揮舞的寶劍 ——淺析雷克薩斯混動技術

自從1997年第一輛混合動力汽車豐田普銳斯問世以來，混合動力技術便憑借出色的燃油經(jīng)濟性成為各大汽車廠商廝殺的新戰(zhàn)場，圍繞這一領域的你來我往、拆招換式從未停止，因目前電池技術仍未達到汽車全面向純電力驅動跨越的成熟度，混合動力市場的紛爭呈現(xiàn)愈演愈烈的趨勢。作為豐田汽車的高端品牌，雷克薩斯自然不會甘于寂寞，LHD(Lexus Hybrid Drive)混合動力技術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)動機與電動機間的協(xié)同工作，在降低油耗之余，動力輸出也互補不足，在紛亂的混動江湖中占據(jù)了自己的一席之地。

● 混合動力系統(tǒng)分類

混合動力系統(tǒng)可依據(jù)混合度的不同進行分類，雷克薩斯通常將混動系統(tǒng)廣義上分為全（強）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)動機與電動機可相互配合，互補不足，比僅用電動機作為輔助動力的部分混合系統(tǒng)來講，節(jié)油效能更為顯著，也是混合動力技術的發(fā)展趨勢。雷克薩斯LHD混動系統(tǒng)就屬于全混系統(tǒng)。

當然，混合動力系統(tǒng)還可以按照動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)混動在車輛行駛時，發(fā)動機不直接提供前進所需動力，而是用于帶動發(fā)電機運轉為電池充電，再由電動機驅動車輛行駛。并聯(lián)混動則是由發(fā)動機作為主動力源，電動機只作為輔助，在車輛起步、加速時提供動力?；炻?lián)混動系統(tǒng)則兼二者于一身，既可以僅憑電機驅動，也可以與發(fā)動機同時工作，具有更大的靈活性。沒錯，雷克薩斯LHD混動系統(tǒng)就屬于混聯(lián)混動系統(tǒng)。

● LHD混動系統(tǒng)組成部件

明白了雷克薩斯LHD于哪一類混動系統(tǒng)之后，我們就來簡要了解下這個系統(tǒng)都有哪些部件組成?？赡芎芏嗳硕加X得混合動力系統(tǒng)非常神秘，不過其結構并不是很復雜。LHD混動系統(tǒng)包括一臺帶有阿特金森循環(huán)工況的發(fā)動機、動力分流裝置、電能轉換器、動力控制單元、電池和兩臺電動機（兩臺電動機被稱為MG1和MG2，MG1負責為電池充電或為MG2提供電力并充當發(fā)動機啟動電機，不直接提供驅動力；MG2負責驅動車輪，并在制動時通過動力回收系統(tǒng)為電池充電），其中帶有阿特金森循環(huán)工況的發(fā)動機和電動機為驅動車輛行駛提供動力。我想有人肯定會問阿特金森循環(huán)是啥？這么拗口的名字實在是令人不明所以，帶著這個疑問我們接著看。

● 阿特金森循環(huán)是啥？

不少人在讀技術文章的時候都會被各種生僻的名詞弄得頭暈目眩，其中原理更是深奧難懂，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)動機的工作循環(huán)相比，其大特點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)動機更高一些。只要明白了這一點，阿特金森循環(huán)就懂了七成。

眾所周知發(fā)動機的工作過程分為進氣、壓縮、做功、排氣四個階段，傳統(tǒng)發(fā)動機四個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)動機剛剛問世之時，其是通過復雜的連桿協(xié)同工作來實現(xiàn)這一功能的。

而時過境遷，再用如此復雜的結構顯然是不現(xiàn)實的，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)動機用氣門相位調節(jié)器控制進氣門晚關取代了復雜的連桿機構，使發(fā)動機在進氣行程結束后進氣門仍在一段時間內保持開啟，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省油，我們可以簡單說明下。對同一臺發(fā)動機來說，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，意味著壓縮比也會增大，壓縮比過高有可能導致發(fā)動機爆震，所以偷偷吐出一點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力汽車

混合動力汽車為何對阿特金森循環(huán)情有獨鐘呢？原因很簡單，第一，混合動力汽車的首要目的是省油，這點和阿特金森循環(huán)完全吻合。第二，混合動力汽車除發(fā)動機外還配備有電動機，可以彌補阿特金森循環(huán)的性能缺陷，使其不會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)動機在低速運轉時，本來就稀薄的混合氣在進氣門晚關“反流”時會變得更少，致使其低速扭矩欠佳，車輛在起步時顯然動力明顯不足。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，但也因此對轉速產(chǎn)生了限制，使加速性能變差，并且“升功率”這一指標會很低。這也使得其很難被人們接納。

如此一來，只能在中段轉速展現(xiàn)優(yōu)勢的阿特金森循環(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，但混合動力汽車配備的電動機正好彌補了其在這方面的缺陷，在發(fā)動機低轉速運轉時，車輛采用電動機驅動，高轉速運轉時用電動機加以輔助，使其自身優(yōu)勢得以充分施展。目前一些常規(guī)動力汽車也通過延遲噴射功能使發(fā)動機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，恐怕又會陷入頭昏腦漲的窘境，所以我們還是通俗一點，使大家能夠明白系統(tǒng)什么時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、減速及制動四種情況。在起步及低速行駛狀態(tài)時，車輛為純電動模式，僅由電動機驅動，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，車輛由發(fā)動機及電機驅動共同作用，使車輛經(jīng)濟性達到佳。在全力加速時，發(fā)動機及電動機為車輛提供大動力輸出，使車輛具有不錯的加速表現(xiàn)。在減速及制動時，動力回收系統(tǒng)會將減速及制動時產(chǎn)生的能量回收、再生，并通過電動機為電池充電，進一步達到降低油耗的目的。當然整個過程無需人工介入，動力控制單元PCU就全權操辦了。

此外，對于混動系統(tǒng)而言，做到動力強勁僅是自身使命之一，如何高效地將動力傳遞至車輪也是評判其好壞與否的另一關鍵因素。雷克薩斯LHD混合動力系統(tǒng)在這一方面也配備了有別于傳統(tǒng)車輛的ECVT電控無級式自動變速箱。這種變速箱集成了一套行星齒輪組用來管理LHD混動系統(tǒng)中兩臺電動機和發(fā)動機間的動力分配，并采用人工智能換擋控制（AI-shift Control）,無需由人來考慮換擋時機，變速箱會自動調整速比，滿足節(jié)油需要，同時全過程沒有任何頓挫感，動力傳遞效率也更高。

● LHD混合動力系統(tǒng)車型

目前，雷克薩斯采用LHD混合動力系統(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)動力汽車大幅降低的同時，動力性能上卻并不遜色，不必說，自然是得益于油、電協(xié)同工作的結果。

總結：

雷克薩斯LHD混合動力系統(tǒng)采用電動機與帶有阿特金森循環(huán)工況的發(fā)動機相結合的方式，并通過高效的控制及傳動系統(tǒng)，使燃油消耗相對于傳統(tǒng)內燃機動力汽車而言，可以保持在較低水平，且在動力性能上互補不足。在趨于白熱化的混動汽車競爭中，擁有了屬于自己的一席之地。但技術的發(fā)展不會停滯，廠商間猛烈地廝殺仍日復一日不斷上演，在適者生存的激烈競爭中，雷克薩斯LHD混動技術又會有哪些順應潮流的新變化，我們尚不知曉。不過萬變不離其宗，無論技術如何衍變，滿足消費者的需求才是其終目的。