Бортовой журнал Toyota RAV4 Prime SE AWD PHEV (2023 г.)

Как ранее отмечал, мы купили в семью гибридный RAV4 Prime во многом чтобы самим узнать что это такое. Так и супруга загорелась слышав уже пару лет немало лестного от подруги имеющей гибридный Lexus. Наш выбор пал на подзаряжаемый от розетки PHEV, потому что государственная субсидия почти выравнивает цену обычного гибрида и подзаряжаемого. И немаловажно наличие розеток, и доступность быстрых зарядных станций на расстоянии менее 1 км от дома.

В процессе эксплуатации я наблюдал непривычное в работе ДВС и гибридной системы в целом. Бывали приятные сюрпризы с подзарядкой в пути во время дальних поездок. Возникали вопросы. Открыв капот, как и глянув под машину, - мало что увидел.)

Решил учить букварь. Меня впечатлила eCVT- самая простая в механическом смысле коробка безступенчатых передач, она используется в гибридных Тойотах, и по лицензии в гибридах других марок.

В оригинальном названии eCVT данном фирмой Toyota, - аббревиатура eCVT означает «Electronic Continuously Variable Transmission», где - «Variable» в переводе значит «варьируемая, переменная», - т.е. по корневому слову и по смыслу это и есть вариатор.

Хотя в обсуждениях встретил критику что это якобы не вариатор. Возможно критик не знал что «CVT» уже много лет кратко называют и переводят на многих языках как «вариатор». Другой критик утверждал что это не коробка.

Всё же eCVT - это по сути и коробка, и вариатор, но он без шкивов, без ременной и цепной передач. Фирма Toyota в своей eCVT применила давно изобретённую планетарную передачу, широко известную в разных применениях, в частности в классического типа гидромеханических автоматических коробках, и в дифференциалах автомобилей. Коробке (трансмиссии) eCVT НЕ требуются сцепление, фрикционные диски, гидротрансформатор, перепускные клапана, и многие другие детали. Она состоит лишь из нескольких шестерён, и её принципиальная схема очень простая:

Общее понятие об устройстве и работе eCVT в видео Алексей Голосов , 2022 г.:

Общий внешний вид реальной eCVT тоже очень прост:

На этом можно поставить точку в сообщении про eCVT, как про самую простую и компактную коробку передач (если не нужно знать о принципе работы, и о других узлах и агрегатах с которыми eCVT соединена и совместно работает).

Стало наглядно очевидно что тойотовская eCVT - самая компактная и простая коробка, и к тому же из-за минимума деталей исключительно надёжная. Тема заголовка раскрыта, дальше читать НЕ обязательно.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Однако для большей ясности дополнительно поясню что eCVT находится в одном корпусе вместе с другими важными узлами и агрегатами, с которыми eCVT работает вместе. И сам корпус крепится на ДВС, и собственно ДВС в гибридном и в автоматическом режимах движения работает совместно с eCVT, как и при подзарядке от ДВС выскоковольтной батареи (ВВБ).

Так, вариатор (трансмиссия) eCVT - один из важных компонентов привода Hybrid Synergy Drive (HSD) - «Гибри́дный синергети́ческий при́вод». Они (eCVT и HSD) вместе постоянно регулируют эффективное передаточное число между электромоторами, ДВС и колесами, чтобы поддерживать оптимальные обороты вала двигателя в различных режимах движения, особенно когда требуется увеличить скорость вращения колёс во время ускорения, также по условиям экономичности.

Для последующего сравнения, - в конструкции большинства обычных автомобилей есть генератор переменного тока (альтернатор) с независимым возбуждением со встроенным выпрямителем (превращает в генератор постоянного тока). Таже есть стартер (мотор постоянного тока). Эти дополнительные устройства прикреплены к двигателю внутреннего сгорания (ДВС), который приводит в движение трансмиссию, через которую передаётся вращение на ведущие колеса, и осуществляется движение автомобиля. Аккумулятор используется только для запуска ДВС, и работы аксессуаров, когда ДВС не работает. Генератор (альтернатор) используется для подзарядки аккумулятора и работы вспомогательного оборудования при работающем ДВС.

