Toyota Prius - technika ponad wszystko, cz. II

Do olejenia przekładni planetarnej i łożysk zastosowano ciśnieniowy układ smarowania z pompą o zazębieniu wewnętrznym.

fot. ToyotaPorównanie wielkości silnika MG1 w II i III generacji Priusa

Silniki elektryczne

fot. ToyotaPorównanie wielkości silnika MG2 w II i III generacji Priusa. Pomimo wzrostu jego mocy z 68 do 80 KM wymiary uległy zmniejszeniu

Oba silniki elektryczne zastosowane w Priusie (MG1, MG2) są jednostkami napędowymi prądu przemiennego z magnesami stałymi, które charakteryzują się bardzo zwartą budową, lekkością i wysoką sprawnością. Silniki są zasilane napięciem trójfazowym, które przepływając przez uzwojenia stojana wytwarzają wirowe pole elektryczne. Przyciąga ono magnesy stałe w wirniku, powodując jego ruch obrotowy. Moment obrotowy silnika w pełnym zakresie prędkości obrotowych jest proporcjonalny do natężenia przepływającego prądu. Niezbędną w zastosowaniach trakcyjnych zmianę prędkości obrotowej silnika uzyskuje się przez zmianę częstotliwości prądu zmiennego. Moc elektrycznego silnika trakcyjnego MG2 wynosi 60 kW (80 KM) przy 13500 obr/min, a maksymalna wartość momentu wynosi 207 Nm.

fot. ToyotaFalownik i przetwornik wzmacniający Priusa III generacji

Falownik i przetwornik wzmacniający

Falownik przekształca wysokie napięcie prądu stałego pochodzące z akumulatora trakcyjnego na trójfazowy prąd przemienny wykorzystywany do napędu silników MG1 i MG2. Jeśli silniki MG1 lub MG2 pracują jako generatory, falownik przekształca generowany prąd przemienny na stały, a przetwornik wzmacniający obniża napięcie do poziomu akumulatora trakcyjnego.

Zasadniczym jednak zadaniem przetwornika napięcia jest podniesienie napięcia akumulatora trakcyjnego (201,6 V) do poziomu 650 V, czyli wartości niezbędnej do zasilania silnika trakcyjnego MG2. W ten sposób osiąga się wysoką moc, a układ charakteryzuje się dużą sprawnością przekazywania energii.

W urządzeniu zintegrowano również osobny falownik, który zamienia napięcie stałe akumulatora trakcyjnego (201,6 V) na zmienne o tej samej wartości do zasilania sprężarki klimatyzacji. Dla zasilania instalacji elektrycznej pojazdu i ładowania akumulatora 12 V nominalne napięcie 201,6 V jest obniżane do 12 V.

Falownik oraz silniki elektryczne są chłodzone cieczą, za pośrednictwem wspólnego, niezależnego od silnika układu chłodzenia. Obieg cieczy jest wymuszony pompą elektryczną.

fot. gazeo.plWlot powietrza do układu chłodzenia akumulatora trakcyjnego znajduje się pomiędzy oparciem tylnej kanapy a prawymi drzwiami

Akumulator trakcyjny

fot. ToyotaUkłady elektroniczne firmy Panasonic w akumultorze trakcyjnym Toyoty Prius

Znajduje się on w przestrzeni bagażowej, tuż za oparciem tylnej kanapy, pod wykładziną bagażnika. W Priusie III generacji zastosowano akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy, składający się z 168 ogniw o napięciu 1,2 V, co łącznie daje 201,6 V prądu stałego. Akumulator trakcyjny ma pojemność 6,5 Ah. W celu zapewnienia optymalnych warunków pracy, akumulator jest wyposażony w układ chłodzenia powietrzem. Wlot powietrza znajduje się w przestrzeni pasażerskiej (pomiędzy oparciem tylnej kanapy a drzwiami - w dolnej części). Wylot ciepłego powietrza z akumulatora znajduje się w bagażniku (pod wykładziną wnęki koła zapasowego). Jest on skierowany na umieszczony w bagażniku tradycyjny akumulator 12 V służący do podtrzymywania „funkcji życiowych” samochodu. Dzięki temu nawet w okresie zimowym ma on zapewnione „komfortowe” warunki pracy.

Układ chłodzenia jest wyposażony we własny sterownik, który czuwa nad temperaturą pracy akumulatora. W przypadku uruchomienia klimatyzacji (obniżenie temperatury w przestrzeni pasażerskiej, z której pobierane jest powietrze do chłodzenia akumulatora) sterownik wyłączy dmuchawę lub zmniejszy jej prędkość obrotową, redukując intensywność chłodzenia.

fot. gazeo.plW układzie hybrydowym Priusa znajduje się wiele zabezpieczeń, których demontaż pozwala na bezpieczną obsługę elementów, w których występuje wysokie napięcie. Demontaż pomarańczowych zwor wymaga użycia specjalnych rękawic do pracy pod wysokim napięciem

Układ hamulcowy

Układ hamulcowy Priusa, nazwany ECB (Electronically Controlled Brake), określa siłę hamowania na podstawie siły i prędkości, z jaką na pedał naciska kierowca. Siła hamowania składa się z siły generowanej w generatorze MG2 (hamowanie z odzyskiem energii) oraz siły wytwarzanej w hydraulicznym układzie hamulcowym. Jeśli kierowca w czasie hamowania przestawi dźwignię sterującą przekładni hybrydowego układu napędowego w tryb N (odłączenie generatora MG2), nadzorujący proces hamowania sterownik zrekompensuje brak momentu hamującego generatora przez zwiększenie ciśnienia w hydraulicznym układzie hamulcowym.

fot. gazeo.plW układzie hamulcowym Priusa stosuje się tarczowe mechanizmy hamulcowe we wszystkich kołach

Efekt hamowania zwiększa się, jeśli dźwignia sterowania układem napędowym znajduje się w położeniu B. Wtedy, oprócz generatora MG2, z układem napędowym połączony zostaje silnik spalinowy.

