青睐阿特金森循环 谈雷克萨斯混动技术

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自1997年第一款混合动力汽车丰田普锐斯（查成交价|参配|优惠政策）问世以来，混合动力技术以其出色的燃油经济性成为各大汽车厂商搏击的新战场。这个领域从来没有停止过，因为电池技术还没有达到车辆全方位向纯电驱动过渡的成熟，混动市场的争议也越来越激烈。作为丰田的高端品牌，雷克萨斯自然不愿意孤独。LHD混合动力技术是其手中挥舞的利剑。发动机与电机配合阿特金森循环，既能降低油耗，又能在动力输出上取长补短，在混乱的混水江湖中占据了自己的一席之地。

●混合动力系统的分类

混合动力系统可以根据混合程度的不同进行分类。雷克萨斯通常将混合动力系统大致分为完全混合动力系统和部分混合动力系统。在车辆行驶过程中，全混动系统的发动机和电机可以相互配合，但互补性不够。与仅使用电动机作为辅助动力的部分混合动力系统相比，节油效率更显著，这也是混合动力技术的发展趋势。雷克萨斯LHD混合动力系统是一个完全混合的系统。

提示:

我国常用的混合动力系统按混合程度分为微混合动力系统:电机峰值功率与发动机额定功率之比≤5%。轻度混合动力型:电机峰值功率与发动机额定功率之比为5%-15%。中混动型:电机峰值功率与发动机额定功率之比为15%-40%。重混型:电机峰值功率与发动机额定功率之比大于40%。

当然，混合动力系统也可以根据动力传输路线分为串联、并联和串-串联三种类型，区别很好。车辆行驶时，用串联-串联混合动力中的发动机带动发电机运转给电池充电，再由电机带动车辆行驶。并联混合动力中，发动机作为主动力源，电机仅作为辅助，在车辆起步加速时提供动力。混动-混合动力系统是两者的结合，既可以只由电机驱动，也可以与发动机同时工作，具有更大的灵活性。是的，雷克萨斯LHD混合动力系统是一个混合动力系统。

●左驾车混合动力系统的部件

在了解了雷克萨斯LHD处于什么样的混动系统之后，我们来简单了解一下这个系统的组成部分。很多人可能认为混合动力系统很神秘，但它的结构并不是很复杂。LHD混合动力系统包括一台带阿特金森循环的发动机、功率分配器、电能转换器、功率控制单元、电池和两台电机，其中阿特金森循环的发动机和电机为驱动车辆提供动力。我想肯定有人会问什么是阿特金森循环？这么尴尬的名字还真不知道所以。带着这个问题，我们继续看。

●什么是阿特金森循环？

很多人在阅读科技文章时会被各种不熟悉的名词搞得晕头转向，其中原理更是深奥晦涩。为了避免这个问题，我们不妨开门见山。与传统发动机的工作循环相比，阿特金森循环最大的特点是工作行程比压缩行程长，也就是我们常说的膨胀比大于压缩比。更长的作功冲程可以更有效地利用燃烧后废气的残余高压，因此燃油效率高于传统发动机。只要理解了这一点，阿特金森循环就会被理解70%。

阿特金森循环发动机

众所周知，发动机的工作过程分为进气、压缩、做功和排气四个阶段。传统发动机四个阶段的活塞冲程是相同的。阿特金森循环如何使压缩和做功阶段的行程不同？1882年，阿特金森循环发动机首次引入时，是通过复杂连杆的配合实现这一功能的。

“传统发动机占空比”

“模拟阿特金森发动机的工作循环”

但是随着时间的推移，再次使用如此复杂的结构显然是不现实的，但是它的节油特性满足了目前人们的需求。因此，雷克萨斯发动机采用气门相位调节器来控制进气门的延迟关闭，而不是复杂的连杆机构，使发动机的进气门在进气冲程结束后保持开启一段时间，使一部分吸入的混合气再次喷出，更简单地实现了膨胀比大于压缩比的效果，模拟了阿特金森循环工况。

