Технологии ремонта и обслуживания гибридных автомобилей. Школа Сергея Гордеева. Урок второй
Продолжаем разговор о технологиях ремонта и обслуживания гибридных автомобилей. Предлагаем освежить в памяти, о чем шла речь в прошлый раз. Тогда мы рассматривали основные виды гибридных схем, использующихся в мировом автостроении – как в экспериментальных разработках, так и в серийных моделях. Основное внимание уделили двигателю внутреннего сгорания. Анализировали конструкции ДВС, применяемые в традиционных автомобилях. Отметили точки неэффективных потерь мощности таких двигателей. Работу закончили обещанием продолжить анализ конструкций ДВС, применяемых в самых успешных образцах гибридного автостроения. Затем планировали познакомить читателя с устройством гибридных автомобилей на примере TOYOTA Prius. Показать основные агрегаты и компоненты, работающие в нем.
Помимо выполнения обещаний, сегодня мы немного поговорим об обслуживании и ремонте гибридного ТС. Уточняем: по мере развития сюжетной линии профессионального цикла статей тема обслуживания и ремонта гибридов будет все более превалировать над теоретическими знаниями. В дальнейшем она станет основной темой лекций. Для тех читателей, кто не знаком с прошлой лекцией, будет полезно познакомиться с аббревиатурой, которой будем придерживаться в рамках данного цикла. Так, разнообразные модификации гибридных автомобилей на рынке специалистами идентифицируются по номеру кузова. Например: TOYOTA Prius NHW10 называют «Prius в десятом кузове», что для чтения не совсем удобно. Поэтому мы во всех лекциях модификацию гибрида будем упрощенно обозначать заглавной буквой «К» с цифрой, соответствующей номеру кузова. Так, TOYOTA Prius NHW10 будет «К10», и т. д. Теперь продолжим.
Итак, следуя задуманному плану, приступим к поискам путей повышения эффективной мощности в ДВС гибридных автомобилей. Таких мы нашли пять. Вот они.
1. Уменьшение массы двигателя
Самым простым способом на таком пути может быть попытка подобрать для ТС двигатель наименьшего объема. Но такой мотор будет лишен возможности обеспечить нужную мощность для ускорения обычного автомобиля на трассе, или эксплуатации его в режиме крутого подъема в гору. Гибридный же автомобиль, для того чтобы помочь ДВС в таких случаях, обращается за помощью к электрическому мотору, который, используя сохраненную в батарее энергию, обеспечивает ТС необходимой мощностью. После резкого разгона или поднятия в гору потребность в дополнительной мощности отпадает и частично разряженная батарея подзаряжается мотор/генератором от вращения двигателя внутреннего сгорания.
Традиционный автомобиль массой, сравнимой с Prius, оснащается ДВС мощностью примерно в 110 л. с. Вместо такого в названном гибриде установлен движок мощностью всего в 78 «лошадей»! Это приближает эффективность работы двигателя существенно ближе к «зеленой зоне», которая соответствует режимам движения по шоссе или в городе. То есть в тех маршрутах, которые по дальности и продолжительности съедают основной объем топлива. А батарея и электромотор поставляют дополнительную мощность по необходимости. Конечно, на это можно возразить, что понижение веса ДВС компенсируется утяжелением автомобиля за счет дополнительных силовых компонентов в виде электромотора и тяговой высоковольтной батареи (ВВБ). Но производители, выполнив на К20 несколько кузовных деталей из алюминия, облегчив блок цилиндров путем применения алюминиевого сплава и на основе других конструктивных и технологических решений, привели массу ТС к уровню соответствия с аналогичными традиционными автомобилями.
Немалая заслуга в эффективности гибридного автомобиля связана с электрически управляемой переменной трансмиссией. Она поддерживает работу ДВС около пиковых значений мощности без потерь эффективности намного лучше, чем обычная ступенчатая коробка передач.
2. Цикл Аткинсона/Миллера. Снижение насосных потерь
Но существуют пределы минимизации размеров ДВС. При их понижении вес тандема «ВВБ – электромотор», который должен компенсировать потерянную мощность, оказывается больше выигрыша от сокращения веса двигателя внутреннего сгорания.
