汽车新技术配置-4复合动力.ppt

现代汽车新配置实务 主讲 朱明高级技师 经济师 工程师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员 第4章复合动力系统 4 1复合动力系统概述4 1 1复合动力系统概况及功能4 1 2丰田复合动力系统的构造与作用4 1 3丰田新一代复合动力系统THS C 复合动力系统概况及功能 1 省能源 减低C02排放量 汽车的发展的主要课题 如图4 1所示 为丰田汽车公司生态环保汽车的研发主题 针对替代能源 柴油发动机 汽油发动机 复合动力及电动汽车等 个方向进行 复合动力为其中一项 并已在1997年10月于日本市场推出丰田复合动力系统 THS 汽车 称为Prius 拉丁文意为 领先 之意 整部汽车采用现代最新的汽车科技及材料 除了强调节省能源及减低C02排放外 并且追求人车间之和谐 汽车与地球之融合 而不失驾驶的乐趣与便利性 复合动力系统概况及功能 2 本田汽车公司也在1999年11月推出复合动力系统汽车Insight 三缸995c c VTEC发动机 采用整体电动机辅助系统 再配合本田的各种新科技 以日本10 15Mode型态测试 每公升汽油可行驶35km 如三菱汽车的SUWAdvance 日产汽车的TinoHybrid 速霸陆汽车的EltenCustom等 都是各汽车厂积极研发的复合动力汽车 复合动力系统概况及功能 3 复合动力系统又称混合动力系统 以汽油发动机或柴油发动机与电动机系统的组合 解决使用蓄电池行驶距离太短的问题 及大量减少油量消耗 并降低排气污染 现在已经实用化 复合动力汽车已量产在道路上行驶了 4 复合电动巴士采用排气量较小 效率高且污染低的柴油发动帆 带动发电机发电 除输出电力给电动机以驱动车轮转动外 还可以对蓄电池组充电 5 THS发动机与电机的组合 系利用彼此的优点 并互补缺点 以期最低油耗与污染 且不失其动力性能 丰田复合动力系统的构造与作用一 THS的基本组合 1 搭配小型汽油发动机的复合动力系统的基本组合 分为串联式 并联式与并联式搭配串联式之复联式等三种方法 丰田复合动力系统的构造与作用一 THS的基本组合 搭配小型汽油发动机的复合动力系统的基本组合 串联式复合动力系统的组合 如图4 2所示 由发动机 发电机 电机 蓄电池及变流器等组成 汽油发动机只用来带动发电机 发出的电力使电机驱动车轮 因此可采用小功串的发动机 且可在效率最佳的定速下运转 使车辆一边行驶 一边有效率的充电 丰田复合动力系统的构造与作用一 THS的基本组合 3 并联式复合动力系统的组合 如图4 3所示 由发动机 电机 发电机 蓄电池及变流器等组成 由汽油发动机与电机共同驱动车轮 可配合状况使用两种驱动力 以弥补单一输出的缺点 车辆也可以一边行驶 一边对蓄电池组充电 丰田复合动力系统的构造与作用一 THS的基本组合 4 复联式复合动力系统 为并联式搭配串联式之的组合 如图4 4所示 由发动机 动力分配机构 减速器 发电机 电机 蓄电池及变流器等组成 使用1 500mL直列四缸高效率发动机 电机为交流永久磁铁式 蓄电池为镍氢蓄电池 汽油发动机为基本的动力来源 发动机的动力由动力分配机构分成车轮的驱动力与发电机的驱动力 而发电机的电力除了使电机驱动车轮外 并经变流器变换成为直流电后 储存在高电压蓄电池 并联式与串联式驱动方式的组合 使两者的长处分别发挥到最大极限 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 1 高效率汽油发动机 1 高效率汽油发动机 为1 500mL直列四缸DOHC汽油发动机 压缩比13 5 1 最高转速4 000r min 最大转矩10 4kg m 4 000r min 最大功率43kW 4 000r min 与一般1 5L发动机的最大转矩14 0k8 m与最大功率75kW相比 其转矩与功率值偏低 但本发动机是在高效率领域才作用 并不是在强调转矩及功率值 电机辅动发动机得到高输出 行驶性能仍十分优异 本发动机采用的丰田汽车发动机新科技 很多项目在丰田汽车国产化的COROLLAALTIS上都可以看到 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 1 高效率汽油发动机 1 发动机本体方面 采用阿特金森循环 为热效率很高之循环 马自达汽车闻名于世的米勒循环发动机 就是阿特金森循环改良后的实际应用例 