混合動力車真有那么省油嗎

——雷凌雙擎探究發(fā)動機與電動機密切協(xié)作的奧妙

□ 本報記者 張海燕

駕駛一款混合動力汽車，與駕駛傳統(tǒng)汽油車真的是不一樣，它的低油耗給記者一種很神奇的感覺，開著車好像自己也在為環(huán)保做了貢獻一樣。

雷凌雙擎13.98萬元~15.98萬元的報價離普通老百姓很近，更讓人滿意的是它百公里4.2L的綜合油耗，該車做到了和傳統(tǒng)燃油車型價格接軌，并且讓更多的消費者得以實現(xiàn)綠色出行。沒有駕駛它之前，記者還真的不怎么敢信。不過，經(jīng)過近一個月的試駕，除了這輛混合動力車舒適的駕駛感受讓人稱贊外，更滿意的還是要說說它的節(jié)油。要說雷凌雙擎如此之低的油耗，就不能不說它燃效出眾的阿特金森循環(huán)發(fā)動機。

阿特金森循環(huán)發(fā)動機如何工作

據(jù)介紹，雷凌雙擎搭載了一臺8ZR-FXE的1.8L汽油發(fā)動機，該發(fā)動機最大功率73kW，最大扭矩142N·m，除此之外，該發(fā)動機采用了全工況阿特金森循環(huán)設(shè)定，膨脹比高達13:1，因此，雷凌雙擎較雷凌1.8L有著更加出色的燃油經(jīng)濟性。

那么，什么是阿特金森循環(huán)？采用這種設(shè)定的發(fā)動機為何就比一般發(fā)動機省油呢？

大家都知道，發(fā)動機的運轉(zhuǎn)過程分為：進氣、壓縮、做功和排氣4個階段，傳統(tǒng)發(fā)動機在這4個階段中活塞的行程是相同的。不過在人們開發(fā)發(fā)動機時發(fā)現(xiàn)，如果把做功行程做得比較長（也就是膨脹比大于壓縮比），就能更有效地利用燃燒廢氣高壓，來實現(xiàn)更高的燃油經(jīng)濟性。于是早在1882年，擁有做功行程大于壓縮行程的發(fā)動機誕生了，而采用類似設(shè)計的發(fā)動機統(tǒng)稱為阿特金森循環(huán)發(fā)動機。

在阿特金森循環(huán)發(fā)動機剛剛問世的時候，廠家想借此達到省油的效果只能采用復(fù)雜的機械連桿結(jié)構(gòu)，但額外增加的部件一來讓發(fā)動機更加復(fù)雜，故障率升高，二來讓曲軸的運轉(zhuǎn)負擔加重，最后所呈現(xiàn)出的節(jié)油效果也并不突出。

后來，隨著發(fā)動機電控技術(shù)的日益發(fā)達，豐田將這一設(shè)計重拾起來，并將過去的不足通過電控技術(shù)手段進行了最大程度的完善。具體實現(xiàn)方面，豐田為此專門設(shè)計了一組發(fā)動機進氣門相位調(diào)節(jié)器，該部件可以控制進氣門晚關(guān)，使發(fā)動機在進氣行程結(jié)束后進氣門仍在一段時間內(nèi)保持開啟，吸入的混合氣這時又會吐出一部分，最后實現(xiàn)膨脹比大于壓縮比的效果。就這樣，過去復(fù)雜的連桿機構(gòu)被一并取消了，與此同時還簡單有效地模擬出了阿特金森循環(huán)工況。

另外，在發(fā)動機動力這一部分里，豐田除了將阿特金森循環(huán)發(fā)揚光大外，還為這款發(fā)動機加入了其他一些節(jié)油技術(shù)，比如將自家的VVT-i智能可變氣門正時系統(tǒng)應(yīng)用到進排氣控制中；廢氣再循環(huán)系統(tǒng)通過提升進氣量，減少節(jié)流損失，降低進氣中的氧氣含量比例和燃燒溫度，進一步提高了發(fā)動機燃燒效率。

