揮舞的寶劍 ——淺析雷克薩斯混動(dòng)技術(shù)

自從1997年第一輛混合動(dòng)力汽車豐田普銳斯問世以來，混合動(dòng)力技術(shù)便憑借出色的燃油經(jīng)濟(jì)性成為各大汽車廠商廝殺的新戰(zhàn)場(chǎng)，圍繞這一領(lǐng)域的你來我往、拆招換式從未停止，因目前電池技術(shù)仍未達(dá)到汽車全面向純電力驅(qū)動(dòng)跨越的成熟度，混合動(dòng)力市場(chǎng)的紛爭呈現(xiàn)愈演愈烈的趨勢(shì)。作為豐田汽車的高端品牌，雷克薩斯自然不會(huì)甘于寂寞，LHD(Lexus Hybrid Drive)混合動(dòng)力技術(shù)就是其手中揮舞的寶劍，憑借帶有阿特金森循環(huán)工況的發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)間的協(xié)同工作，在降低油耗之余，動(dòng)力輸出也互補(bǔ)不足，在紛亂的混動(dòng)江湖中占據(jù)了自己的一席之地。

● 混合動(dòng)力系統(tǒng)分類

混合動(dòng)力系統(tǒng)可依據(jù)混合度的不同進(jìn)行分類，雷克薩斯通常將混動(dòng)系統(tǒng)廣義上分為全（強(qiáng)）混系統(tǒng)和部分（弱）混合系統(tǒng)，全混系統(tǒng)在車輛行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)可相互配合，互補(bǔ)不足，比僅用電動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力的部分混合系統(tǒng)來講，節(jié)油效能更為顯著，也是混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。雷克薩斯LHD混動(dòng)系統(tǒng)就屬于全混系統(tǒng)。

當(dāng)然，混合動(dòng)力系統(tǒng)還可以按照動(dòng)力傳輸路線分為串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種，這三種方式很好區(qū)分，串聯(lián)混動(dòng)在車輛行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不直接提供前進(jìn)所需動(dòng)力，而是用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)為電池充電，再由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。并聯(lián)混動(dòng)則是由發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)只作為輔助，在車輛起步、加速時(shí)提供動(dòng)力?；炻?lián)混動(dòng)系統(tǒng)則兼二者于一身，既可以僅憑電機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可以與發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，具有更大的靈活性。沒錯(cuò)，雷克薩斯LHD混動(dòng)系統(tǒng)就屬于混聯(lián)混動(dòng)系統(tǒng)。

● LHD混動(dòng)系統(tǒng)組成部件

明白了雷克薩斯LHD于哪一類混動(dòng)系統(tǒng)之后，我們就來簡要了解下這個(gè)系統(tǒng)都有哪些部件組成。可能很多人都覺得混合動(dòng)力系統(tǒng)非常神秘，不過其結(jié)構(gòu)并不是很復(fù)雜。LHD混動(dòng)系統(tǒng)包括一臺(tái)帶有阿特金森循環(huán)工況的發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力分流裝置、電能轉(zhuǎn)換器、動(dòng)力控制單元、電池和兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)（兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)被稱為MG1和MG2，MG1負(fù)責(zé)為電池充電或?yàn)镸G2提供電力并充當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電機(jī)，不直接提供驅(qū)動(dòng)力；MG2負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)車輪，并在制動(dòng)時(shí)通過動(dòng)力回收系統(tǒng)為電池充電），其中帶有阿特金森循環(huán)工況的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)車輛行駛提供動(dòng)力。我想有人肯定會(huì)問阿特金森循環(huán)是啥？這么拗口的名字實(shí)在是令人不明所以，帶著這個(gè)疑問我們接著看。

● 阿特金森循環(huán)是啥？

不少人在讀技術(shù)文章的時(shí)候都會(huì)被各種生僻的名詞弄得頭暈?zāi)垦?，其中原理更是深?yuàn)W難懂，一知半解。為了避免這一問題我們不妨開門見山，阿特金森循環(huán)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)相比，其大特點(diǎn)就是做功行程比壓縮行程長，也就是我們常說的膨脹比大于壓縮比。更長的做功行程可以更有效地利用燃燒后廢氣殘存的高壓，所以燃油效率比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)更高一些。只要明白了這一點(diǎn)，阿特金森循環(huán)就懂了七成。

眾所周知發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程分為進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)階段，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)四個(gè)階段活塞行程是相同的，而阿特金森循環(huán)是如何做到壓縮和做功階段行程不同的呢？在1882年，阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)剛剛問世之時(shí)，其是通過復(fù)雜的連桿協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)這一功能的。

而時(shí)過境遷，再用如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)顯然是不現(xiàn)實(shí)的，但其節(jié)油特性又符合目前人們的需要，所以雷克薩斯搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)用氣門相位調(diào)節(jié)器控制進(jìn)氣門晚關(guān)取代了復(fù)雜的連桿機(jī)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣行程結(jié)束后進(jìn)氣門仍在一段時(shí)間內(nèi)保持開啟，這樣就將吸入的混合氣又吐出去一部分，更簡單的實(shí)現(xiàn)了膨脹比大于壓縮比的效果，模擬出了阿特金森循環(huán)工況。

可能有些人并不理解這樣做為何會(huì)省油，我們可以簡單說明下。對(duì)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，膨脹比越大，說明做功的行程就越長，同樣燃油發(fā)出的能量被利用的就越充分，但膨脹比越大，意味著壓縮比也會(huì)增大，壓縮比過高有可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，所以偷偷吐出一點(diǎn)氣就可以在壓縮比不增加的情況下增加膨脹比，延長做功行程，使燃燒發(fā)出的能量得到更加充分的利用。

