双擎卡罗拉THS技术解析—构造篇(一)

◆文/江苏 高惠民

双擎卡罗拉THS技术解析—构造篇(一)

◆文/江苏 高惠民

高惠民

(本刊编委会委员)

现任江苏省常州外汽丰田汽车销售服务有限公司技术总监，江苏技术师范学院、常州机电职业技术学院汽车工程运用系专家委员，高级技师。

近年来，环境与能源问题日益突出，我国政府在限制燃油消耗的强制性国家法规中规定，从2016年开始到2020年的第4阶段，轻型车企业平均燃料消耗量(CAFC)限值将从6.9 L/100km逐步降低到5.0L/100km。从目前运行混合动力乘用车来看，它可以比常规内燃机动力乘用车的整车燃油消耗和有害物排放降低30% 以上。因此，发展混合动力汽车是满足未来一段时期内油耗和排放法规的主流技术路线。混合动力汽车是指拥有两个以上能量系统驱动的汽车，如2015年上市的国产双擎卡罗拉就是将燃油发动机和动力蓄电池供能的电动机产生的驱动力同时或者分别驱动车辆。下面通过它的构造原理和控制策略，解析丰田第二代混合动力系统THS-Ⅱ(Toyota Hybrid System)，发动机节能技术以及发动机与电动机驱动力耦合技术。双擎卡罗拉混合动力系统布置如图1所示。混合动力系统性能参数如图2所示。发动机性能参数如图3所示。

图1 混合动力系统布置

一、混合动力车用发动机

传统的汽车是由单一动力源驱动，所有动力均来自燃料发动机。这使得按最高车速、最大爬坡、极限加速性等动力性要求设计的发动机功率，与整车一般行驶工况下的功率需求之间存在较大差别，发动机大部分时间工作在轻载、低负荷工况，因此发动机效率低，排放性能差，造成整车燃油经济性和排放性的恶化。

图2 混合动力性能参数

图3 发动机性能参数

混合动力汽车避开了发动机怠速和低负荷工况工作(用电力驱动)，并且采用Atkinson(阿特金森循环)汽油发动机。Atkinson循环比Otto循环(奥托循环)的热效率高，这是因为Atkinson循环的膨胀比大于压缩比，阿特金森循环发动机原理图如图4所示。

发动机部分负荷时，通过VVT-i控制实现进气门延迟关闭，使得有效压缩比变小，同时加大节气门开度，利用进气门开闭时刻来调节负荷，减少了进气过程的泵气损失(延迟进气门关闭工作示意图如图5所示)。另外膨胀比大于压缩比这也使得膨胀压力下降后开始进行排气行程。能够更大程度地将热能转化为机械能，提高发动机的热效率，降低燃油消耗率(阿特金森循环发动机减少进排气损失原理如图5所示)。因此阿特金森循环发动机在混合动力乘用车上得到广泛的应用。

双擎卡罗拉采用了1.8L排量的8ZR-FXE Atkinson循环发动机，它较上一代丰田混合动力汽车用的1.5L排量发动机的万有特性范围有所扩大，体现了更好的动力性和燃油经济性。(图6双擎卡罗拉8ZR-FXE发动机与丰田上一代混合动力发动机万有特性对比图)。

图4 阿特金森循环发动机原理图

图5 延迟进气门关闭工作示意图、阿特金森循环发动机减少进排气损失示意图

二、混合动力电源

双擎卡罗拉的混合动力系统采用了两个蓄电池，混合动力蓄电池和辅助蓄电池(混合动力2个蓄电池安装位置如图7所示)。

图6 发动机万有特性对比图

图7 混合动力蓄电池和辅助蓄电池

(未完待续)