Теперь о системе Toyota Hybrid Synergy Drive (HSD) - «Гибри́дный синергети́ческий при́вод», который заменяет собой привычные коробку передач (также сцепление, гидротрансформатор, вариатор там где они имеются), генератор и стартер на следующие устройства:

· - MG1 (Motor-Generator-1), первичный мотор-генератор переменного тока, имеющий ротор с постоянными магнитами, используемый в качестве стартера при запуске ДВС, и в качестве генератора (генератора переменного тока) при зарядке высоковольтной тяговой аккумуляторной батареи.

- MG2 (Motor-Generator-2), вторичный мотор-генератор переменного тока, также имеющий ротор с постоянными магнитами, используемый в качестве основного приводного мотора и генератора (переменного тока), мощность рекуперации которого направляется на. высоковольтную тяговую батарею. Из двух мотор-генераторов, MG2 - самый мощный.

- Силовая электроника, включая 3 (три) преобразователя (invertors) постоянного тока в переменный, и 2 (два) преобразователя постоянного тока в постоянный (они же есть 2 преобразователя напряжения).

- Компьютеризированная система управления (Computerized control system) и датчики.

- HVB, тяговая аккумуляторная 'Высоковольтная Батарея' - ВВБ (~650V), которая снабжает электроэнергией во время движения включая при ускорении, и накапливает электроэнергию во время рекуперативного торможения и движения накатом.

· - Планетарная передача, названная фирмой Toyota как eCVT transmission и, также Power Split Device (Устройство деления мощности, или просто «Делитель мощности»).

Таким образом, посредством eCVT, или как его ещё называют «Устройства деления мощности» (Power Split Device) последовательно-параллельная система «Гибри́дный синергети́ческий при́вод» HSD гибридного автомобиля обеспечивает следующие интеллектуальные потоки мощности:

- Вспомогательная мощность

- от тяговой Высоковольтной Батареи (ВВБ, ~650V) преобразователь (invertor) постоянного тока в постоянный подзаряжает аккумулятор (батарею) 12 V, от которой работает 12-вольтовая электроника автомобиля.

- Зарядка двигателем (ДВС) тяговой высоковольтной батаереи (ВВБ) в стоящем автомобиле или в начале его движения, (прогрев ВВБ, нагрев каталитического нейтрализатора, и/или обеспечение в салоне отопления, вентиляции и кондиционирования):

- ДВС и электромоторный привод на колёса от MG1 и MG2 (умеренное ускорение).

- ДВС привод с зарядкой (установившееся движение по шоссе).

· - Движение исключительно на электротяге при заряженной батарее.

- ДВС и электромоторные приводы MG1 и MG2 с зарядкой (ситуации с большой мощностью, например, на крутых подъёмах, интенсивном разгоне).

·

- Полная мощность (ситуации максимальной мощности).

· - Резкое торможение, торможение в режиме торможения двигателем когда ВВБ полностью заряжена:

ECU (Electronic Control Unit, - Электронный блок управления) — использует MG1 для вращения коленвала ДВС, что разряжает батарею, также связывает ДВС с колесами, вызывая «торможение двигателем»; обороты ДВС возрастают, когда уровень зарядки ВВБ увеличен на слишком большую величину чтобы принять рекуперационное электричество от MG2, или при слишком большм усилии нажатия на педаль тормоза).

· - Рекуперативное торможение - с подзарядкой ВВБ, как и при движении накатом и на спуск.

· - Движение задним ходом (Reverse), - как таковой механической «задней» передачи нет, - лишь переводом рычага осуществляется подача питания с противоположной полярностью на MG2.