● 阿特金森循環(huán)工況為何能迎合混合動(dòng)力汽車

混合動(dòng)力汽車為何對(duì)阿特金森循環(huán)情有獨(dú)鐘呢？原因很簡單，第一，混合動(dòng)力汽車的首要目的是省油，這點(diǎn)和阿特金森循環(huán)完全吻合。第二，混合動(dòng)力汽車除發(fā)動(dòng)機(jī)外還配備有電動(dòng)機(jī)，可以彌補(bǔ)阿特金森循環(huán)的性能缺陷，使其不會(huì)因自身缺陷而遭棄用。那么阿特金森循環(huán)存在什么缺陷呢？

首先，發(fā)動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，本來就稀薄的混合氣在進(jìn)氣門晚關(guān)“反流”時(shí)會(huì)變得更少，致使其低速扭矩欠佳，車輛在起步時(shí)顯然動(dòng)力明顯不足。沒有人愿意自己的車剛起步就被甩出一大截，廠商自然也不愿因此被嗤之以鼻。

其次，阿特金森循環(huán)較長的活塞行程雖然能更充分地利用燃燒所產(chǎn)生的能量，使車輛變得更加省油，但也因此對(duì)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生了限制，使加速性能變差，并且“升功率”這一指標(biāo)會(huì)很低。這也使得其很難被人們接納。

如此一來，只能在中段轉(zhuǎn)速展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)的阿特金森循環(huán)無疑是處境尷尬，市區(qū)擁堵的交通狀況更是令其雪上加霜，但混合動(dòng)力汽車配備的電動(dòng)機(jī)正好彌補(bǔ)了其在這方面的缺陷，在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，車輛采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)用電動(dòng)機(jī)加以輔助，使其自身優(yōu)勢(shì)得以充分施展。目前一些常規(guī)動(dòng)力汽車也通過延遲噴射功能使發(fā)動(dòng)機(jī)在部分工況下模擬阿特金森循環(huán)，以提升節(jié)油效果。

● LHD混合動(dòng)力系統(tǒng)工作過程

組成系統(tǒng)的部件清晰了，工作過程理解起來就容易很多。同樣，若是跟講教科書一般深究其里，恐怕又會(huì)陷入頭昏腦漲的窘境，所以我們還是通俗一點(diǎn)，使大家能夠明白系統(tǒng)什么時(shí)候在做什么事情就足夠了。

我們將車輛的行駛狀態(tài)分為起步及低速行駛、正常行駛、全力加速、減速及制動(dòng)四種情況。在起步及低速行駛狀態(tài)時(shí)，車輛為純電動(dòng)模式，僅由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以降低車輛油耗及排放，并解決了阿特金森循環(huán)低速扭矩不足的缺陷。在正常行駛時(shí)，車輛由發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)共同作用，使車輛經(jīng)濟(jì)性達(dá)到佳。在全力加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)為車輛提供大動(dòng)力輸出，使車輛具有不錯(cuò)的加速表現(xiàn)。在減速及制動(dòng)時(shí)，動(dòng)力回收系統(tǒng)會(huì)將減速及制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量回收、再生，并通過電動(dòng)機(jī)為電池充電，進(jìn)一步達(dá)到降低油耗的目的。當(dāng)然整個(gè)過程無需人工介入，動(dòng)力控制單元PCU就全權(quán)操辦了。

此外，對(duì)于混動(dòng)系統(tǒng)而言，做到動(dòng)力強(qiáng)勁僅是自身使命之一，如何高效地將動(dòng)力傳遞至車輪也是評(píng)判其好壞與否的另一關(guān)鍵因素。雷克薩斯LHD混合動(dòng)力系統(tǒng)在這一方面也配備了有別于傳統(tǒng)車輛的ECVT電控?zé)o級(jí)式自動(dòng)變速箱。這種變速箱集成了一套行星齒輪組用來管理LHD混動(dòng)系統(tǒng)中兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)間的動(dòng)力分配，并采用人工智能換擋控制（AI-shift Control）,無需由人來考慮換擋時(shí)機(jī)，變速箱會(huì)自動(dòng)調(diào)整速比，滿足節(jié)油需要，同時(shí)全過程沒有任何頓挫感，動(dòng)力傳遞效率也更高。

● LHD混合動(dòng)力系統(tǒng)車型

目前，雷克薩斯采用LHD混合動(dòng)力系統(tǒng)的車型有CT200h、ES300h、GS450h/300h、RX450h及LS600hL。這些車型在油耗方面比傳統(tǒng)動(dòng)力汽車大幅降低的同時(shí)，動(dòng)力性能上卻并不遜色，不必說，自然是得益于油、電協(xié)同工作的結(jié)果。

總結(jié)：

雷克薩斯LHD混合動(dòng)力系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)與帶有阿特金森循環(huán)工況的發(fā)動(dòng)機(jī)相結(jié)合的方式，并通過高效的控制及傳動(dòng)系統(tǒng)，使燃油消耗相對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車而言，可以保持在較低水平，且在動(dòng)力性能上互補(bǔ)不足。在趨于白熱化的混動(dòng)汽車競(jìng)爭中，擁有了屬于自己的一席之地。但技術(shù)的發(fā)展不會(huì)停滯，廠商間猛烈地廝殺仍日復(fù)一日不斷上演，在適者生存的激烈競(jìng)爭中，雷克薩斯LHD混動(dòng)技術(shù)又會(huì)有哪些順應(yīng)潮流的新變化，我們尚不知曉。不過萬變不離其宗，無論技術(shù)如何衍變，滿足消費(fèi)者的需求才是其終目的。