К чему может привести бездумное следование такому пути? А вот к чему. Оперативный ресурс ВВБ ограничен. Затяжной подъем в гору может его исчерпать до того момента, когда автомобиль еще не достиг намеченной высоты. Поэтому, TOYOTA решила оставить на Prius двигатель 78 л. с. и не идти на его дальнейшее уменьшение. Такое решение обеспечивает эффективную пиковую мощность ТС выше любых требований к мощности силового агрегата для неагрессивного движения. Главная засада на этом пути была связана с насосными потерями. Они, как мы уже говорили, серьезно ограничивают мощность ДВС, работающего по циклу Отто. Двигатель же Prius не использует цикл Отто, а работает, скорее, по Аткинсону.
В двигателе Отто топливовоздушная смесь, поступившая в цилиндр в процессе всасывания, запирается впускным клапаном, закрывающимся около нижней мертвой точки. Таким образом, весь объем смеси, поступивший в цилиндр, сжимается и поджигается в момент подачи искры.
В отличие от Отто, режим Аткинсона обеспечивает закрытие впускного клапана не в нижней мертвой точке, а остается на некоторое время открытым даже в момент, когда поршень начинает движение вверх. В результате часть смеси, попавшей в цилиндр для сгорания, вытесняется назад во впускной коллектор и засасывается другим цилиндром для дальнейшего использования. Точка, в которой закрывается впускной клапан в режиме Аткинсона, является величиной переменной. Объем смеси, которая сжата и сожжена, таким образом может быть уменьшен без строгого влияния положения дроссельной заслонки. Этот способ понижения выходной мощности без больших насосных потерь делает двигатель Prius намного более эффективным, чем традиционный двигатель. Он позволяет существенно понизить влияние насосных потерь на мощность силового агрегата.
Мы ранее говорили, что двигатель Prius реализован в очень близкой конфигурации и в размерных параметрах к двигателю Echo. После подробного обсуждения цикла Аткинсона читателю должно быть абсолютно понятно, что это два принципиально разных агрегата. В большинстве случаев Prius даст лучшую топливную экономичность, чем Echo, даже при том что двигатель Prius приводит в движение более тяжелый автомобиль, имеющий большие внешние размеры. Хорошая экономичность достигается в Prius не только из-за использования в нем гибридной системы, но во многом из-за конструкции двигателя.
3. Незначительные, но весьма эффективные конструктивные решения. Смещение оси коленчатого вала. Борьба с потерями трения
Незначительные изменения конструкции двигателя позволяют заметно снизить потери трения. Этот специфический источник потерь мощности является самым серьезным. Шатун, связанный с поршнем и коленчатым валом, во время работы воздействует на поршень под разными углами. Чем больше угол между осью шатуна и осью поршня – тем выше силы, которые действуют в направлении перпендикулярном оси цилиндра. Эта сила прижимает поршень к поверхности цилиндра, создавая значительные силы трения. Конструкторы ДВС сместили на небольшое расстояние ось коленчатого вала. Таким способом был уменьшен максимальный угол воздействия шатуна на поршень. Это существенно понизило величину потерь трения. На двигателях Prius используют «сдвинутые» коленчатые валы. Такая конструкция нашла применение в ДВС не только гибридных автомобилей.
Отметим еще одну особенность ДВС гибрида. Максимальные обороты двигателя Prius существенно ниже, чем на других автомобилях. Так, максимальные обороты ДВС таких ТС соответствуют: К10 – 4000, К11 – 4500 (об/мин). Такое решение снижает нагрузки на все элементы двигателя, что позволяет изготавливать их меньшими размерами. Это положительно сказывается на весе агрегата и работает против потерь трения.
4. Устранение обогащения
Так как высокая потребность в мощности достигается в Prius добавлением электромотора и ВВБ к мощности самого ДВС, нет никакой необходимости в использовании обогащенной топливовоздушной смеси. Понижение же мощности силового агрегата происходит путем снижения использования этих дополнительных электрических силовых компонентов. Таким образом, двигатель гораздо чаще, чем традиционное ТС, работает в штатном режиме наивысшей эффективности. Что обеспечивает значительную экономию потребляемого топлива.
5. Отключение цилиндров
В двигателях с большим количеством цилиндров возможно отключение нескольких из них для работы на малой мощности. Это обычно используется на больших и мощных двигателях, чтобы обеспечить хоть какой-то более-менее приемлемый расход топлива. Речь тут идет даже не об усилиях по поиску компромисса между большим и умеренным расходом топлива, а о попытках найти его между большим расходом и ужасным. Prius, имея маленький 4-цилиндровый двигатель, не использует способ отключения нескольких цилиндров. Можно сказать, что он отключает разом все четыре цилиндра, когда движется с помощью мотора, работающего на электрической энергии.
