究竟有何不同 丰田/本田混动系统解析

2012-09-06 19:12:24来源: 电动汽车时代 关键字:究竟  丰田  本田  系统

    在目前的新能源车型市场上,做混动车型资历最老的当属丰田了。在普锐斯上市之后丰田进行了3次升级将其打造成了一款在量产车型中的新星。当下的第三代普锐斯配备了一台1.8L发动机,外加一台60kW的电机组成了一套较为成熟且效率理想的混合动力系统,当然这套系统也成为了现时混动车型的标杆,我们看到的普锐斯、雷克萨斯的CT200甚至凯美瑞、ES300h都基于这套混合动力系统,后两者无非是加大了汽油机的排量而已规格大同小异。

    就在丰田普锐斯、CT200h引领混动时代大行其道时,本田CR-Z的上市瞬间让丰田头上的光环暗淡了不少,因为搭配着全新轻量化且更高效率IMA混动系统的CR-Z让丰田看到了在混动市场上的对手。

    汽车界自从有了丰田与本田这对冤家便一直就没有安宁,在新能源车型上必然也不会例外,丰田的混合动力系统以及本田IMA看似都是汽油机结合电机来输出动力减少油耗,但是其内在却并非相同,其实丰田混合动力也有自己的名字为THS系统只是我们不常说到,因此今天我们就深入浅出来了解一下THS和IMA看看谁的系统更加优秀。

三种类别 混合动力也不同 

    提到混合动力我们来时先来了解一下它,大家可能认为混和动力都一样没有差别,其实混合动力系统分为三大类:串联、并联和混联。这三种混合方式在结构上存在着差异,并且产生的动力效率也完全不相同。

混合动力类别:串联

    串联的形式很简单消耗燃油的发动机只充当一台发电机的角色,它的运转只为供给车辆行驶所需的电能。这种混动模式截止到目前并没有任何量产车型使用,因此暂且不谈。

混合动力类别:并联 

    并联式混合动力的两个系统既可以同时协调工作,也可以各自单独工作驱动汽车。换句话说就是汽油机和电机都可以作为动力来源,但是发动机作为主要动力来源,电机仅仅为辅助动力来源不能实现纯电形式。本田的IMA就是采用了并联的混合动力系统。

混合动力类别:混联

 

    混联式混合动力系统是在发动机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构,两套机构或通过齿轮系,或采用行星轮式结构结合在一起,从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系,因此这样的设计可以实现发动机与电机都可作为车辆动力来源,低速时可靠纯电动行驶。丰田以及雷克萨斯车型上的混合动力系统大多属于这种模式。

混联!丰田THS系统解析

    丰田的THS混联式混合动力系统实现了发动机与电机双路动力来源,并且可以单一动力源驱动车辆,因此丰田在中国打出了双擎动力这一口号,双擎动力这一次也诠释了混联式混合动力系统的特点,但是自古鱼和熊掌不可兼得,在THS完成了单一或同时驱动车辆的同时,他付出的代价是复杂系统结构、累加的组件重量以及额外成本。

 

                                  丰田的THS结构图

   上图是丰田的THS结构图,图中左边的红框的内是传动的汽油机,中间的红框内是发电机,最右边的是电动机,在混联式混合动力系统中这三样必不可少,汽油机的作用是用来驱动车辆行驶以及驱动发电机为电池充电,而发电机是一个将动力转换成电能的设备它并不能产生任何能量,电动机则是消耗电能来实现车辆的驱动。而这些设备都要通过大量的行星齿轮组进行连接。

 

    实际在车辆行驶中工作流程是汽油机将动力传给发电机,然后发电机会转化成电力,此时能量控制单元检测驾驶者踩油门的深度,以及车辆的行驶模式来决定转化后的电力传给电动机进行驱动还是储存到电池中。 

   丰田采用的混联模式混合动力系统,在电力驱动和汽油燃料驱动配比控制上,完全由能量控制单元进行计算分配,保证配比的精准并且可调整到最佳的混合动力比,以便达到节约电能减少油耗的目的,但是实现电动机和汽油机、单一驱动和动力混联却需要大量复杂的行星齿轮组进行组合连接(图中蓝色的是行星齿轮组)。

关于行星齿轮组 

    行星齿轮机构是丰田THS混动系统中的重要一环,发电机、电动机 以及发动机输出轴都要被连接到行星齿轮机构的太阳轮、齿圈和行星架上,动力分配就是通过能量控制单元控制电机进行合理分配的。

小结:

    丰田THS混动系统优点:同时实现三种行驶模式(纯电、纯汽油机、混合驱动 ),能量控

                        制单元控制实现动力的合理分配。

    丰田THS混动系统缺点:整体结构复杂、多机械单元导致体积较大、增加发动机整体质量。

    丰田采用的混联式动力系统确实在功能实现了纯电驱动、纯汽油机驱动以及两种方式同时驱动,但是其复杂程度也比较高。为了实现纯电行驶,混联驱动THS配备了两台电机以及行星齿轮,在发动机舱空间上已经占去大半,相信丰田已经尽力缩减了系统占用的空间,因此我们看到在量产混动车型中,发动机舱的结构十分紧凑。

简单且轻量化 本田并联式IMA混动解析

    如果用最为简单的话表述IMA系统,那就是简单轻量化,且体积小,相比丰田的THS系统IMA会显得轻巧得多。如果大家现在保持怀疑态度,那么看完下面的解析相信大家就会改变最初的想法。

本田IMA混动系统结构图

    本田IMA混动系统结构图中黑色的部分为电动机,其余部分为传统的汽油机,IMA整体混动系统只有两个模块结构非常非常简单!

