青睞阿特金森循環 談雷克薩斯混動技術

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自1997年第一款混合動力汽車豐田普銳斯（查成交價|參配|優惠政策）問世以來，混合動力技術以其出色的燃油經濟性成為各大汽車廠商搏擊的新戰場。這個領域從來沒有停止過，因為電池技術還沒有達到車輛全方位向純電驅動過渡的成熟，混動市場的爭議也越來越激烈。作為豐田的高端品牌，雷克薩斯自然不愿意孤獨。LHD混合動力技術是其手中揮舞的利劍。發動機與電機配合阿特金森循環，既能降低油耗，又能在動力輸出上取長補短，在混亂的混水江湖中占據了自己的一席之地。

●混合動力系統的分類

混合動力系統可以根據混合程度的不同進行分類。雷克薩斯通常將混合動力系統大致分為完全混合動力系統和部分混合動力系統。在車輛行駛過程中，全混動系統的發動機和電機可以相互配合，但互補性不夠。與僅使用電動機作為輔助動力的部分混合動力系統相比，節油效率更顯著，這也是混合動力技術的發展趨勢。雷克薩斯LHD混合動力系統是一個完全混合的系統。

提示:

我國常用的混合動力系統按混合程度分為微混合動力系統:電機峰值功率與發動機額定功率之比≤5%。輕度混合動力型:電機峰值功率與發動機額定功率之比為5%-15%。中混動型:電機峰值功率與發動機額定功率之比為15%-40%。重混型:電機峰值功率與發動機額定功率之比大于40%。

當然，混合動力系統也可以根據動力傳輸路線分為串聯、并聯和串-串聯三種類型，區別很好。車輛行駛時，用串聯-串聯混合動力中的發動機帶動發電機運轉給電池充電，再由電機帶動車輛行駛。并聯混合動力中，發動機作為主動力源，電機僅作為輔助，在車輛起步加速時提供動力。混動-混合動力系統是兩者的結合，既可以只由電機驅動，也可以與發動機同時工作，具有更大的靈活性。是的，雷克薩斯LHD混合動力系統是一個混合動力系統。

●左駕車混合動力系統的部件

在了解了雷克薩斯LHD處于什么樣的混動系統之后，我們來簡單了解一下這個系統的組成部分。很多人可能認為混合動力系統很神秘，但它的結構并不是很復雜。LHD混合動力系統包括一臺帶阿特金森循環的發動機、功率分配器、電能轉換器、功率控制單元、電池和兩臺電機，其中阿特金森循環的發動機和電機為驅動車輛提供動力。我想肯定有人會問什么是阿特金森循環？這么尷尬的名字還真不知道所以。帶著這個問題，我們繼續看。

●什么是阿特金森循環？

很多人在閱讀科技文章時會被各種不熟悉的名詞搞得暈頭轉向，其中原理更是深奧晦澀。為了避免這個問題，我們不妨開門見山。與傳統發動機的工作循環相比，阿特金森循環最大的特點是工作行程比壓縮行程長，也就是我們常說的膨脹比大于壓縮比。更長的作功沖程可以更有效地利用燃燒后廢氣的殘余高壓，因此燃油效率高于傳統發動機。只要理解了這一點，阿特金森循環就會被理解70%。

阿特金森循環發動機

眾所周知，發動機的工作過程分為進氣、壓縮、做功和排氣四個階段。傳統發動機四個階段的活塞沖程是相同的。阿特金森循環如何使壓縮和做功階段的行程不同？1882年，阿特金森循環發動機首次引入時，是通過復雜連桿的配合實現這一功能的。

“傳統發動機占空比”

“模擬阿特金森發動機的工作循環”

但是隨著時間的推移，再次使用如此復雜的結構顯然是不現實的，但是它的節油特性滿足了目前人們的需求。因此，雷克薩斯發動機采用氣門相位調節器來控制進氣門的延遲關閉，而不是復雜的連桿機構，使發動機的進氣門在進氣沖程結束后保持開啟一段時間，使一部分吸入的混合氣再次噴出，更簡單地實現了膨脹比大于壓縮比的效果，模擬了阿特金森循環工況。

