Популярность автомобилей с электрическими силовыми установками все более возрастает вследствие совершенствования технических характеристик аккумуляторов, развития «зеленого» автомобилестроения. Для эффективного использования заряда АКБ важно рационально преобразовать вращающий момент, передающийся на ходовую часть, что предъявляет определенные требования к конструкции трансмиссионного механизма. В предлагаемом обзоре рассматриваются особенности вариаторов в гибридных автомобилях Тойота, Хонда и других ведущих мировых брендов.
Ниже представлен анализ нюансов устройства, принципа действия, обеспечиваемых при этом преимуществ и недостатков, ограничивающих применение, режимов работы оборудования, исходя из условий движения.
Что такое планетарно-электрический «вариатор»
Планетарно-электрическим вариатором называют бесступенчатую коробку передач. Трансмиссия работает от электромотора, преобразуя вращающий момент для оптимального выигрыша в силе и скорости. В отличие от обычной вариаторной трансмиссии, здесь отсутствует ременная передача, а частоту вращения планетарного редуктора регулирует электромотор.
Называть эту коробку вариатором не совсем корректно ввиду совершенно отличной конструкции. Но указанное название прижилось из-за плавности работы при изменении вращающего момента (с учетом текущей дорожной ситуации).
Принцип работы eCVT
«Умная» трансмиссия работает под управлением электроники. В этой силовой установке совмещены следующие агрегаты:
- планетарный редуктор – преобразует вращение;
- электромотор – связан с приводным механизмом;
- двигатель внутреннего сгорания, функционирующий от традиционного топлива.
Электрический мотор может передавать вращение на ходовую часть без изменения момента или с преобразованием оборотов.
Важно учесть, что по особенностям конструкции эта коробка увереннее себя чувствует при умеренной частоте вращения приводного вала. С возрастанием оборотов электромотору сложнее выдерживать нагрузку. Увеличивается расход топлива, снижается экономичность функционирования.
Устройство планетарного редуктора
Планетарному редуктору присвоено такое название за особенности конструкции, напоминающие вращение планет вокруг Солнца. Это механизм состоит из:
- центральной приводной шестерни, непосредственно приводимой в действие электромотором;
- промежуточных зубчатых колес одинакового размера в прямом зацеплении с установленной по центру и вращающихся вокруг нее;
- водила – коронной (розовой) шестерни, у которой зубья расположены с внутренней стороны окружности.
В некоторых модификациях гибридного агрегата предусмотрен второй электрический мотор. Этот двигатель связан с коронной шестерней.
Режимы работы eCVT
В зависимости от нагрузки, необходимости ускорения и других особенностей, гибридный вариатор может работать в следующих режимах:
- Электрическом – машина движется исключительно от энергии, преобразованной мотором, без изменения передаточного числа. Этот способ задействуется при медленной езде, либо когда нужно интенсивно ускориться, когда гибридный автомобиль трогается с места.
- Двигательном – работает силовой агрегат внутреннего сгорания, с преобразованием вращения планетарным редуктором. Применяется при быстром движении, когда требуется высокую скорость совместить с низкими энергопотерями.
- Гибридном – одновременно задействуется топливный и электрический двигатели. Первый подзаряжает аккумулятор, второй используется для движения. Этот режим подходит при средних нагрузках, выдерживает разумный баланс между эффективностью работы и экономией расхода горючего.
Работой трансмиссии управляет электроника, изменяя передаточное отношение исходя из текущих дорожных условий. При умеренных нагрузках заряд аккумуляторной батареи успевает восполняться от топливного двигателя.
Мощность электромотора в гибридных автомобилях Тойота невелика – в пределах 15 кВт. Но этого достаточно для старта с места. Далее автоматически подключается бензиновый двигатель, что обеспечивает хорошую динамику разгона.
Плюсы и минусы планетарно-электрического «вариатора»
Преимущества гибридного трансмиссионного механизма:
- Конструктивная надежность. Отсутствуют такие факторы риска как ременная передача, сцепление, прочие уязвимые узлы. Наибольшей нагрузке подвержены шестерни в зацеплениях, но за счет рационального выбора металлического сплава и использования смазки срок службы этих деталей можно ощутимо продлить.
- Относительно низкая цена(по сравнению с другими типами трансмиссии).
- Простота обслуживания, в котором коробка почти не нуждается.
- Комфорт – плавность переключения передач, мягкость движения.
- Компактность, что экономит место в подкапотном пространстве, сокращает массу двигательной установки.
- Высокая производительность – в единой двигательной установке традиционный ДВС конструктивно совмещен с одним или двумя электромоторами, что увеличивает эффективность работы.
- Экономный расход бензина. Это снижает расходы водителя и негативный эффект для окружающей среды от работы двигателя внутреннего сгорания.
Существенный минус единственный – при повышенных оборотах планетарному редуктору требуется больше энергии для работы. Поэтому экономичность трансмиссии падает при скоростной езде по автомагистрали. Также в этом случае возрастает риск перегрева.
Учитывая перечисленные особенности, гибридный автомобиль с eCVT увереннее себя ощущает в городских условиях, когда предусмотрены частые остановки на светофорах или в пробках, а скорость движения ограничена плотным трафиком.
Несмотря на указанный недостаток, электрический вариатор – оригинальная разработка, последующее совершенствование которой поможет совместить экологическую безопасность при эксплуатации автомобильной техники с практичностью и комфортом для водителя, пассажиров.
И хотя для российских автомобилистов гибридные автомобили пока остаются экзотикой, за этим направлением автомобилестроения стоит будущее, что приведет к последовательному росту популярности экологически безопасной техники.