高燃油效率阿特金森循环发动机只在燃油经济性良好的状态下才运转 其燃油效率比传统式发动机大幅提升80 加上减速与制动时能源回收再生所提升的20 燃油效率 总计100 与传统式汽油发动机比较 有二倍的省油性 此发动机在日本10 15Mode形态测试下 油耗为28km L 约为丰田汽车其他1 5LAT汽车的两倍 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 1 高效率汽油发动机 1 发动机本体方面 VVT i 智慧型可变气门正时系统 进气门正时在曲轴角度40 内连续可变 达到省油 低污染 低 中转速转矩提高等优点 COROLLAALTIS已采用 气门挺杆 采用轻量化无垫片式 因此调整气门间隙时必须更换不同厚度的气门挺杆 以每0 02mm为一单位 总共有35种不同尺寸的气门挺杆可供选择 COROLLAALTIS已采用 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 1 高效率汽油发动机 1 发动机本体方面 进排气门夹角 进排气门夹角缩小 为33 5 可缩小气缸盖尺寸 及获得较佳的进气效率 如图4 5所示 COROLLAALTIS也已采用 活塞顶面形状设计成斜面挤压式形状 挤压斜面沿燃烧室壁倾斜 能改善进气流速 及造成强大涡流 如图4 5所示 COROLLAALTIS也已采用 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 1 高效率汽油发动机 1 发动机本体方面 正时链条 采用8mm间距的滚柱式链条 使发动机简小化利用机油喷嘴喷油润滑 以达到噪声小 及使用寿命延长的目的 如图4 6所示 COROLLAALTIS也已采用 偏置式曲轴 曲轴中心线向动力冲击面偏置 距气缸孔中心线12mm 以减少最大燃烧压力时的侧推力 且低转速与低负荷时的最大压缩压力也可获得改善 最高转速 限制在4 000r min 故强度可比高转速发动机低 使用的零件较小 质量较轻 如曲轴外径较小 活塞环张力与气门弹簧力也较弱 可减少许多摩擦损失 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 1 高效率汽油发动机 2 汽油喷射系统方面 电子控制式节气门 以电机经齿轮 以驱动节气门的开闭 4孔喷油器 以达到高雾化的效果 燃油系统无回油管设计 压力调节器装在油箱内 可简化管路 减少零件数量 并采用低耗电式油泵 节省电力 如图4 7所示 COROLLAALTIS也已采用 空气流量计 热线式 外壳塑胶制 质量非常轻 嵌入在空气滤清器的下方 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 1 高效率汽油发动机 3 点火系统方面 采用丰田直接点火系统 线圈装在各缸火花塞上 各缸点火线圈上方均有点火器 无高压线的干扰 如图 8所示 点火正时精确 且不必对正点火正时 COROLLAALTIS也已采用 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 2 复合动力驱动变速箱 复合动力驱动变速箱以动力分配机构与减速器为主 但发电机与电机也组合在一起 如图4 9所示 来自发动机的动力由动力分配机构分成两边 输出轴的这一边为电机和车轮 另一边与发电机连接 也就是说发动机的动力是经由机械与电力这两条路线传达 可当做无级变速器使用 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 2 复合动力驱动变速箱 1 动力分配机构动力分配机构使用行星齿轮 其构造如图4 10所示 发动机的动力传达到直接连结的行星齿轮 通过小齿轮 分配在环形齿轮与太阳齿轮上 环形齿轮旋转轴与电机连接 通过变速器将驱动力传递到车轮 太阳齿轮的旋转轴与发电机直接连接 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 2 复合动力驱动变速箱 2 减速器 利用一对减速齿轮 以达到减速及增强转矩的作用 3 电机 电机采用交流永久磁铁式 与直流电机以及交流诱导电机比较 具有体积小且高效率的特征 交流形的维修性比直流形高 还可以当做发动机的辅助动力来源 在某些运转条件下 可以当做发电机使用 电机的驱动电压为288V 4 发电机 发电机与电机一样是交流永久磁铁式 