Как работает удивительная коробка передач eCVT в гибридных машинах

Однако если вы разберете трансмиссию, например, знаменитой Toyota Prius, то кое-что вас точно смутит. Обычный вариатор работает так, как показано на картинке выше: стальной ремень движется по двум шкивам, которые могут менять свой радиус, за счет этого меняется и передаточное число.

А в «приусовской» коробке ничего похожего нет. Ниже она показана в разрезе. В левой части вы видите набор обычных шестерней – это понижающий редуктор, жестко соединенный с колесами машины. Правая часть коробки закрыта, но в ней кроется самое интересное: планетарный редуктор, соединенный с двигателем внутреннего сгорания и двумя электромоторами.

Свое название он получил за то, что в «классическом» варианте смахивает на устройство солнечной системы.

Солнце, водило и корона закреплены так, что могут вращаться, но друг с другом они не скреплены.

Теперь возвращаемся к «тойотовской» коробке передач. У гибридов этого бренда есть ДВС и два электромотора, каждый соединенный со своей частью редуктора:

Интересный парадокс в том, что сцепления или гидротрансформатора в этой трансмиссии нет, поэтому двигатель через шестерни всегда соединен с колесами. Несмотря на это, он может тарахтеть, даже если автомобиль-гибрид стоит на месте. Вот это реально трудно было понять: как так, двигатель крутится, а машина стоит, и при этом двигатель с колесами соединен!

Перед тем, как разбираться дальше, рекомендую оторваться от текста и посмотреть в окно, чтобы дать мозгу отдохнуть.

Теперь выдохнули и начинаем вникать в самое восхитительное. Давайте рассмотрим, что и как крутится в этой трансмиссии в разных режимах.

Такая ситуация возможна, если ДВС работает в режиме зарядки аккумулятора машины. Вот как это происходит.

Поскольку колеса не крутятся, то коронная шестерня тоже неподвижна, как и второй электромотор. Между тем, двигатель работает на своих обычных оборотах, вращая водило. Значит, планетарные шестеренки бегают по короне, быстро вращаясь. Они приводят в движение солнечную шестерню (желтую), и та вращается, крутя электромотор №1. Он при этом работает в режиме генератора.

А если батарея полностью заряжена? Тогда электроника просто выключает двигатель и все шестерни останавливаются.

В этом случае водило стоит на месте (ДВС выключен). Солнечная и коронная шестерни крутятся в разные стороны, оба электромотора работают, каждый в своем направлении.

Особенность двигателя Toyota Prius в том, что он работает по циклу Аткинсона. Этот цикл обеспечивает высокий КПД, но такой ДВС хорошо работает лишь в узком диапазоне оборотов. Значит, при любой скорости автомобиля он должен работать на одной частоте.

Регулировку частоты как раз и обеспечивает трансмиссия. Все шестерни приходят в движение. Причем двигатель крутится на своей оптимальной скорости, а скорость вращения второго электромотора жестко связана со скоростью вращения колес. А вот солнечный электромотор может работать на любой частоте, и он выступает в роли синхронизатора для всех трех устройств.

Недавно Techinsider рассказывал об обычных коробках-вариаторах (CVT) и разбирался, почему они считаются менее надежными, чем коробка-автомат.

Плюс «тойотовской» трансмиссии eCVT как раз в том, что она оказалась практически неубиваемой. В ней нет ни сцепления, ни ремня, ни других уязвимых частей. Шестерни все время работают в зацеплении друг с другом, поэтому их зубья не испытывают ударных нагрузок.

Кроме этого, такая коробка компактна и стоит недорого, в сравнении с другими вариантами.

Однако и минус у нее есть: на высоких оборотах планетарные редукторы начинают расходовать больше энергии на вращение. Поэтому на шоссе гибридный автомобиль может быть менее экономичным, чем даже обычный дизельный. Вот почему их удел – городские авто.