во зубчатых зацеплений уменьшилось).

Предыдущие части – часть 1 про THS, часть 2 про PSD.

P.S.

Ставьте лайк 👍 , подписывайтесь на канал, комментируйте эту статью - это поможет мне понять, на чем стоит остановиться подробнее, какие темы осветить, что Вам, читатели, интересно!