Планетарная коробка передач тойота принцип

Обновлено: 26.01.2025

Японский седан Toyota Prius стал первым массовым гибридным автомобилем, который движется как за счет работы бензинового двигателя, так и за счет электрического мотора. За оригинальность и новшество получил множество разных престижных наград. Большая часть из них, конечно же, касается веского вклада в экологичность и сохранение окружающей среды. Основным двигателем автомобиля считается бензиновый силовой агрегат, работающий за счет сгорания топливно-воздушной смеси. Мотор работает по циклу Аткинсона.

Его основные достоинства – невысокий уровень расхода, высокий КПД и крайне низкий уровень токсичности выхлопных газов. Силовой агрегат способен не только передавать усилие на колеса транспортного средства, но и крутить мотор-генератор, так будет вырабатываться необходимое электричество. Вырабатываемое электричество аккумулируется в батареях и расходуется электроприборами. Но больший интерес все-таки представляет планетарная коробка передач, отличающаяся некоторыми особенностями.

Особенность работы привода

Бензиновый движок может лишь частично помогать колесам вращаться на оптимальных оборотах и на определенном скоростном режиме. Особенность работы мотора по циклу Аткинсона состоит в том, что он практически не отдает момент на низких оборотах. Он работает оптимально во время движения по трассе, когда двигатель раскручивается до 2000 оборотов и выше. Таким образом, наиболее важное предназначение ДВС – крутить генератор, который в свою очередь вырабатывает электроэнергию.

Если машина движется по пробкам и с небольшой скоростью, усилие на колеса поступает от основного электромотора. То есть, имеем дело с последовательно-параллельной гибридной системой THS, включающей преимущества от двух одноименных системы. Самое главное, что переход из последовательного в параллельный режим при выезде из города на трассу водителем остается незамеченным.

Планетарный механизм: конструкция

Планетарный шестеренчатый механизм состоит из следующих частей:

круговая шестерня – внешнее основное кольцо;
центральная шестерня – она же солнечная шестерня, расположенная в центре механизма;
планетарная шестерня – находится на планетарной оси, вращающейся вокруг центральной (солнечной) шестерни, по такому же принципу вращаются и планетарные шестерни.

Электродвигатель, работающий в качестве генератора (он же мотор-генератор номер один), также может работать в качестве стартера, напрямую соединен с солнечной шестерней. Второй электродвигатель (мотор-генератор номер два) напрямую соединен с основным кольцом, соответственно и с колесами. ДВС подключен к планетарной оси с шестернями. Получаем, что редуктор связывают между собой три компонента (ДВС и мотор-генераторы), отсюда он получил еще одно название – устройство распределения мощности или Power Split Device. Специалисты обычно говорят, что Toyota Prius получил бесступенчато-регулируемую трансмиссию. Коробка передач работает точно так же, как и обычная КПП, за тем исключением, что передаточное отношение может меняться беспрерывно и плавно.

Отличия трансмиссии гибрида от других коробок передач

Дифференциал, оси, колеса гибрида – вполне обычные. Дифференциал традиционно позволяет вращаться с одинаковой скоростью внутренним и внешним колесам во время вхождения транспортного средства в поворот. За счет осей крутящий момент передается от дифференциала до ступицы колеса. Предусмотрено специальное сочленение, позволяющее колесам двигаться вслед за подвеской – вверх или вниз.

Чего нет в трансмиссии Toyota Prius, что есть практически в каждом другом автомобиле?

Отсутствует ступенчатая коробка передач.
Нет сцепления или гидротрансформатора. Колеса автомобиля всегда жестко соединены с ДВС и электромоторами.
Отсутствует стартер. Бензиновый двигатель заводится посредством мотор-генератора один (MG1) через специальные шестерни устройства распределения мощности.

Конструктивно гибрид получился не сложней обычного автомобиля с бензиновым мотором. Основную загадку для большинства автолюбителей представляют разве что мотор-генераторы и PSD – устройство распределения мощности. Но, как показала практика, они более надежны и выносливы, чем некоторые составные части трансмиссии, которые были убраны. Также автомобиль лишился некоторых узлов, к примеру, обычного генератора переменного тока, обязанности которого взяли на себя электромоторы, вырабатывающие ток в случае необходимости.

Обслуживание коробки передач

Многих автовладельцев интересует вопрос обслуживания трансмиссии гибрида. В Toyota Prius также необходимо менять трансмиссионное масло. Для замены смазочного материала в 20-м кузове нужно просто открутить сливную пробку, дождаться, когда отработанная техническая жидкость вытечет, после чего залить свежее масло. Ничего необычного и сложного. Гораздо сложней менять масло самостоятельно в авто 10 и 11-го кузова. Основная проблема – необычная конструкция поддона. То есть, открутив сливную пробку, можно слить только часть старого масла.