    本田的IMA系统是汽油机搭载一个超薄型轻量化电机,实现了并联式的混合动力系统,后部的电池通过单股高压线和电机相连,实现电力传输。并且将电控单元整合在后部电池中以便节省空间。

IMA超薄型电机

    为了减轻发动机的质量以及占用空间,本田只采用了一个电机模块来实现电能的回收以及驱动力,在汽油机高速工作时电机将动能转化成电能储存在后面的蓄电池中,而在低速时电池将电力在传给电机实现电能驱动。因此IMA所搭载的超薄型电机不仅是一台电动机也是一台发电机,从而实现了电动单元的一体化。 

    另外IMA在电机与汽油机的连接部分没有再加载任何介质采用了直连模式。因此省去了大量的传动齿轮节省空间减轻重量。一般来说这样的并联设置会让混动系统失去纯电行驶的能力。但是本田为了应对这一问题为了采用全新的歇缸技术,在低速模式时IMA系统会让汽油机气门关闭停止供油,只有曲轴和电动机联动实现了类似纯电的行驶方式。

小结:

    本田IMA混动系统优点:整体轻量化设计、结构简单 ,能量控制单元可更高效实现混动分配。

    本田IMA混动系统缺点:纯电行驶时曲轴和电动机必须联动势必会浪费一部分电量,纯电行

                        驶里程较短。

    本田IMA系统在结构和重量方面做了不少的努力,相比丰田THS系统大幅度降低的了系统的复杂程度以及重量,所以它才能塞入CR-那娇小的身躯来打造跑车的风格,虽然在纯电行驶里程方面有所缩短,但是IMA的优势让它在油耗方面也有着不错的表现。

各具优势 动力数据对比

    看过丰田THS和本田IMA两款混合动力系统的结构细节,想必大家在心里或多或少已经有了自己的评判,但最终我们还是来看看实际的数据吧,这才是体现发动机设计优劣的最直观的体现。

    单纯从两款混动发动机的参数来看,丰田THS混动系统采用的1.8L排量汽油机足足比IMA高出了300CC但是在功率和扭力上仅仅做到了和对手持平。好在其电机部分挽回了不少颜面,207的扭矩比本田IMA搭载的超薄型电机高出一倍多,这也凸显了丰田THS系统配备独立电机的优势。但是综合数据部分本田IMA凭借着良好的混合效率直追丰田THS。看到这里相信两款混动系统的性能在大家心里已经非常明朗了。

不得不说的CR-Z和CT200h 

    看完了纯机械性能我们顺便谈谈基于这两款发动机的代表性车型——CR-Z和CT200h。这两款车型其实都富含运动色彩,因此被拿来对比也在情理之中,虽然我们手中没有确切的数据表明本田IMA混动系统的重量要轻于丰田THS,但是从整体重量来看CR-Z要比CT200h轻了不少,百公里加速时间也要快一些。但是在油耗方面从目前各个方面的测试结果来看,两者基本保持一致。

关于变速箱

    虽然两款车型都采用了CVT变速箱,但是却大不相同,本田IMA系统凭借自身结构简单小巧的优势搭配了一套能模拟7档的独立CVT变速箱,对于丰田的THS来说双电机的设计已经占据的了发动机舱的大部分空间,若想在加入独立的CVT模块并非易事,因此在THS行星齿轮设计之初丰田就将变速器的功能附之于上,直接在内部实现了无级变速。 

    我们从CT200h中控台的档位来看就能加明了了,由于丰田的行星齿在设计之初就已经决定了HTS系统的档位设定,因此我们看到CT200h的ECVT有四个固定的档位R(倒车挡)、N(空挡)、D(行车挡)、B (发动机制动档)。 

    反观本田的IMA系统由于其无刷薄型电动机精简的结构因此有一定空间来搭配独立的变速系统,所以我们看到目前市售的CR-Z搭配了7速CVT变速箱并且配备了换档拨片。其实CR-Z有CVT和6挡手动两种选择只是后者不会进入国内,但相信有不少爱车人士更希望买到MT的CR-Z。

说点题外话——蓝驱

    大众蓝驱,全称“蓝驱技术系列”,是大众在09年提出的概念,大众的蓝驱致技术力于降低汽车的油耗和排放,打造环保行汽车。最初展示的车型有高尔夫和朗逸,并且实现了高尔夫“蓝驱”车型综合油耗为 5.6 升/百公里,朗逸“蓝驱”概念车的综合油耗为5.8升/百公里的优秀表现。

    时至今日大众再次挑战内燃机油耗的极限,即将推出的第七代高尔夫蓝驱版采用的1.6L TDI柴油发动机,将油耗低至惊人的3.2L/100km,二氧化碳排量将低于100g/km。这一成绩足以挑战所有家用型内燃机以及混动车型的油耗底线。不过从侧面来看这个数值可能预示着燃油时代的终结。

    汽车的发展已经有不少年头了,内燃机的发展时至今日已经完全成熟了,为了压榨每一滴燃油的效率厂商的研发与设计们已经使尽了浑身的解数,研发出来的新技术再也不能像以前那样大幅度节省燃油了,因此混动系统、甚至纯电动车型孕育而生,虽然我们目前看到的混动系统还没有达到完美的效果,但是其表现还是令我们满意的,相信像丰田以及本田这样激进厂商的驱使下,混动车型在未来肯定会完美实现它节能减排的初衷,我们也会拭目以待。

关键字:究竟  丰田  本田  系统

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2012/0906/article_5944.html
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