◆文/江蘇 高惠民

雙擎卡羅拉THS技術(shù)解析—構(gòu)造篇(一)

◆文/江蘇 高惠民

高惠民

(本刊編委會(huì)委員)

現(xiàn)任江蘇省常州外汽豐田汽車銷售服務(wù)有限公司技術(shù)總監(jiān)，江蘇技術(shù)師范學(xué)院、常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程運(yùn)用系專家委員，高級(jí)技師。

近年來，環(huán)境與能源問題日益突出，我國政府在限制燃油消耗的強(qiáng)制性國家法規(guī)中規(guī)定，從2016年開始到2020年的第4階段，輕型車企業(yè)平均燃料消耗量(CAFC)限值將從6.9 L/100km逐步降低到5.0L/100km。從目前運(yùn)行混合動(dòng)力乘用車來看，它可以比常規(guī)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力乘用車的整車燃油消耗和有害物排放降低30% 以上。因此，發(fā)展混合動(dòng)力汽車是滿足未來一段時(shí)期內(nèi)油耗和排放法規(guī)的主流技術(shù)路線。混合動(dòng)力汽車是指擁有兩個(gè)以上能量系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的汽車，如2015年上市的國產(chǎn)雙擎卡羅拉就是將燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力蓄電池供能的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)或者分別驅(qū)動(dòng)車輛。下面通過它的構(gòu)造原理和控制策略，解析豐田第二代混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-Ⅱ(Toyota Hybrid System)，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力耦合技術(shù)。雙擎卡羅拉混合動(dòng)力系統(tǒng)布置如圖1所示?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)性能參數(shù)如圖2所示。發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)如圖3所示。

圖1 混合動(dòng)力系統(tǒng)布置

一、混合動(dòng)力車用發(fā)動(dòng)機(jī)

傳統(tǒng)的汽車是由單一動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，所有動(dòng)力均來自燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。這使得按最高車速、最大爬坡、極限加速性等動(dòng)力性要求設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，與整車一般行駛工況下的功率需求之間存在較大差別，發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間工作在輕載、低負(fù)荷工況，因此發(fā)動(dòng)機(jī)效率低，排放性能差，造成整車燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性的惡化。

圖2 混合動(dòng)力性能參數(shù)

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)

混合動(dòng)力汽車避開了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和低負(fù)荷工況工作(用電力驅(qū)動(dòng))，并且采用Atkinson(阿特金森循環(huán))汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。Atkinson循環(huán)比Otto循環(huán)(奧托循環(huán))的熱效率高，這是因?yàn)锳tkinson循環(huán)的膨脹比大于壓縮比，阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)原理圖如圖4所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷時(shí)，通過VVT-i控制實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣門延遲關(guān)閉，使得有效壓縮比變小，同時(shí)加大節(jié)氣門開度，利用進(jìn)氣門開閉時(shí)刻來調(diào)節(jié)負(fù)荷，減少了進(jìn)氣過程的泵氣損失(延遲進(jìn)氣門關(guān)閉工作示意圖如圖5所示)。另外膨脹比大于壓縮比這也使得膨脹壓力下降后開始進(jìn)行排氣行程。能夠更大程度地將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，降低燃油消耗率(阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)減少進(jìn)排氣損失原理如圖5所示)。因此阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)在混合動(dòng)力乘用車上得到廣泛的應(yīng)用。

雙擎卡羅拉采用了1.8L排量的8ZR-FXE Atkinson循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，它較上一代豐田混合動(dòng)力汽車用的1.5L排量發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性范圍有所擴(kuò)大，體現(xiàn)了更好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。(圖6雙擎卡羅拉8ZR-FXE發(fā)動(dòng)機(jī)與豐田上一代混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性對(duì)比圖)。

圖4 阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)原理圖

圖5 延遲進(jìn)氣門關(guān)閉工作示意圖、阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)減少進(jìn)排氣損失示意圖

二、混合動(dòng)力電源

雙擎卡羅拉的混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了兩個(gè)蓄電池，混合動(dòng)力蓄電池和輔助蓄電池(混合動(dòng)力2個(gè)蓄電池安裝位置如圖7所示)。

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性對(duì)比圖

圖7 混合動(dòng)力蓄電池和輔助蓄電池

(未完待續(xù))