可能有些人不明白為什么這樣會省油。我們可以簡單解釋一下。對于同一臺發動機，膨脹比越大，做功沖程越長，同一種燃料發出的能量利用得越充分。然而，膨脹比越大，壓縮比越高，這可能導致發動機爆震。因此，偷偷吐出一點氣體，可以在不增加壓縮比的情況下，增加膨脹比，延長做功沖程，使燃燒散發的能量得到充分利用。

●為什么阿特金森循環工況可以迎合混合動力汽車？

為什么混合動力汽車對阿特金森循環情有獨鐘？原因很簡單。首先，混合動力汽車的首要目的是節省燃油，這與阿特金森循環完全一致。其次，混合動力汽車除了發動機之外還配備了電動機，可以彌補阿特金森循環的性能缺陷，使其不會因自身缺陷而被放棄。那么阿特金森循環有哪些缺陷呢？

首先，當發動機低速運轉時，進氣門晚關時已經稀薄的混合氣會變少，導致低速扭矩差，車輛起步時動力明顯不足。沒有人希望自己的車一啟動就被扔出去，廠家自然也不想被人嗤之以鼻。

其次，雖然阿特金森循環的活塞行程較長，可以充分利用燃燒產生的能量，使車輛更加省油，但同時也限制了轉速，使加速性能變差，“動力增加”的指標會很低。這也讓人們很難接受。

由此可見，只能在中速發揮優勢的阿特金森循環無疑處于尷尬境地，城市地區的交通擁堵更是雪上加霜。然而，配備混合動力汽車的電動機正好彌補了它在這方面的缺陷。發動機低速行駛時，車輛由電動機驅動，發動機高速行駛時，由電動機輔助，可以充分發揮自身優勢。目前，一些常規動力汽車還利用延遲噴射功能，使發動機在某些工況下模擬阿特金森循環，以提高節油效果。

●鏟運機混合動力系統的工作過程

系統的組成部分清晰，工作過程也容易理解得多。同樣，如果像教科書一樣深究下去，恐怕又會陷入眼花繚亂的窘境，所以還是流行起來吧，讓大家都明白系統什么時候在做什么。

我們把車輛的行駛狀態分為起步和低速行駛、正常行駛、全加速、減速和制動四種情況。車輛在低速起步行駛時，處于純電動模式，僅由電動機驅動，可以降低車輛的油耗和排放，解決阿特金森循環低速扭矩不足的問題。正常行駛時，車輛由發動機和電機驅動，使車輛經濟性達到最佳。在全加速過程中，發動機和電機為車輛提供最大的動力輸出，使車輛具有良好的加速性能。在減速制動時，動力回收系統會將減速制動時產生的能量回收再生，通過電機給電池充電，進一步降低油耗。當然，整個過程不需要人工干預，電源控制單元PCU完全可以處理。

此外，對于混動系統來說，實現強勁動力只是其自身的使命之一，如何高效地將動力傳遞給車輪是判斷其好壞的另一個關鍵因素。雷克薩斯LHD混動系統還配備了ECVT電子無級自動變速箱，在這方面與傳統汽車不同。這款變速箱集成了一套行星齒輪組來管理LHD混動系統中兩個電機和發動機之間的動力分配，并采用AI-shift Control，可以自動調節速比滿足節油需求，同時整個過程沒有頓挫感，動力傳遞效率更高。

● LHD混合動力系統模型

目前，搭載LHD混動系統的雷克薩斯車型包括CT200h、ES300h、GS450h/300h、RX450h和LS600hL。這些車輛的油耗明顯低于傳統動力汽車，但動力性能并不遜色。不用說，自然是油電協同工作的結果。

編輯摘要:

雷克薩斯LHD混動系統采用了阿特金森循環的電機和發動機組合，通過高效的控制和傳動系統，可以將油耗保持在比傳統內燃機動力汽車更低的水平，動力性能互補。在混合動力汽車的激烈競爭中，它有自己的一席之地。但是，技術的發展不會停滯，廠商之間的激烈爭斗還會日復一日地持續下去。在激烈的優勝劣汰競爭中，我們還是不知道雷克薩斯LHD混動技術會有什么新的變化來適應潮流。然而，無論技術如何發展，滿足消費者的需求是其最終目標。