Ниже более реалистическое изображение eCVT модели P810 применяемой на Highlander и RAV4 Prime:

Подробное объяснение работы eCVT модели в видео

Understanding the Toyota RAV4 Hybrid

от WeberAuto 2021 г.:

Здесь в мои планы не входит рассказывать про ДВС, хотя он имеет особенности в гидбридных Тойотах. Это отдельная тема.

Тем более что специалист по имени Артём и его коллектив "препарировали" меньшего литража двигатель от Приуса (более новые ДВС от RAV4 пока трудно найти на разборке), и там в процессе пояснили основные отличия от обычного ДВС. В частности там также отмечено что Тойота в своём двигателе по старинке продолжает совершенствовать давно разработанную конструкцию, и не заменяет проверенные прочные стальные и чугунные детали на дешёвые, в отличие от идентичного равноразмерного корейского ДВС:

Напоследок - ранее я напоминал что Hybrid Synergy Drive (HSD) - «Гибри́дный синергети́ческий при́вод» в котором электропривод работает совместно с ДВС, и он не позволит ехать "по желанию" с полностью разряженной силовой батареей, как и с пустым бензобаком. Так, система обеспечивания долговечности батареи будет загодя световым и звуковым сигналами требовать заправить бензином. С пустым баком лишь позволит проехать несколько километров до заправки. Кстати, на одной заправке бензином в HV режиме можно проехать около 1000 км. Силовая батарея имеет ограниченный интервал допустимого заряда-разряда. И система защиты обеспечивает необходимый запас заряда батареи для возможности запуска ДВС стартером, также на случай резкого разгона с интенсивностью как по Т/Х.

Этот график получен испытаниями разных ДВС разных автомобилей, включая RAV4 пятого поколения. Этот ДВС был специально запроектирован и создан с целью максимального теплового КПД, который достигает 39.8%.

----------------------------------------------------

RAV4 Prime 2019-2024 с ДВС A25A-FXS 2.5 Litre, 4-Cylinder, DOHC, Dual Variable Valve Timing with Intelligence (VVT-i), Atkinson (Miller) process, имеет (по Т/Х)

максимальную мощность 177 л.с. @ 6,000 об./мин, и крутящий момент 223 N.m @ 3,600 rpm.

У передних мотор-генераторов MG1 и MG2 суммарная мощность 179 л.с. и крутящий момент 270 N.m, в то время как

задний мотор-генератор MGR мощностью 53 л.с. и крутящим моментом 120 N.m.

В сумме итого для ДВС вместе с тремя мотор-генераторами приведена мощность 302 HP (по Т/Х ), и крутящий момент 481 H.m. (из вторичных источников, т.к. cуммарный момент официально не указан на портале Toyota)..

------------------------------------------------

Компьютер не позволяет разгонять до максимальных параметров одновременно ДВС и электромоторы. Особо оберегается ДВС, и максимально по возможности обеспечивается его работа в экономичном режиме в диапазоне теплового КПД 39.8%.

Это ограничение видно если попытаться арифметически просуммировать каждые из максимальных значений, и тогда можно видеть что результаты значительно превосходят паспортные характеристики:

Мощность:

Передних 2 электромотора + ДВС = 179 л.с. + 177 л.с. = 356 л.с.

Передние 2 + 1 задний электромоторы = 179 л.с. + 53 л.с. = 232 л.с.

Суммарная мощность (передние 2 + задние электромоторы + ДВС) = 232 л.с. + 177 л.с. = 409 л.с.

(а по Т/Х макс. мощность (ограниченная компьютером) всей гибридной установки официально 302 л.с.).

----------------------------------

Крутящий момент (torque):

Передние электромоторы + ДВС = 270 N.m + 223 N.m = 493 N.m

Передние + задние электромоторы = 270 N.m + 120 N.m = 390 N.m

Суммарный момент (Передние + задние электромоторы + ДВС) = 390 N.m + 223 N.m = 613 N.m.

(На сайте Toyota в Т/Х предпочитают не указывать макс. крутящий момент всей гибридной установки в сумме. Но в дополнительных источниках указывают суммарное значение 481 H.m.)