可能有些人不明白为什么这样会省油。我们可以简单解释一下。对于同一台发动机，膨胀比越大，做功冲程越长，同一种燃料发出的能量利用得越充分。然而，膨胀比越大，压缩比越高，这可能导致发动机爆震。因此，偷偷吐出一点气体，可以在不增加压缩比的情况下，增加膨胀比，延长做功冲程，使燃烧散发的能量得到充分利用。

●为什么阿特金森循环工况可以迎合混合动力汽车？

为什么混合动力汽车对阿特金森循环情有独钟？原因很简单。首先，混合动力汽车的首要目的是节省燃油，这与阿特金森循环完全一致。其次，混合动力汽车除了发动机之外还配备了电动机，可以弥补阿特金森循环的性能缺陷，使其不会因自身缺陷而被放弃。那么阿特金森循环有哪些缺陷呢？

首先，当发动机低速运转时，进气门晚关时已经稀薄的混合气会变少，导致低速扭矩差，车辆起步时动力明显不足。没有人希望自己的车一启动就被扔出去，厂家自然也不想被人嗤之以鼻。

其次，虽然阿特金森循环的活塞行程较长，可以充分利用燃烧产生的能量，使车辆更加省油，但同时也限制了转速，使加速性能变差，“动力增加”的指标会很低。这也让人们很难接受。

由此可见，只能在中速发挥优势的阿特金森循环无疑处于尴尬境地，城市地区的交通拥堵更是雪上加霜。然而，配备混合动力汽车的电动机正好弥补了它在这方面的缺陷。发动机低速行驶时，车辆由电动机驱动，发动机高速行驶时，由电动机辅助，可以充分发挥自身优势。目前，一些常规动力汽车还利用延迟喷射功能，使发动机在某些工况下模拟阿特金森循环，以提高节油效果。

●铲运机混合动力系统的工作过程

系统的组成部分清晰，工作过程也容易理解得多。同样，如果像教科书一样深究下去，恐怕又会陷入眼花缭乱的窘境，所以还是流行起来吧，让大家都明白系统什么时候在做什么。

我们把车辆的行驶状态分为起步和低速行驶、正常行驶、全加速、减速和制动四种情况。车辆在低速起步行驶时，处于纯电动模式，仅由电动机驱动，可以降低车辆的油耗和排放，解决阿特金森循环低速扭矩不足的问题。正常行驶时，车辆由发动机和电机驱动，使车辆经济性达到最佳。在全加速过程中，发动机和电机为车辆提供最大的动力输出，使车辆具有良好的加速性能。在减速制动时，动力回收系统会将减速制动时产生的能量回收再生，通过电机给电池充电，进一步降低油耗。当然，整个过程不需要人工干预，电源控制单元PCU完全可以处理。

此外，对于混动系统来说，实现强劲动力只是其自身的使命之一，如何高效地将动力传递给车轮是判断其好坏的另一个关键因素。雷克萨斯LHD混动系统还配备了ECVT电子无级自动变速箱，在这方面与传统汽车不同。这款变速箱集成了一套行星齿轮组来管理LHD混动系统中两个电机和发动机之间的动力分配，并采用AI-shift Control，可以自动调节速比满足节油需求，同时整个过程没有顿挫感，动力传递效率更高。

● LHD混合动力系统模型

目前，搭载LHD混动系统的雷克萨斯车型包括CT200h、ES300h、GS450h/300h、RX450h和LS600hL。这些车辆的油耗明显低于传统动力汽车，但动力性能并不逊色。不用说，自然是油电协同工作的结果。

编辑摘要:

雷克萨斯LHD混动系统采用了阿特金森循环的电机和发动机组合，通过高效的控制和传动系统，可以将油耗保持在比传统内燃机动力汽车更低的水平，动力性能互补。在混合动力汽车的激烈竞争中，它有自己的一席之地。但是，技术的发展不会停滞，厂商之间的激烈争斗还会日复一日地持续下去。在激烈的优胜劣汰竞争中，我们还是不知道雷克萨斯LHD混动技术会有什么新的变化来适应潮流。然而，无论技术如何发展，满足消费者的需求是其最终目标。