現(xiàn)實版進化論 三代普銳斯混動技術(shù)革新解析
從1997年開始,豐田普銳斯就成為市場上最具競爭力的混合動力車型,而全新一代的豐田普銳斯也準備好迎接新一階段的挑戰(zhàn)——重回中國市場。作為一個在世界上超過70個國家都有售的量產(chǎn)版混合動力車型,超過200萬輛的累計銷量也證明了其市場認可度,雖然上一代普銳斯也在國內(nèi)小批量銷售過,但是銷量確實不值一提,而今中國市場對于節(jié)能高效且技術(shù)成熟的混合動力車型的渴望,推動著更適合中國國情的第三代普銳斯重返中國。那么對于這樣一款我們消費者既熟悉又陌生的車型來說,新一代普銳斯有著哪些技術(shù)革新呢?我們從長計議。
作為石油能源100%需要進口的島國日本來說,汽車工業(yè)的發(fā)達與能源供應的緊缺始終不相稱,作為傳統(tǒng)能源到新能源之間的過渡產(chǎn)品,混合動力車型能夠?qū)崿F(xiàn)投入產(chǎn)出比的最大化,因此也是日系車企所最推崇的形式之一。日本最大的汽車企業(yè)豐田在1997年首次推出混合動力產(chǎn)品——代號XW10的第一代普銳斯,第一代普銳斯由于處于技術(shù)商品化驗證階段,因此最先僅供應日本本土市場,當時的車型配備了1.5 L 1NZ-FXE四缸發(fā)動機,采用了13.5:1的超高壓縮比,最大功率卻只有58馬力,峰值扭矩102牛米;與傳統(tǒng)動力配合的是288V的鎳氫電池,電池比容量只有初級的600W/kg。電動機具有40馬力的功率和305牛米的扭矩,使用行星齒輪組機構(gòu)最為變速器。
第一代普銳斯(XW10)
第一代普銳斯(XW10)
在2000年的時候,驗證基本結(jié)束后第一代普銳斯進行了小幅技術(shù)升級,并全面推向以歐洲、美國為主導的國際市場,為了適合美國地廣人稀車速高的特點,動力被著重提升。相同型號的發(fā)動機加入了VVT-i可變氣門正時,同時適當縮小壓縮比為13.0:1,使得其最大功率上升到70馬力,扭矩提高到110牛米;混動部分也有所調(diào)整,電池電壓降低為273.6V,比容量卻增長為900W/kg,同時電動機功率達到44馬力,扭矩提升到350牛米。憑借著5.7L/100km的油耗水平獲得了北美超低油耗車型評級。
普銳斯的誕生,雖然沒有立即給世界汽車市場帶來全新的競爭格局,但是也足以向世人展示量產(chǎn)的、成熟的、可靠的民用混合動力技術(shù),因此第一代普銳斯也于誕生當年獲得了1997-98日本年度車型的獎項,我想若是普銳斯能夠同步推向國際市場,可能獲得榮譽會更早一些。
如果說第一代普銳斯是開山之作的話,那么第二代普銳斯就稱得上是完全占領市場、奠定地位的作品,同時也是技術(shù)革新之作。
第二代普銳斯(XW20)
代號XW20的第二代普銳斯與2003年推出,嘗到甜頭的日本人此時認識到美國市場的核心地位,因此第二代普銳斯首批投放了美國和日本市場。這一代普銳斯也是國產(chǎn)普銳斯的一個開始,高昂的售價雖然享受國家補貼,但依舊對普通消費者而言遙不可及,因此略顯生不逢時。
第二代普銳斯(XW20)
第二代普銳斯實現(xiàn)了混動系統(tǒng)的技術(shù)升級,汽油機依舊是第一代普銳斯上的那顆1.5L 1NZ-FXE VVT-i發(fā)動機,動力繼續(xù)小幅提升至76馬力,扭矩上漲到115牛米。混動部分最大功率67馬力,峰值扭矩400牛米。雖然沒有使用當時價格高昂的鋰離子電池,依舊是鎳氫電池,但是通過對于電池的小型化和輕量化,成功地將系統(tǒng)能耗降低,獲得了更出色的節(jié)能效果,綜合油耗降低至5.2L/100km。
取得如此成績,一方面歸功于0.26的超低風阻系數(shù),另一方面更要歸功電子轉(zhuǎn)向助力等電氣設備代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械取力設備,降低發(fā)動機的功耗。因此第二代普銳斯由于銷售鋪展更廣闊,也在全世界范圍內(nèi)取得了大大小小十余個年度車型獎項。
第三代普銳斯的代號相比大家也能猜到了,沒錯,就是XW30。在前作當中非常成功的低風阻系數(shù)的造型給了第三代普銳斯更多借鑒的機會,于是史無前例的0.25風阻系數(shù)誕生了,同時前兩代產(chǎn)品的成功鋪墊,也給了第三代普銳斯旺盛的市場需求,因此在2009年到2011年兩年的時間里,第三代普銳斯銷售突破了100萬輛,一舉成為最暢銷的混合動力車型。
