1、任务引入 深圳市木子林清楚养护中心的小张在检修丰田普锐斯，这台故障车是不能启动，所以他思考：这台车混合动力系统由那些部件组成，应该如何下手呢？任务三 混合动力系统主要部件构造与控制原理知识点：1.描述出丰田普锐斯混合动力系统的主要部件构造；2描述出丰田卡罗拉混合动力系统的控制原理。技能点：1.认识HV电池组件。学习流程学习准备一、混合动力汽车的定义一、混合动力汽车的定义 混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）是指同时装备两种动力来源热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。广义上说，混和动力汽车是指拥有至少两种动力源，使用
2、其中一种或多种动力源提供部分或者全部动力的车辆。但是，在目前实际生活中，混合动力汽车多半采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套系统开动汽车。使用的内燃机既有柴油机又有汽油机，因此可以使用传统汽油或者柴油，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。二、混合动力汽车的主要动力总成元件 为了充分了解混合动力汽车的结构，如图4-52所示。下文将对其主要的动力总车元件进行详细的介绍，使读者了解混合动力系统的工作特点。图 4-52 混合动力汽车主要组件（1）发动机 混合动力汽车可以广泛地采用四冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、二冲程内燃机（包括汽油机和
3、柴油机）、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。利用它们各自的优势，可以构成不同特点的混合动力系统。（2）驱动电机混合动力汽车的电机可以选择直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等。随着混合动力汽车的发展，直流电机已经很少采用，多数采用了交流异步电机和永磁同步电机，开关磁阻电机的应用也得到重视，还可以采用特种电机作为混合动力汽车的驱动电机，例如现在正在研究的轮毂电机就很有前景。（3）电池 混合动力汽车常用的动力电池包括飞轮电池、超级电容、电化学电池、燃料电池、储能器和锌空气电池等。电池一般是作为混合动力汽车的辅助能源，只有在汽车起动发动机或电动机辅助驱动时才使用。（4）动力分配装置
4、 在并联和混联系统中，机械的动力分配装置是耦合发动机和电动机功率的关键部件。它不仅具有很大的机械复杂性，而且直接影响整车控制策略，因而成为混合动力系统开发的重点和难点。目前采用的动力复合方式有转矩复合、速度复合和双桥动力复合。三、混合动力汽车的智能控制系统混合动力汽车的控制系统有以下的功能：1）使混合动力汽车的动力性能能够达到或接近现在内燃机汽车的水平。2）最大限度的发挥电动机驱动的辅助作用，使混合动力汽车的燃油消耗量尽量降低，实现发动机的节能化。3）实现多能源控制，混合动力汽车关键的控制技术，是对内燃机驱动系统和对电动机驱动系统实现双重控制。发动机与电动机系统的动力系统应进行最有效的组合和实
5、现最佳的匹配。4）在环保方面，达到“超低污染”的环保标准。5）操作装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主要操作装置和操纵方法。四、混合动力汽车的发动机 混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗。简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。而且，辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力。因此，车主可以享受更强劲的起步、加速。（1）阿特金森循环发动机的定义 阿特金森循环是一种1882年由James Atkinson发明的内燃机形式，如图4-53所示。阿特金森循环发动机提高了效率，现阶段
6、用在某些混合动力车辆上。图4-53 阿特金森循环发动机主要部件（2）阿特金森循环发动机的工作原理阿特金森循环发动机其实并不需要在普通发动机上做太大修改，只是改变气门开闭的时机。普通汽车发动机是基于所谓奥托循环的，它包括吸气、压缩、做功和排气四个冲程。在奥托循环发动机里，在吸气行程中油气混合物被吸入汽缸，当活塞到达下死点后，进气门关闭，油气混合物被封闭在汽缸中；在压缩和做功行程中分别被压缩和点燃。这样，膨胀比就几乎等于发动机的压缩比，很难提高。与此相对照地，在阿特金森循环中，在活塞到达下死点后上升时，吸气气门仍然开放，这样有一部分混合气体被推回到进气歧管，进而提高了爆炸的膨胀比，利于提高燃油效率
7、。（3）阿特金森循环发动机的缺点1 1）独特的进气方式让低速扭矩很差）独特的进气方式让低速扭矩很差在低速时，本来就稀薄的混合气在“反流”之后变得更少，这让该类发动机低速扭矩表现很差，用于车辆起步显然动力不够，发动机的动力和对油门的响应都不如普通发动机，但是，仍然可以看出，电动机的扭矩很好的弥补了发动机扭力不足的缺点，特别适合城市工况行驶。2 2）长活塞行程不利于高转速运）长活塞行程不利于高转速运转转较长的活塞行程确实可以充分的利用燃油的能量，提升经济性，但也因此限制了转速的升高，加速性能也变差，并且“升功率”这个性能指标会很低。而追求性能，尤其是追求高速性能的赛车发动机，往往行程与活塞直径的比
8、值会很低。在民用车上，为了平衡，通常行程与缸径两个数据是接近的。4.阿特金森循环发动机的应用 在1885年，阿特金森循环的实现是通过曲柄和气门等机构，其燃烧室的容积用以保持固定的压缩比，而膨胀比是随着载荷变化而变动以此来优化燃油效率。在二十世纪初，工程师试图通过复杂的连杆机构以期实现不同的冲程，事实证明这种做法并不适用。后随着电子技术的发展，可变气门配气相位（VVT）使得阿特金森循环真正成为可能。福特和丰田公司已经将阿特金森循环发动机商品化，应用于其混合动力汽车上。小阅读：典型混合动力汽车发动机1.丰田Pruis普锐斯混合动力汽车发动机 TOYOTA 油电混合动力系统中安装的发动机与以往机型相
9、比，具有低油耗，高输出的特性。例如Pruis普锐斯中配备的1NZ-FXE具有以下特点:（1 1）高膨胀比循环）高膨胀比循环应用了高膨胀比循环的代表性系统“艾金森循环”，是追求高效率的1.5L发动机。缩小燃烧室容积，以提高膨胀比，即等待爆发压力在充分降低后才进行排气，由此充分利用爆发能量。（3 3）采用）采用VVT-VVT-i i 技术技术采用VVT-i，可根据行驶状况细微地调节进气阀的工作时间。可在各种旋转带进行高效燃烧，为提高输出功率，降低油耗作出贡献。（2 2）高旋转化）高旋转化将发动机的最高转数升至5000r.p.m，提高了输出功率。在减少摩擦损失的同时提高了最高转数，所以既加大了加速时
10、的驱动力，又实现了低油耗。运转部件的重量更轻。活塞环的张力更小，气门弹簧的反弹力更小。2.丰田Camry凯美瑞混合动力车的发动机 动力总成的心脏部分是Camry迄今最为先进的成就。与电动马达同步运转的汽油发动机是由新款第六代Camry所标准装备的直列四气缸发动机经过大幅度地改进而成的。这种发动机在以下几个方面作了特别改进。（1）简易化（2）强化（3）符合世界上最为严格的尾气排放标准规规格格排量排量气门数气门数功率功率扭矩扭矩参参数数2.4升四气缸D O H C EFI四气门与VVT-i技术最大输出功率：110 kW/6000 r.p.m.最大扭矩：187 Nm/4400 r.p.m.表4-2 丰田凯美瑞发动机规格参数：