Примерно 300 мл отработанного самого грязного материала (продукты износа, остатки герметика) остаются в поддоне. Правильная смена трансмиссионной жидкости в таком случае должна начинаться со снятия поддона и слития оттуда материала с последующей промывкой. С одной стороны – лишняя дополнительная работа, с другой стороны – возможность выполнить диагностику и оценить состояние коробки передач. Чего не хотел бы увидеть ни один автомобилист – бронзовую стружку на дне поддона. Это верный сигнал, что трансмиссии автомобиля осталось работать недолго и грядет скорый ремонт.

Заключение

Гибрид Toyota Prius – своеобразный и интересный автомобиль, отличающийся экономичностью и мизерным расходом топлива. Он отлично подойдет тем, кто большую часть времени проводит в городе, эксплуатируя автомобиль в умеренном скоростном режиме. Также машина оправдывает себя при движении по загородным дорогам со средней скоростью (не выше 120 км/ч). Для постоянной езды по автомагистралям на высокой скорости Тойота Приус не совсем подходит и в плане экономичности может проигрывать даже авто с дизельным силовым агрегатом.

Немного истории

На самом деле, планетарная коробка передач – отнюдь не японское изобретение. Такие КПП в механическом варианте применялись еще на заре автомобилестроения в машинах Ford T. Трансмиссия была двухступенчатой, но ее использование было настоящим прорывом: такая коробка эффективней распределяла мощность двигателя между колесами. Конечно, первая планетарная трансмиссия была механической. И сегодня такие устройства широко используются для гусеничной техники различного назначения и даже велосипедов. Планетарки выбирают за надежность, ремонтопригодность и высокий КПД.

Конструктивные особенности: как это работает?

В конструкции планетарной трансмиссии нет фрикционов, гидравлики, муфт, различных ремней и цепей. Скорость вращения колес при использовании такой передачи изменяется не за счет применения ременных и цепных механизмов, а через планетарный редуктор, который суммирует мощность ДВС и электромоторов.

Планетарная трансмиссия состоит из:

Устройство распределения мощности или редуктор в системе от Тойота называется Power Split Device. В схеме гибридной силовой установки он связывает между собой 2 электромотора и бензиновый ДВС. Один из электродвигателей соединен с центральной шестерней трансмиссии. Второй двигатель подключен к планетарной оси с соответствующими шестернями. Через ось крутящий момент передается на круговую шестерню, затем – на центральную и после – на саттелиты. Они вращаются с одинаковой скоростью.

Классического сцепления здесь нет: мощность мотора и электродвигателей передается через PSD, а помимо передачи крутящего момента планетарка работает и в качестве дифференциала. Нет и ступеней: передаточное число меняется очень быстро и плавно.

Использование планетарной трансмиссии даже в бюджетных машинах – это настоящий прорыв в автомобилестроении. Такая КПП обеспечивает плавность хода, работает без рывков и фактически бесшумно, а главное – заметно повышает производительность двигателя. Как всегда, японские инженеры смогли использовать это практичное изобретение для того, чтобы повысить технологичность своих автомобилей.

С каждым годом все большую популярность набирают автомобили с гибридным двигателем, одной из самых популярных моделей в этом сегменте является хэтчбек Toyota Prius. Данный автомобиль очень популярен в США, а вот в России Приус не сыскал столь сильной популярности среди автолюбителей, виной тому скорее всего послужила достаточно высокая стоимость.

В России Тойота Приус 4-ого поколения продается по цене в 2 112 000 рублей в одной единственной комплектации Luxe.

В список опций входит:

семь подушек безопасности;
система ABS и ESP;
камера заднего вида;
электрорегулируемые зеркала с обогревом;
электростеклоподъемники;
кожаный салон;
и т.д.

Что касается внешнего вида, то он достаточно спорый и не совсем привычный для европейского глаза. Передняя часть автомобиля отдаленно напоминает Короллу, здесь также присутствует размашистая оптика, узкая решетка радиатора и стремительный силуэт. Задняя часть имеет не совсем характерную для этого сегмента форму, корма более вытянута и смотря на Приус сбоку его можно спутать с седаном.

Технические характеристики и доступная трансмиссия

Toyoya Prius IV поколения построен на переднеприводной платформе. Под капотом расположен 1.8 литровый гибридный двигатель мощностью 122 л.с.

Что касается коробки переключения передач, то Приус оснащен вариатором с электронно-механическим управлением ECVT.