負責普銳斯產(chǎn)品研發(fā)的總工程師大冢明彥表示,第三代普銳斯所搭載的THS油電混合系統(tǒng)(Toyota Hybrid System) ,在追求能源效率表現(xiàn)提升上,主要就幾個方面加以著手進行。首先,是在能源管理的效能方面。
由于Hybrid系統(tǒng)為傳統(tǒng)內(nèi)燃機引擎、電動馬達和電池模組等多個系統(tǒng)整合而成。因此,能源的管理將是影響效率的主要因素之一。第三代普銳斯能源管理的進步,主要在于經(jīng)驗的累積下,發(fā)展出更有效的管理機制,并在電腦運算效能提升的基礎下,可以更復雜的運算來達成管理效能提升。
而就動力系統(tǒng)本身,第三代普銳斯與上一代車型最重要的差異,則在于換裝1.8L汽油發(fā)動機。就混合動力系統(tǒng)的運作原理而論,電動馬達及汽油發(fā)動機各司其職,在不同的行駛階段,扮演不同的角色。大體來說,起步或低速階段,主要由電動機負責,因為在這個階段,通常是汽油機能源效率最差、污染排放最嚴重的階段。但到了高速行駛階段,由于汽油機運轉(zhuǎn)效率高、污染排放低,因此是由汽油機運轉(zhuǎn)為主。
第三代普銳斯與上一代車型最重要的差異,則在于換裝1.8L汽油發(fā)動機
前兩代普銳斯所搭載的THS系統(tǒng),僅采用1.5L的汽油機。在高速巡航時,低排氣量的引擎需以較高的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn),這也讓高速駕駛成前兩代普銳斯的弱項。針對此,第三代普銳斯搭載的1.8L阿特金森循環(huán)引擎,通過加大排氣量的方式,使最大功率自上一代的76馬力,增加至第三代車型的99馬力。排氣量提高,馬力、扭力同步上漲的情況下,最直接的收益,即在于汽油機動力主要所負責的高速巡航路段時,動力性能得以大幅改善。搭配CVT變速系統(tǒng),第三代普銳斯在高速巡航時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降10%,此舉也帶來更為經(jīng)濟的燃油使用表現(xiàn)。
除了排氣量增加直接帶來的馬力上漲外,工程師也在許多發(fā)動機細節(jié)部分進行修改,以繼續(xù)提升發(fā)動機效率。包括豐田首次使用的電動水泵設計,直接由電池供電,舍棄皮帶驅(qū)動設計,降低對發(fā)動機輸出動力的耗損,并可更精確的控制冷卻水量。氣門結(jié)構(gòu)上,滾柱式搖臂設計也能降低內(nèi)部機件摩擦力,進一步提升燃油效率。此外,諸如EGR廢氣再循環(huán)和廢氣熱能再循環(huán)系統(tǒng),皆是為提升內(nèi)燃機效率所做的努力。主要負責驅(qū)動的電動機,第三代普銳斯則將減速齒輪整合于電動機內(nèi)部,在提高扭力輸出的同時一并縮減體積和重量,同時電動機動力輸出提高至80馬力。
第三代普銳斯將減速齒輪整合于電動機內(nèi)部
第三代普銳斯在電池上有了更多的選擇,這也要得益于更豐富的車型設計,普通版普銳斯依舊搭載改進后的鎳氫電池組,電壓達到了650V,容量提升至1.4kWh;插電版普銳斯由于要適合頻繁的高壓充放電,因此配備了可用容量4.4kWh的鋰離子電池組。
普銳斯插電版混合動力
就電力控制系統(tǒng)方面,新一代Prius的轉(zhuǎn)換器,輸出電壓自上一代的500伏特,提高至新一代的650伏特。而原廠也改善了鎳氫電池模組,在體積縮小的前提下,提升電力輸出。同時,周邊的冷卻系統(tǒng)和元件也經(jīng)過妥善安排,以提供車室更寬廣的乘坐與置物空間。
電池組進一步輕量化
第三代普銳斯的THS油電混合系統(tǒng),通過汽油發(fā)動機排氣量提升,以及電動傳動系統(tǒng)的技術(shù)進步,使得整體動力效率達到新高度,最大動力輸出增至136匹馬力,基本可以相當于普通的2.0L自然吸氣發(fā)動機的水平,但是油耗卻只有1.0L發(fā)動機的水平,綜合油耗低至4.7L/100km。
第三代普銳斯還衍生出了普銳斯V/C等產(chǎn)品
總體而言,普銳斯就是一部演繹中的進化論,它展示出的不僅是人們在面對石油危機時的這種措施,更展現(xiàn)出為地球美好明天做出的實質(zhì)努力。
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