Чтобы подытожить разговор о двигателях, работающих в цикле Аткинсона, следует сообщить следующее. Почему такие моторы нашли столь мизерное применение в автомобилестроении? Отвечаем: они имеют существенный недостаток, который удалось преодолеть только в гибридных схемах. Двигатели Аткинсона не способны работать на малых оборотах. Понять причины такой особенности мотора читателю, знакомому с общим устройством ДВС, весьма несложно. Если кто-то из них об этом не знал – после короткого анализа предоставленной журналом информации сам сможет ответить на эту загадку. Дадим читателю поразмышлять. Мы же сообщим, что с этой существенной конструктивной проблемой ДВС, работающего в цикле Аткинсона, в гибридном автомобиле «борется» электродвигатель. Таким образом, такое ТС впитало в своем конструктиве все достоинства каждого компонента силового агрегата, минимизировав влияние их недостатков.
На этом разговор о ДВС гибрида не заканчивается. Мы еще не раз будем обращаться к силовому агрегату автомобиля Prius, когда этого потребует тема занятия. Теперь обратимся к устройству гибридных автомобилей и повнимательнее рассмотрим компоненты, из которых они состоят. Обратимся к схеме, которую читатель видел в первой статье. Но тогда она была дана для предварительного знакомства в ряду с другими гибридными решениями. Теперь мы начнем рассматривать каждый компонент в отдельности. Покажем их назначение и способ реализации в конструкции.
На рисунке схематично показан привод Prius. Термин «схематично» здесь означает, что показаны основные компоненты без серьезной детализации. С ними автор картинки обошелся достаточно вольно. В частности, чрезвычайно упрощена часть агрегата, в которой двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение планетарный механизм в устройстве распределения мощности (PSD). Весьма условно показано, как коронная шестерня связана с бесшумной цепной передачей и мотором/генератором MG2. А вот как вал ДВС (синий цвет) проходит сквозь вал MG1 и солнечную шестерню (желтый цвет), чтобы соединиться с водилом сателлитов с другой стороны PSD – показано замечательно. В дальнейшем своей текстовой информацией мы постараемся облегчить читателю понимание режимов работы этой трансмиссии.
Двигатель внутреннего сгорания Prius
Для автомобиля весом 1300 кг Prius имеет весьма скромный двигатель внутреннего сгорания. Такое стало возможным из-за наличия электрических моторов и высоковольтной батареи, которые помогают ДВС, когда необходима большая мощность. На обычном автомобиле двигатель рассчитан на высокое ускорение и движение в режиме крутого подъема, поэтому он чаще всегда работает с низкой эффективностью (КПД). Двигатель Prius мы подробно рассматривали выше, поэтому пойдем дальше.
Моторы/генераторы
Prius имеет два электрических мотора/генератора. Они схожи по конструкции, но отличаются по размерам. Оба – трехфазные синхронные двигатели на постоянных магнитах. Их название кажется сложнее, чем сама конструкция. Ротор (часть, которая вращается) представляет собой большой мощный магнит и не имеет никаких электрических соединений. Статор (неподвижная часть, прикрепленная к корпусу автомобиля) содержит три набора обмоток. В зависимости от сигнала программы процессора мотор/генератор может стать как производителем электроэнергии, так и ее потребителем. Эти свойства, собственно говоря, и отразились в названии агрегата.
MG1 связан с солнечной шестерней устройства распределения мощности PSD. Он – меньший из двух и имеет максимальную мощность около 33 кВт. Обычно он производит запуск ДВС и регулирует его обороты изменением величины генерируемой электроэнергии. MG2 связан с коронной шестерней планетарного механизма (устройства распределения мощности) и далее через редуктор соединен с колесами. Для упрощения понимания запомним, что MG2 всегда (постоянно) связан с колесами автомобиля. MG2 имеет максимальную мощность 50 кВт. Его иногда называют «тяговым электромотором». Обычная роль MG2 в силовом агрегате – приводить автомобиль в движение как двигатель или вырабатывать электроэнергию как генератор при торможении. Оба мотора/генератора имеют жидкостное охлаждение.