Многих пугает наличие вариатора, а точнее его надежность, но поспешим Вас успокоить т.к. eCVT является намного надежней, чем большинство нынешних трансмиссий на рынке, в том числе вариатор CVT и т.д.

Не стоит путать eCVT и CVT это полностью разные типы трансмиссий, если стандартный вариатор состоит из который фрикционной ленты, объединяющую два конических шкива, для изменения передаточных чисел, то вариатор Приуса имеет один планетарный дифференциал, поэтому правильное название — планетарная коробка передач.

Самым главным достоинством планетарной трансмиссии является ее надежность, т.к. там практически нечему ломаться. Сама трансмиссия состоит не более чем из 20 деталей, в то время, как стандартная содержит более 100 деталей. Ресурс такой кпп может составить 1 000 000 км.

К преимуществам коробки можно также отнести:

бесшумность работы:
высокую экономичность;
простоту обслуживания;
высокие показатели КПД.

За автомобилями с гибридными силовыми агрегатами будущее. Уже сейчас на рынке, в том числе и в России можно встретить широкий выбор автомобилей оснащенных бензиновыми моторами и электрическими силовыми агрегатами. Что же качается Приуса 4-го поколения, то к сожалению при огромном списке достоинств, главным их которых является показатель расхода топлива равный 3 литрам на 100 км/пути, добиться широкого признания японский автомобиль не сможет из-за психологически высокой стоимости.

Prius

Японские конструкторы смогли разработать гибридный агрегат для моделей Toyota Prius, использующий полезную работу трех двигателей. Они функционируют благодаря одноосному редуктору. Рассмотрим принцип работы и устройство гибридного двигателя Тойота Приус.

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.

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.

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; -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.

Запуск ДВС на ходу

Принцип работы гибрида Тойота Приус с запуском 2ZR-FXE в процессе движения выглядит следующим образом:

Бензиновый силовой агрегат включается в момент остановки мотор генератора №1, который тормозится за счет изменения направления электромагнитного потока в противоположную сторону относительно вращения ротора. При этом запуск мотра происходит благодаря снятию вращающегося момента с колес автомобиля;
После набора оборотов двигателем внутреннего сгорания, происходит совпадение направлений вращения всех агрегатов гибридной установки. При равенстве числа оборотов будет наблюдаться равномерное распределение сил на вращение колес;
При увеличении оборотов ДВС, в сравнении с электромотором №2, будет наблюдаться рост вырабатываемой электроэнергии мотор генератором №1. Она распределяется на зарядку АКБ и поддержание дальнейшего движения, за счет передачи энергии на электродвигатель №2.

Из указанного режима функционирования гибрида можно четко проследить, что мотор напрямую не соединен с колесным приводом. Он передает энергию на вращение колес только при равенстве числа оборотов колес и оси двигателя. Базовая задача бензинового агрегата — функционирования электрогенератора. Это позволяет поддерживать требуемую емкость аккумуляторной батареи.

Задний ход

За езду автомобиля Тойота Приус задним ходом отвечает мотор-генератор №1. В момент заглушенной установки внутреннего сгорания, первый электромотор переходит в двигательный режим. Это сопровождается противоположным вращением относительно мотор-генератора №2. При этом планетарная ось фиксируется на месте, а вращающий момент с первого электродвигателя передается ко второму, посредством шестеренчатой передачи планетарного механизма. Происходит вращение электромотора №2 в обратную сторону, что сопровождается движением автомобиля задним ходом.

При запущенном бензиновом агрегате, для передвижения задним ходом необходимо увеличить число оборотов электродвигателя №1 относительно двигателя внутреннего сгорания.

Заключение

Конструкция гибрида Toyota Prius позволяет получить экономию топлива за счет следующих факторов:

Prius

Гибридные модели Тойота требуют планового проведения технического обслуживания. Одним из важнейших моментов является своевременная замена смазки в коробке в Тойоте Приус. При игнорировании данной операции может выйти из строя планетарный раздаточный механизм, обеспечивающий правильное распределение тягового усилия между бензиновым и электрическим мотором гибридной установки. Рассмотрим, что потребуется для проведения замены масла в АКПП Приуса, а также представим пошаговый план действий.

Как часто менять масло в коробке Приуса?

Согласно официальным рекомендациям завода изготовителя Тойота Приус, производить проверку или замену масла, при возникновении необходимости, следует:

один раз в два года;
с периодичностью в 40000 км пробега.

Неважно, какой из указанных факторов наступит раньше.

В ходе проверки состояния смазывающей жидкости в трансмиссии осуществляется визуальный контроль. Необходимо убедиться в отсутствие подтеков и в нормальном уровне масла. Он должен находиться в пределах 10 мм от края заливного отверстия. Конкретных условий, когда потребуется замена масла в коробке Приус, в официальном руководстве по техническому обслуживанию не прописано.