作为蓄电池充电与电机驱动用电力的发电机 也可以当做发动机起动用的起动电机 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 3 变流器 变流器 将蓄电池的直流电 变换成电机驱动用的交流电 将发电机的交流电变换成蓄电池充电时需要的直流电压288V 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 4 蓄电池 THS的组成如图4 11所示 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 4 蓄电池 2 高压蓄电池装在后行李舱内 蓄电池盒内除了蓄电池外 还有蓄电池ECU 系统主继电器 SMR 及冷却风扇等 3 蓄电池采用密封形镍氢蓄电池 成本高仍是最大问题 蓄电池内每组有6个1 2V的小电池串联在一起 共有40组 分装在二个蓄电池架上串联一起 总电压为288V 如图4 12所示 在两个固定器间有维修插头 当高压电路检修时 拔除维修插头 以维护工作安全 丰田复合动力系统的构造与作用二 THS的构造 4 蓄电池 4 车辆起步或加速时蓄电池放电 减速或制动时蓄电池充电 充放电作用不断反复进行 当蓄电池电力不足时 HybridECU通知ECM 使节气门开度大些 增加发动机动力能至蓄电池充电所需要值 HybridECU精确控制蓄电池充放电的时机 蓄电池电容量被控制在60 左右 稳定使用蓄电池的结果 使蓄电池的可靠性及耐久性提高 丰田复合动力系统的构造与作用三 THS的作用 1 起步与轻负荷时 串联式驱动方式 起步 极低速行驶或缓慢下坡时等发动机效率较差的范围时 切断燃料供应 使发动机停止运转 改由蓄电池供给电力 使电机驱动车轮行驶 如图4 13所示的 A 传动路线 丰田复合动力系统的构造与作用三 THS的作用 2 一般行驶时 并联式驱动方式发动机的动力由动力分配机构分成两个传动路线 如图4 14所示 B 传动路线直接驱动车轮 C 传动路线则是带动发电机发电 以此电力使电机辅助驱动车轮 两者间的分配比例由电脑控制 以达到最佳的效率 丰田复合动力系统的构造与作用三 THS的作用 3 全开加速时 也是并联式驱动方式以一般行驶时的状态 再加上由蓄电池供给电力 使电机驱动车轮等三方面同时驱动车轮 此日驱动力最强 如图4 15所示 丰田复合动力系统的构造与作用三 THS的作用 4 减速与制动时 减速与制动时 反向由车轮驱动电机 如D 传动路线 此时电机变发电机的功能 进行回生发电 将回收的能源储存在镍氢蓄电池中 图4 16示 效率提高20 丰田复合动力系统的构造与作用三 THS的作用 5 蓄电池充电 蓄电池被控制在必须维持一定比例的充电状态 当充电不足时 利用发动机带动发电机 如 E 传动路线 将蓄电池充电到正常状态 如图4 17所示 丰田新 代复合动力系统THS C 1 采用独立皮带式的连续无级变速器 CVT 因此整个系统称为THS C 为4WD系统 应用在HV M4的概念车上 整个系统的组成如图4 18所示 丰田新 代复合动力系统2 THS C的作用 1 起步时 汽车停止时发动机熄火 起步时 由蓄电池电力供应前后电机 带动前 后车轮 以四轮驱动方式行驶 如 A B 传动路线 如图4 19所示 如果电脑判定发动机驱动为较佳效率运转时 就起动发动机 经CVT 以前轮驱动方式行驶 如 C传动路线 丰田新 代复合动力系统2 THS C的作用 2 一般行驶及蓄电池充电时 一般行驶时 利用发动机动力 经CVT 以前轮驱动方式行驶 如 C 传动路线 必要时 利用发动机动力 带动前电机 为发电机功能 对蓄电池充电 如 D 路线 如图4 20所示 丰田新 代复合动力系统2 THS C的作用 3 轻负荷时 低速行驶或缓坡下行等发动机效率较差时 发动机熄火 由蓄电池供电给前 后电机 以四轮驱动方式行驶 如 A B 传动路线 如图4 21所示 丰田新 代复合动力系统2 THS C的作用 4 节气门全开加速时 发动机的驱动力 如 C 传动路线 及蓄电池供电给前后电机带动前 后轮 如A B 传动路线 如图4 22所示 丰田新 代复合动力系统2 THS C的作用 5 减速或制动时 前 后轮分别驱动前 后电机 电机为发电机功能 将电力储存至蓄电池内 如 E F 路线 如图4 23所示 丰田新 代复合动力系统2 THS C的作用 6 在湿滑路面行驶时 湿滑路面检测出前轮打滑时 前电机成为发电机功能 吸收部分发动机功