Вы с интересом читаете о «глубоком» тюнинге легкового «универсала» с V-образным 6-цилиндровым турбодизелем. «Вседорожника» с мощной бензиновой «восьмеркой» – или компактного хэтчбека класса B. Узнаете о серьезной доработке полногабаритного пикапа, после которой массивный грузопассажирский автомобиль способен разогнаться с места до 96,5 км/ч (60 миль) за… сек. А вот о тюнинге легковушки с «гибридным» бензин-электрическим силовым агрегатом вам вряд ли доводилось слышать; неожиданно, но теперь уже факт.
Австралийские энтузиасты взялись за Toyota Prius – еще I поколения, образца 1999 (подробно о «приусе» II поколения см.: «Гибрид», «Турбо», 2004, №1, стр.18-21). С правым рулем; в Австралии – как и в Сибири – ценят праворулевых «японцев» (правда, и ездят там по левой стороне). «Приусы» и по Н-ску бегают, хотя об их тюнинге у нас пока не помышляют.
 |
| «Приус» I поколения на австралийской земле. С конца прошлого века они стали привычны для глаза – даже в Новосибирске |
Аккумулятор?
Понятно, что речь шла не о внешнем тюнинге, не о стайлинге; замысел состоял прежде всего в увеличении потенциала силового агрегата и в повышении динамики автомобиля. А она оставляет желать лучшего: даже после модификации 2001 на разгон с места до 100 км/ч «приусу» требовалось не меньше 13,4 сек., скорость не превышала 160 км/ч. У модели 1999 показатели еще заметно слабее.
Так что силовой тюнинг, и мысль новаторов-рационализаторов поначалу нацелилась на увеличение емкости и отдачи тягового аккумулятора. Казалось бы, и в самом деле: Prius из числа так называемых «полных гибридов», то есть при заряженном аккумуляторе машина способна трогаться с места и даже разгоняться без участия двигателя внутреннего сгорания – на одном лишь электроприводе. Тяговый электромотор развивает до 30 кВт (41 л.с.) в диапазоне 940-2000 мин-1 и выдает до 305 Нм(!) от нуля оборотов. Тогда как максимальная мощность его бензинового д.в.с. – 43 кВт (58 л.с.) при 4000 мин-1, а наибольший крутящий момент – 102 Нм при тех же 4 тыс. оборотов; вполне сравнимо.
 |
| Силовой агрегат THS до реконструкции. И как у них рука поднялась? |
Установить (в параллель) пару аккумуляторов вместо одного, заменить электромотор на другой – с удвоенной отдачей? Вроде общий эффект такой реконструкции значителен, но энтузиасты тюнинга вовремя одумались. Слишком уж сложна электротехника «приуса»: один только никель-металлгидридный аккумулятор насчитывает 40 «банок». Причем они согласованно заряжаются и разряжаются под контролем непростой (силовой) электроники, влезать в которую «с кондачка» крайне рискованно. Рабочее напряжение там 288 В1; не влезай, убьет! Решили поэтому электротехнику не трогать и сосредоточиться на бензиновом двигателе; так привычнее – и напряжение в сети всего лишь 12/14 В.
Наддув
Радикальный способ повышения отдачи д.в.с. – наддув: применение турбо- или приводного нагнетателя (см.: «С наддувом», «Турбо», 2005, №№1 и 3). Наддув «гибридного» силового агрегата – беспрецедентное решение. И хотя кое-кто уже турбировал 3-цилиндровый движок «частичного гибрида» Honda Insight, но задачу такой сложности, как монтаж компрессора на агрегат THS (Toyota Hybrid System – гибридная система Toyota), никто даже и не ставил. Не говоря уже о практическом решении.
Ответы на вопросы пришлось искать «с нуля», а вопросов немало. На первый взгляд, у «приуса» та же 1,5-литровая 16-клапанная «четверка» (диаметр цилиндров и ход поршней 75х84,7 мм) 1NZ-FE, что и у компактов Echo/Vitz/Yaris. Та, да не совсем (чтобы не сказать «совсем не»). Для начала, степень сжатия у мотора (под обозначением 1NZ-FXE) необыкновенно высока: 13,5! Абсолютный рекорд для серийного бензинового двигателя; правда, степень не сжатия, а… расширения. Дело в том, что д.в.с. у «приуса» работает по так называемому «5-тактному» циклу Atkinson’а/Miller’а (см.: «Гибрид»). Фазы впуска у него необычно широки; скажем, если у нормальной «четверки» 1NZ-FE впуск продолжается примерно 225° (по углу поворота коленвала), то у Prius’а – под 300°. Значит, клапаны остаются открытыми еще довольно долго после н.м.т., и на ходе сжатия поршень выталкивает часть топливовоздушной смеси из цилиндра обратно во впускной коллектор. Так сказать, такт «обратного выброса» – перед сжатием.
 |
| «Пятитактный» цикл Atkinson’а/Miller’а |
 |
| Обратите внимание на две видимые невооруженным глазом особенности мотора. Во-первых, поршень в в.м.т., а шатун наклонен к оси цилиндра. Значит, ось коленвала смещена вбок; дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм. Во-вторых, профиль кулачка впускного клапана намного шире, чем выпускного. Увеличенная продолжительность впуска, «5-тактный» цикл. А также обычный тойотовский механизм фазовращения VVT-i на впуске |
В результате компрессия в цилиндрах остается где-то на уровне 9,5 и угрозы детонации нет. А вот степень расширения рабочих газов таки 13,5, что означает исключительно высокий термический к.п.д. Спрашивается, почему так не делают все? Во-первых, обратный выброс топливовоздушной смеси ухудшает наполнение цилиндров, и отдача двигателя невысока – см. выше. Во-вторых, «на низах» он тянет – из-за необычно широких фаз впуска – совсем плохо: без вспомогательного электромотора и с места-то не тронешься. Тогда как в составе THS «5–тактный» мотор работает вполне нормально.
Однако австралийских новаторов-рационализаторов волновали отнюдь не теоретические, а вполне практические обстоятельства. Как известно, при наддуве приходится понижать степень сжатия, – иначе неизбежна детонация. А как считать ее у «приуса»: 9,5 или все же 13,5? И насколько нужно уменьшать, чтобы исключить детонацию? Мало того, всплывал запутанный вопрос совместной работы «дозаряженного» д.в.с. и электропривода; ведь в штатном исполнении они тонко согласованы – под контролем электроники.
Причем бензиновый двигатель и тяговый электромотор в паре образуют бесступенчатый электромеханический «автомат» PSD (Power Split Device – 2-поточная трансмиссия). Они связаны цилиндрическим дифференциалом, который делит мощность бензинового д.в.с. на 2 потока: один направляется к ведущим колесам, а другой вращает альтернатор-стартер. Напряжение от альтернатора либо идет на подзарядку аккумулятора, либо питает тяговый электромотор (см.: «Гибрид»); их хитрая игра – под контролем электроники – и дает эффект плавного изменения передаточного числа трансмиссии.
 |
| Схема трансмиссии «гибрида»: бензомотор, альтернатор/стартер и тяговый электромотор связаны через цилиндрический дифференциал. Бесчисленные варианты взаимодействия |
Не разрушит ли «дозарядка» д.в.с. тонкий баланс PSD? Вопрос настолько сложный, что ответ на него можно получить только опытным путем. Оставалось определиться с нагнетателем – и экспериментировать, экспериментировать… Легко сказать «определиться», а какой здесь лучше подходит: турбоагрегат или приводной нагнетатель?