Согласно эксплуатационному опыту Приус, масло в трансмиссии теряет свое качество после 80000 километров пробега. Это проявляется в приобретении характерного темного оттенка, в результате загрязнения от естественного износа узлов трансмиссии. Поэтому замена смазки в АКПП Тойота Приус 20 должна осуществляться с периодичностью в 40-60 тысяч километров пробега. Максимальный порог составляет 80 тыс. км.

Пошаговое описание замены смазки

Перед заменой жидкости в трансмиссии Toyota Prius понадобится приобрести:

четыре литра масла Toyota ATF WS или подходящий по качеству аналог, например Idemitsu ATF Type TLS-LV;
уплотнительные шайбы под сливную и заливную пробку, каталожный номер 90430-18008;
90341-18051 – это каталожный номер сливной пробки. Может понадобиться, если сильно повредятся грани при ее откручивании.

Также потребуется подготовить:

подходящую емкость для слива отработки,
воронку со шлангом подходящего диаметра для залива нового масла в коробку Приус,
ключ на двадцать четыре (желательно накидной или головку с воротком),
шестигранник на десять и рычаг в виде полой трубы.

Для проведения работ лучше использовать смотровую яму или подъемник. Если такой возможности нет, то понадобится приподнять автомобиль со стороны левого переднего колеса при помощи домкрата и установить противооткатные упоры. При наличии дополнительной защиты подкапотного пространства снизу машины, предварительно демонтируем данный элемент.

Ход процедуры

Порядок действий выглядит следующим образом:

Под сливную пробку подставляется приемная емкость. При помощи шестигранника выкручивается пробка, которая может прикипеть или закиснуть. В этом случае потребуется использовать дополнительный рычаг;
Пока стекает отработка, необходимо приступить к откручиванию заливной пробки. Для этого используется ключ на двадцать четыре;
Остается дождаться, когда вытечет оставшееся масло. Если при замене масла используется домкрат, то потребуется опустить переднюю часть машины. Это позволит слить больше масла;
В заливную горловину коробки Приус вставляем шланг подходящего диаметра. Второй конец выводим вверх, для удобства заливки новой смазки. В него устанавливаем воронку;
Производим очистку сливной пробки или ее замену, устанавливаем новую уплотнительную шайбу и вкручиваем в посадочное место;

Заливаем новую смазку в коробку Приус 20 через воронку. Полный заправочный объём составляет 3,7 литра. При установке машины на домкрат, влезает четыре литра, из-за образования наклона;
В дальнейшем остается заменить уплотнительную шайбу заливной пробки и вкрутить ее на место. При заливке масла с использованием домкрата, предварительно потребуется опустить машину, чтобы самотеком вылились излишки смазки. Тщательно протереть ветошью следы потеков и вкрутить заливную пробку.

Конструкция планетарной коробки Приуса

Планетарный раздаточный механизм имеет самое сложное конструктивное исполнение в приводе Тойота Приус. Он обеспечивает планомерное распределение усилий от ДВС и электромотора. Планетарная система позволяет автоматически подключать бензиновый силовой агрегат, когда этого требует обстановка. Также отключать ДВС от приводящего механизма, оставляя его в совместной работе исключительно с генератором.

Конструкция планетарного раздаточного механизма выполнена таким образом, что бензиновый силовой агрегат напрямую не связан с приводом колес. Мотор участвует во вращении колес в те моменты, когда достигается оптимальный режим работы ДВС. Это касается оборотов коленчатого вала и скорости машины. Это способствует отдачи только части энергии ДВС для передачи вращательного момента на колеса. Для гибридной установки Toyota Prius, согласно эксплуатационным данным, ДВС функционирует в оптимальном режиме при двух и более тысяч оборотов в минуту.

Важная задача бензинового агрегата — обеспечение работы генератора, для выработки электрической энергии. При движении Приус на малой скорости или в пробках, гибрид включает в работу электротягу, что обеспечивается емкостью аккумуляторной батареи. Для осуществления набора скорости автомобилем, будет использоваться дополнительная электроэнергия, получаемая в результате комплексной работы ДВС и генератора.

Заключение

Замена масла в коробке в Тойоте Приус – легко выполнимая задача. На проведение полного комплекса работ потребуется потратить не более одного часа времени. При этом провести указанную операцию можно без специализированных условий, достаточно иметь в запасе домкрат. Своевременная замена смазки в трансмиссии Toyota Prius, позволит продлить срок службы коробки передач.

Читайте также: