东京车展综述:趋于激烈的低燃耗竞争(一)

2012-01-10 19:08:11来源: 日经制造

  在车身侧面可作显示器和能自动泊车的小型EV等车争奇斗艳之时,使燃效有飞跃性提高的技术大放异彩。在“第42届东京车展2011”(公众开放日2011年12月3~11日)上,美国汽车厂商的缺席虽然令人略感缺憾,但技术上的看点着实很多。低燃耗竞争今后似会日渐激烈。

  本文将本届车展上公开的优秀低燃耗技术分成“动力传动系统篇”和“部件篇”作详细介绍。

动力传动系统篇

小型HEV实现35km/L

  “竞争对手原本是‘普锐斯’”。说这话的是丰田2011年12月下旬推出的小型混合动力专用车(HEV)“Aqua”(图1)的开发团队,他们为该车制定的目标就是如此。

 
图1:丰田的新型HEV“Aqua”
实现了超过现行普锐斯的35.4km/L低燃耗。尺寸为全长3995×全宽1695×全高1445mm,虽是小型车,但做了包括电池容纳在后座下、扩大了行李舱在内的整体改进。价格估计约为170万日元。在海外将作为“普锐斯c”销售。

  Aqua是1.5L排量汽油发动机和驱动马达(以下,马达)相组合的HEV,与现行普锐斯(以下,普锐斯)同为串并联方式*1。是以“比(1.8L排量的)普锐斯更亲民,面向2020年的国民车”(该公司员工)为理念策划设计的。

  *1:串并联方式:在起步和低速时只利用马达行驶,加速时同时使用马达和发动机行驶的HEV。截至12月中旬,丰田尚未公开马达的输出功率。

  因此,打破普锐斯保持的32.6km/L(JC08模式*2,下同)的世界最高燃效纪录是曾赋予Aqua开发团队的课题。而最终,Aqua的燃效达到了35.4km/L*3。当然是世界第一。

  *2:JC08模式,日本国土交通省规定的新燃效测定方法。过去测定一直使用10·15模式,而JC08模式变更了测定条件,使之更符合实际的行驶状况。JC08模式燃效一般比10·15模式低1成左右。本文中的燃效如无特殊注明均为JC08模式。

  *3:10·15模式为40.0km/L。

  图2是Aqua的混合动力系统。基本结构和设计思想均承袭了普锐斯的混合动力系统“THSⅡ”。即,是具有马达和发电机的“双马达”结构,马达行驶(EV行驶)、发动机辅助和再生发电功能由马达承担,而带动发动机发电和发动机起动由发电机承担。


图2:Aqua的混合动力系统
(a)外观。由1.5L排量直列四缸汽油发动机(阿特金森循环)和双马达(驱动马达和发电机)方式的混合动力变速箱组成。继承了高速驱动小型马达并组合减速器,以提升电池电压的原有设计思想。(b)Aqua混合动力变速箱的截面。采用了减小线圈端厚度的绕线技术“新结构分布绕法”。使用扁平线,在绕好线圈后,再插入分割式的定子铁心。(c)普锐斯混合动力变速箱的截面。圆筒形的一体型定子铁心上缠绕着普通(截面为圆形)铜线。因为线圈是在后工序中缠绕,所以线圈端会变厚。铜线的绕法为分布绕法。另外,发电机采用的是集中绕法。

  设计思想满足了两点:①缩小马达,与减速器(行星齿轮机构)相结合;②在减少充电电池单元数的同时,利用升压转换器(DC-DC转换器)提高电池电压,以增加马达的转速。由此,在提高输出功率的同时,尽可能降低了成本和损失。

  只是未能直接沿用普锐斯的混合动力系统。因为Aqua作为一款小型车,其底盘容纳不下该系统。为此就需要为Aqua开发专用的小型、轻量化混合动力系统。

在线圈中插入定子

  相比普锐斯的混合动力系统,Aqua的混合动力系统的发动机宽度小了51mm,重量轻了16.5kg。驱动桥(变速箱与差动齿轮)的宽度小了21mm,重量轻了8.0kg。电池的长度缩短了148mm,重量减轻了11.0kg。

  为小型化(薄型化)作出巨大贡献的技术之一是缩小马达与发电机(的马达)线圈端厚度的“新结构分布绕法”。首先,铜线采用截面为长方形的扁平线,像编“鸟笼”一样缠绕铜线。并在这样编织成的线圈中插入分割后的定子铁心。因铜线先行卷绕其外形尺寸固定,所以可切实满足所需的厚度。而过去一体化的圆筒形定子铁心的外周一般因缠绕(截面为圆形)铜线,线圈端会变大。新结构分布绕法能够提高叠层系数,因此还有降低铜损的效果。

  另外,或许是为了改善扭矩,马达的积厚(叠层硅钢片的厚度)似也比普锐斯增加了数cm。

  发动机采用的是直列四缸汽油发动机“1NZ-FXE”。燃烧循环是低压缩比、高膨胀比的阿特金森循环。型号虽然与上代的(第二代)普锐斯相同,但据称,为了实现小型化并提高燃效,发动机刷新了7成部件。

  例如,除了调整燃烧室的设计,把压缩比从13.0提高到13.4之外,对汽缸体、曲轴以及变速箱的配合也重新做了设计。缩小了吸气歧管与排气歧管(图3)。增加了水冷式尾气再循环系统“冷却式EGR”和电动水泵。

 
图3:排气歧管的比较
(a)Aqua发动机的排气歧管。在变小变轻的同时,排气路径也得以缩短,因此还有可减少为催化剂供暖能量的效果。(b)现行普锐斯发动机的排气歧管。排量高达1.8L。上代的普锐斯排量为1.5L,与Aqua相同,但Aqua的排气歧管更小。

  电池采用镍氢(Ni-MH)充电电池。据称是Primearth EV Energy(总部:静冈县湖西市)产品。电池使用与现行普锐斯一样的单元,但数量从168个减少到120个,缩小了体积和重量。冷却扇和传感器类等辅机类及机壳时新开发的。

  另外,丰田还公开了预定于2012年1月30日上市的插电式混合动力车(PHEV)“普锐斯PHV”。该车充满电可行驶的距离为26.4km。EV行驶与混合动力行驶相结合的插电式混合动力燃效为61.0km/L,所充电力用尽之后,混合动力行驶时的燃效为31.6km/L。配备三洋电机生产的容量为4.4kWh的锂(Li)离子充电电池。价格为320万日元起(含税)。


 

关键字:综述  竞争

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2012/0110/article_4978.html
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