Инвертор
Моторы/генераторы, работающие в гибриде, потребляют переменный трехфазный ток. Но ВВБ, как и все аккумуляторные батареи, запасает и отдает постоянный ток. Функцию преобразователя токов в схеме выполняют «инверторы» (силовые модули). Каждый М/Г имеет свой инвертор. Он «узнает» положение ротора от датчика на валу М/Г и управляет током в обмотках мотора так, чтобы поддерживать вращение мотора на требуемой скорости с необходимым вращательным моментом. Используя «самоиндуктивность» моторных обмоток (свойство электрических катушек, которые сопротивляются изменению тока), инвертор может пропускать через обмотку токи бóльшие, чем поступает от батареи. Он работает только тогда, когда напряжение на обмотках меньше напряжения батареи. В таком режиме происходит зарядка ВВБ.
Как известно, величина тока, текущего через обмотки электромотора, определяет его крутящий момент. Особенности такого двигателя становятся чрезвычайно выигрышными по отношению к двигателю внутреннего сгорания. На малых скоростях вращения электромотор способен достигать очень большого крутящего момента. До скорости 18 км/ч MG2 способен создать крутящий момент в 400 Н/м на редукторе. Именно поэтому гибридное ТС может начать движение с хорошим ускорением без использования коробки передач. В одном блоке с инвертором расположен и конвертер, который предназначен для обратного преобразования тока переменного напряжения в постоянный, с величиной напряжения, равной 13,8 В. От конвертера питается вся бортовая сеть автомобиля.
Чтобы немного отдохнуть от теории, пока обратимся к делам практическим.
Инверторы, как и моторы/генераторы, охлаждаются с помощью автономной системы. То есть для охлаждения моторов/генераторов и инвертора в автомобиле выполнен отдельный независимый охлаждающий контур. Он приводится в действие электрической помпой.
Если на К10 эта помпа включается при достижении температуры в контуре охлаждения около 48 °С, то на К11 и К20 применен другой алгоритм ее работы. В этих гибридах помпа начинает работать с момента включения зажигания, даже если «за бортом» температура воздуха соответствует –40 °С. Такая схема существенно снижает ресурс этих устройств. Что происходит при заклинивании или сгорании помпы? По законам физики, охлаждающая жидкость, прогретая от MG1 и (особенно) MG2, поднимается вверх, где находится силовой модуль инвертора. В нем (инверторе) жидкость должна понижать температуру силовых транзисторов, которые под нагрузкой выделяют значительное количество тепла. Если охлаждение транзисторов прекращается, как в случае с вышедшей из строя помпой, они очень резво сгорают. На К11 это самая распространенная поломка. Она на сканере высвечивается ошибкой Р3125 – неисправность инвертора из-за сгоревшей помпы.
На К20 японские инженеры помпу усовершенствовали. К сожалению, надежности от этого добавилось мало. Ресурс помпы вырос всего на 40–50 тыс. км. Тогда TOYOTA провела сервисную кампанию по замене помпы гибридной системы на Prius К20 по всему миру. Поэтому мы рекомендуем механикам, берущимся за ремонт гибридных автомобилей, давать своим клиентам – автовладельцам К11 и К20, такой практический совет: следует взять за правило летом, хотя бы раз в 2–3 дня, приоткрывать капот на 15–20 секунд при включенном зажигании или при заведенном двигателе. Если заметно движение антифриза в расширительном бачке системы охлаждения – все нормально. Если движение отсутствует – эксплуатировать автомобиль нельзя!
Подробно об инвертор/конверторе, его особенностях, способах ремонта и обслуживания мы будем говорить позже.
Теперь от теории отдохнули и можно продолжать. Хотя у нас будут еще не раз обращения к практической информации. На данном этапе развития темы теоретическим знаниям отдается существенно больше времени. Пока без них – никуда.
Высоковольтная батарея
Высоковольтная батарея Prius К10 состоит из 240 элементов номинальным напряжением 1,2 В каждый. Они очень похожи на батарейки для фонарика размера Д. Эти элементы собираются по 6 штук в так называемые «бамбуки» (внешне есть небольшое сходство). Батарея состоит из двух корпусов, в которых находятся 20 «бамбуков».