Pedał hamulca nie ma mechanicznego, a właściwie hydraulicznego połączenia z pozostałą częścią układu hamulcowego. W ten sposób wyeliminowano opóźnienie reakcji, które w klasycznym (hydraulicznym) układzie hamulcowym wynosi od 0,3 do 0,6 s. Ciśnienie płynu wytwarzane przez pompę hamulcową nie uruchamia bezpośrednio mechanizmów hamulcowych, lecz jest tylko sygnałem sterującym dla siłowników wytwarzających ciśnienie robocze kierowane do zacisków.

Taki sposób działania hamulców daje możliwość sterowania ciśnieniem hydraulicznym w każdym kole oddzielnie. Jest to bardzo ważne w czasie jazdy na zakręcie, kiedy zmieniają się naciski na koła lub kiedy zmienia się obciążenie osi (przewóz pasażerów, dodatkowego ładunku).

Układ hamulcowy współdziała z systemem VCS+, który zapewnia wspomaganie kierowcy w czasie poruszania się po łuku. Po wykryciu przez system poślizgu, odpowiednie koło (koła) zostaje (zostają) przyhamowane, co wpływa na stabilizację ruchu pojazdu. System ten współdziała także z elektrycznym układem wspomagania kierownicy, odpowiednio do sytuacji dostosowując siłę jego działania. Prius wykorzystuje mechanizmy tarczowe we wszystkich kołach (z przodu tarcze wentylowane).

fot. Drive SystemsKomora silnikowa Priusa III generacji z gazowym systemem zasilania

Tryb EV

Obecnie produkowany Prius, podobnie jak poprzednik II generacji, ma możliwość poruszania się wyłącznie z wykorzystaniem napędu elektrycznego. Przy standardowym stanie naładowania akumulatora trakcyjnego, pojazd w trybie EV jest w stanie pokonać dystans do 2 km z prędkością nie przekraczającą 50 km/h. W przypadku niedostatecznego poziomu naładowania akumulatora lub jego zbyt wysokiej temperatury, parametry te ulegają ograniczeniu lub włączenie trybu jazdy EV staje się całkowicie niemożliwe. Powyżej 50 km/h lub przy mocniejszym naciśnięciu pedału gazu włącza się silnik spalinowy.

Podsumowanie

fot. Drive SystemsToroidalny zbiornik gazu we wnęce koła zapasowego Priusa

fot. Drive SystemsPrzełącznik rodzaju zasilania

Stopień technicznego skomplikowania Toyoty Prius budzi kontrowersje wśród potencjalnych użytkowników. Czy słuszne, tego nie wiemy, ponieważ samochód największą popularność zyskał w Stanach Zjednoczonych i macierzystej Japonii. Doświadczenia europejskie, a tym bardziej polskie, są niewielkie, co przede wszystkim wynika z ceny, która przekracza 100 tys. zł. Biorąc jednak pod uwagę mnogość zastosowanych ultranowoczesnych rozwiązań cena nabiera już innego, mniej oszałamiającego wymiaru. Samochód zrobił na nas bardzo pozytywne wrażenie, szczególnie pod względem użytych rozwiązań technicznych oraz poziomu zużycia paliwa, które - choć dalekie od deklaracji producenta - i tak okazało się stosunkowo niskie w porównaniu z klasycznie napędzanymi samochodami tej wielkości. Prius zużył w mieście (dynamiczna jazda z dużą liczba zimnych rozruchów) 5,9 l/100 km (producent podaje wartość 3,9 l/100 km). Wynik należy uznać za bardzo dobry dla samochodu, którego masa oscyluje w granicach 1400 kg. Należy sądzić, że wykorzystując zasady ekonomicznej eksploatacji wynik ten można znacznie poprawić.

Obok zmiany techniki jazdy można również zastosować alternatywny układ zasilania gazowego. Wbrew opiniom polskiego importera, Priusa można również skutecznie „zagazować”. Potwierdzają to dyskusje na forach internetowych oraz konkretne egzemplarze tego pojazdu przystosowane do napędu LPG. Przykładowo, belgijska firma Drive Systems dokonała adaptacji na zasilanie gazem (z użyciem systemu BRC) Toyoty Prius III generacji dla firmy Garage Vitesse, będącej lokalnym przedstawicielem japońskiej marki. Niestety Toyota Motor Poland nie dopuszcza zastosowania paliwa gazowego w swych pojazdach oferowanych w naszym kraju. Pomimo prób wprowadzenia samochodów LPG w Polsce, stanowisko polskiego importera jest dość sztywne w tym zakresie.

Adaptacja Priusa w Belgii kosztuje 3250 euro, co nie jest w naszych realiach małą kwotą, jednak samochód jest traktowany przez władze belgijskie jako ekologiczny i w związku z tym objęty dotacją w wysokości 15% wartości (4540 euro). Porównanie wielkości tych kwot nie jest trudne i wskazuje jednoznacznie na opłacalność przedsięwzięcia już na „dzień dobry”, bez konieczności kalkulowania okresu zwrotu poniesionego na konwersję nakładu.