Общее номинальное напряжение ВВБ составляет 288 В. Рабочее ее напряжение колеблется в режиме холостого хода от 320 до 340 В. При падении напряжения в батарее до 288 В запуск ДВС становится невозможен. При этом на экране дисплея загорится символ батареи со значком «288». Чтобы запустить ДВС в этом случае, японцы в К10 применили штатное зарядное устройство, доступ к которому осуществляется из багажника.
Нам часто задают вопросы, как им пользоваться. Отвечаю: пользоваться им можно только тогда, когда на дисплее горит значок «288». В противном случае при нажатии на кнопку «старт» вы просто услышите противный писк и загорится красная лампочка: «ошибка». Во-вторых, к клеммам маленького аккумулятора нужно подцепить «донора», т. е. либо зарядное устройство, либо хорошо заряженный мощный аккумулятор (но ни в коем случае не пусковое устройство!). После этого при ВЫКЛЮЧЕННОМ зажигании следует нажать кнопку «старт» не менее чем на 3 секунды. Когда загорится зеленая лампочка – пойдет зарядка ВВБ. Закончится она автоматически через 1–5 минут. Этой зарядки вполне хватит для 1–2 запусков ДВС.
Когда мотор запустится, ВВБ будет заряжаться уже от конвертора. Если 2–3 попытки не привели к запуску ДВС и при этом значок «READY» («Готов») на табло не говорит о том, что автомобиль готов к движению, следует прекратить бесполезные запуски и искать причину неисправности.
В К11 высоковольтная батарея состоит из 228 элементов напряжением 1,2 В каждый, объединенных в 38 сборок по 6 элементов, с полным номинальным напряжением 273,6 В. Рабочее напряжение при этом составляет 280–330 В. Сама высоковольтная батарея находится за задним сиденьем.
При этом элементы выглядят не как оранжевые «бамбуки», а представляют собой плоские модули в пластмассовых корпусах серого цвета.
Максимальный ток батареи соответствует 80 А в заряженном состоянии и 50 А при разрядке. Номинальная емкость батареи – 6,5 Ач (ампер/часов), однако электроника автомобиля позволяет использовать только 40% этой емкости, чтобы продлить срок службы аккумулятора. Перемножив напряжение батареи на ее емкость, получим номинальный запас энергии. Он соответствует 6,4 МДж (мегаджоулей), а используемый запас – 2,56 МДж. Этой энергии достаточно, чтобы разогнать автомобиль с водителем и пассажиром до 108 км/ч (без помощи ДВС) четыре раза. Чтобы произвести такое количество энергии, ДВС потребовалось бы приблизительно 230 мл бензина. (Эти цифры приводятся только для того, чтобы представить количество накопленной энергии в батарее.)
Автомобилем нельзя управлять без топлива (органического), даже если стартовать с полного номинального заряда ВВБ на протяженном спуске. Большую часть времени у водителя имеется в распоряжении приблизительно 1 МДж пригодной к употреблению энергии батареи. Очень часто ВВБ попадают в ремонт именно после того, как в бензобаке заканчивается бензин, но владелец пытается «дотянуть» до заправки. В таком случае на табло загорается пиктограмма «Check Engine» и треугольник с восклицательным знаком. Если в этом случае продолжить движение, то элементы разрядятся до напряжения менее 3 В и придут в негодность.
На К20 японские инженеры для увеличения мощности пошли другим путем: они снизили количество элементов до 168, оставив в ВВБ лишь 28 модулей. Но с помощью специального устройства «booster» в инверторе напряжение батареи может повышаться до 500 В. Увеличение номинального напряжения MG2 в кузове К20 позволило повысить его мощность до 50 КВт без изменения габаритов.
Prius также имеет вспомогательную аккумуляторную батарею. Это: 12- вольтная кислотно-свинцовая батарея, емкостью 28 Ач, которая живет в левой части багажника (в К20 и К30 – в правой). Ее функция заключается в том, чтобы запитать электронику и дополнительные устройства, когда гибридная система выключена, и главное реле батареи высокого напряжения отключено. Когда гибридная система работает, 12-вольтным источником служит конвертер. Он также постоянно подзаряжает вспомогательную батарею во время работы. Основные блоки управления обмениваются данными по внутренней CAN-шине. Оставшиеся системы общаются по внутренней сети «Body Eleсtronics Area Network». В ВВБ имеется и свой блок управления, который следит за температурой элементов, напряжением на них, внутренним сопротивлением, а также управляет встроенным в батарею вентилятором. На К10 на самих «бамбуках» установлены восемь температурных датчиков. Они являются терморезисторами. Дополнительный датчик контролирует температуру воздуха вокруг ВВБ. На 11К количество температурных датчиков элементов сократили до четырех, а на 20К – до трех штук.
Устройство распределения мощности
Крутящий момент и энергия ДВС и обоих мотор/генераторов объединены и распределяются планетарным набором шестерен, названным TOYOTA «устройством распределения мощности» (PSD, Power Split Device). И хотя оно достаточно просто в производстве, понять сходу, как работает, не так-то просто. Поэтому уделим ему достаточно времени. PSD позволяет Prius работать одновременно в трех режимах – как последовательный гибрид, как параллельный гибрид и как последовательно-паралельный гибрид. При этом получать преимущества каждого из них.
Так, ДВС может крутить колеса непосредственно (механически) через PSD. В то же время переменное количество мощности можно снять с ДВС, превратив эту энергию вращения в электрическую. Она может заряжать батарею или передаваться к одному из мотор/генераторов, чтобы помогать вращению колес. Гибкость этого механического/электрического распределителя энергии позволяет Prius улучшать показатели топливной экономичности и уменьшать выбросы вредных газов во время движения. Такое невозможно при жесткой механической связи между ДВС и колесами, реализованной в параллельном гибриде. И недостижимо для последовательного гибрида без потерь электрической энергии.
Prius имеет трансмиссию, которую называют CVT (Continue Variable Transmission). На русском языке этот термин звучит как «бесступенчато- регулируемая», или «постоянно-переменная» трансмиссия. Основой ее является устройство распределения мощности PSD. Такая бесступенчато-регулируемая передача работает точно так же, как обычная коробка автомат, за исключением того, что передаточное отношение в ней может меняться непрерывно и плавно, а не в коротких диапазонах шагов: первая передача, вторая, третья и т. д. Позже мы рассмотрим, чем работа PSD отличается от особенностей обычной бесступенчато-регулируемой передачи, т. е. вариатора.
Устали? Отдыхаем опять в практических разделах
Самым задаваемым вопросом по «коробке» автомобиля Prius является следующий: какое масло в нее заливается, сколько его требуется и как часто следует производить замену жидкости? Очень часто среди работников автосервиса бытует такое заблуждение: раз в коробке нет щупа – значит, масло там менять вообще не нужно. Это заблуждение привело к гибели уже не одну коробку.
Поэтому сообщаем, что замену рабочей жидкости в трансмиссии Prius производить нужно! Для модификаций этого ТС марки жидкости и их объемы должны соответствовать: К10 – масло Т-4 / (3,8 л); К11 – Т-4 / (4,6 л); К20, К30 – WS / (3,8 л).
Менять смазку следует через каждые 40 тыс. км. По японским срокам масло меняется раз на 60–80 тыс. км, но для особо тяжелых условий эксплуатации (а японцы относят эксплуатацию автомобилей в России как раз к таким – и мы с ними солидарны), масло положено менять в 2 раза чаще.
Поговорим об основных различиях в обслуживании коробок, т. е. о работах по замене масла. Если в К20, чтобы поменять масло, надо просто открутить сливную пробку и, слив старое, залить новое, то на кузовах К10 и К11 все не так просто. Конструкция масляного поддона на этих машинах выполнена таким образом, что если просто открутить сливную пробку, сольется только часть масла, причем не самого грязного. А 300–400 г самого загрязненного масла с различным мусором (кусочки герметика, продукты износа) останется в поддоне.
Поэтому, чтобы заменить жидкость, нужно снять поддон, слить грязь, почистить его и только тогда установить на место. При снятии поддона мы получаем еще один дополнительный бонус – это возможность продиагностировать состояние коробки по продуктам износа, находящимся в поддоне. Самое страшное для автовладельца – это когда он на дне поддона можно обнаружить желтую (бронзовую) стружку. Это будет означать, что такой коробке жить осталось совсем недолго.
Оригинальная прокладка поддона изготовлена из коры пробкового дуба. Если отверстия на ней не приобрели овальную форму – ее можно использовать повторно безо всяких герметиков. Главное при установке поддона – не перетянуть болты. Иначе можно разрезать прокладку гранями поддона.
Отдохнули? Замечательно! Тогда снова к теории
Что еще интересного применено в трансмиссии? Использование цепной передачи довольно необычно, но все обычные автомобили имеют шестеренчатые редукторы между двигателем и осями. Их цель состоит в том, чтобы позволить двигателю вращаться быстрее, чем колеса, и также увеличивать произведенный двигателем крутящий момент к большему крутящему моменту на колесах. Отношение, с которым скорость вращения уменьшена и крутящий момент увеличен – обязательно то же самое (пренебрежем трением) из-за закона сохранения энергии. Отношение называют «полным передаточным числом». Полное передаточное число Prius в К11–3.905. Оно получается так:
• цепное колесо с 39 зубами на выходном валу PSD приводит в движение цепное колесо с 36 зубами на первом промежуточном валу через бесшумную цепь (так называемую цепь Морзе);
• шестерня с 30 зубами на первом промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 44 зубами на втором промежуточном валу;
• шестерня с 26 зубами на втором промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 75 зубами на входе дифференциала;
• значение выхода дифференциала к двум колесам – такое же, как вход дифференциала (они фактически идентичны, кроме тех случаев, когда происходит движение в повороте).
Если мы выполним простую арифметику 36/39 × 44/30 × 75/26, то получим (с точностью до четырех значащих цифр) полное передаточное число – 3,905.
Почему используется цепной привод? Потому что это позволяет избежать осевого усилия (сила, направленная вдоль оси вала), которая возникала бы при применении обычных косозубых шестерен, используемых в автомобильных трансмиссиях. Этого можно было бы также избежать при использовании прямозубых шестерен, но они весьма шумны в работе. Осевое усилие не проблема на промежуточных валах и может быть уравновешено коническими роликовыми подшипниками. Однако это не так просто реализовать на выходном валу PSD.
Нет ничего необычного в дифференциале, осях и колесах Prius. Как в обычном автомобиле, дифференциал позволяет внутренним и внешним (по отношению к направлению поворота) колесам вращаться с разными скоростями при повороте. Оси передают крутящий момент от дифференциала к ступицам колес и включают сочленение, позволяющее колесам перемещаться вверх и вниз вслед за подвеской. Колеса изготовлены из легкого алюминиевого сплава и оснащены шинами высокого давления с низким сопротивлением качению. Шины имеют радиус качения приблизительно 11,1 дюймов, при котором на каждый оборот колеса автомобиль перемещается на 1,77 м. Необычен только размер штатных покрышек на К10 и К11. На таких ТС он соответствует: 165/65–15. Это довольно редкий размер резины в России. Многие продавцы даже в специализированных магазинах на полном серьезе убеждают, что такой резины не существует в природе. На К20 применяется уже более популярная размерность резины: 185/60–15.
Перед тем как расстаться сегодня, зададим читателю интересный вопрос: что отсутствует в конструкции Prius, что обязательно есть в любом обычном автомобиле? С удовольствием ответим. В нем нет:
• никакой ступенчатой коробки передач, ни ручной, ни автоматической – Prius не использует ступенчатые передачи;
• никакого сцепления или трансформатора – колеса всегда жестко связаны с ДВС и моторами/генераторами;
• стартера – запуск ДВС производится с помощью MG1 через шестерни в устройстве распределения мощности;
• генератора переменного тока – электроэнергия производится моторами/генераторами по мере необходимости.
Поэтому устройство гибридного привода Prius фактически не намного больше, чем у обычного автомобиля. Кроме того, новые и незнакомые части, такие, как мотор/генераторы и PSD, имеют более высокую надежность и более длительный срок службы, чем те, которые были устранены инженерами гибрида из конструкции традиционных ТС в пользу названных агрегатов.
Сегодняшней работой мы закончили общее описание устройства Prius. Можно сказать, что говорили об особенностях автомобиля, неподвижно стоящего на парковке. В следующий раз мы его заведем и будем эксплуатировать в разных режимах. С точки зрения конструкции ТС мы перейдем от статического анализа узлов и агрегатов этого удивительного автомобиля к изучению его особенностей в динамике. Будем изучать, как взаимодействуют разные узлы и агрегаты в различных режимах эксплуатации автомобиля Prius. Коснемся и других вопросов, если, конечно, успеем.