雷凌雙擎如何做到動力協(xié)調(diào)及節(jié)油

據(jù)了解，豐田為了提升混動系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟性，為雷凌雙擎準備了一副“大腦”——電子控制單元（以下簡稱ECU），而與之配合的還有一重要部件，叫能量控制單元（以下簡稱PCU）。

首先要明確的是，ECU+PCU的組合就是要協(xié)調(diào)發(fā)動機與電動機的運轉(zhuǎn)，這個問題還要從阿特金森循環(huán)說起。就像前面描述的，采用阿特金森循環(huán)的發(fā)動機擁有較傳統(tǒng)發(fā)動機更加出眾的燃油表現(xiàn)，不過在這一優(yōu)勢下，卻隱藏著該類型發(fā)動機無法克服的性能缺陷。

發(fā)動機低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，氣缸內(nèi)的混合氣處于較稀薄的狀態(tài)，此時由于氣門相位調(diào)節(jié)器的作用，使得原本不多的混合氣又被強制“吐出”一部分。就這樣，稀少的混合氣在壓縮階段產(chǎn)生了不充分燃燒，進而導(dǎo)致發(fā)動機低速扭矩欠佳、車輛起步無力的現(xiàn)象；另一方面，阿特金森發(fā)動機的較長活塞行程給轉(zhuǎn)速提升帶來了很大限制，高轉(zhuǎn)不足，再加速性能一般，都是搭載該類型發(fā)動機車型的典型特征。

那么，什么轉(zhuǎn)速區(qū)間才能使阿特金森發(fā)動機的性能和燃油效率達到最好的平衡呢？是中段轉(zhuǎn)速區(qū)間。在這一區(qū)間中，雷凌雙擎的阿特金森發(fā)動機擁有最佳的熱效率，汽油燃燒的能量轉(zhuǎn)化率也最高，當然就更省油。

不過問題來了，在實際駕車過程中，路況在隨時變化，駕駛行為也不能保持常態(tài)，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和工況都會因此受到影響，如果維持發(fā)動機中段轉(zhuǎn)速的高燃效又該怎么辦呢？答案是：加入電動機，讓兩者協(xié)同工作。

發(fā)動機與電動機如何協(xié)調(diào)

雷凌雙擎的ECU和PCU到底是如何協(xié)調(diào)發(fā)動機和電動機高效工作的呢？我們不妨將車輛的日常使用過程切割成5個部分，即：靜止、起步及低速行駛、巡航、全力加速、減速及制動。

靜止：這里需要說明的是，該“靜止”并非車輛沒有啟動，而是指按下車輛啟動鍵后車子開動之前的狀態(tài)。因為此時發(fā)動機不運轉(zhuǎn)而一直保持關(guān)閉。那該狀態(tài)下，車內(nèi)的各種電器設(shè)備（比如空調(diào)、音響等）在沒有了發(fā)動機的供能后該又如何使用呢？

其實，這種情況是豐田通過混合動力蓄電池和普通蓄電池向車輛電氣系統(tǒng)供電這一方案來解決的，而這一方案權(quán)權(quán)由ECU經(jīng)過收集車輛運轉(zhuǎn)信息然后進行計算最后制定并執(zhí)行。至于在電量流動過程中涉及的變壓問題，就是由PCU來負責完成的。PCU的作用相當于變壓器，將兩端的不同電壓和電流相位做出合適調(diào)整，以實現(xiàn)各系統(tǒng)間的有效連接。比如在當前這種情況下，DC-DC轉(zhuǎn)換器就會將混合動力系統(tǒng)的蓄電池201.6V的電壓轉(zhuǎn)換成12V，與車輛原有的蓄電池一道，向其他車載電氣設(shè)備供電。也正是PCU的這種工作性質(zhì)，雷凌雙擎混動系統(tǒng)想實現(xiàn)高效運轉(zhuǎn)成為了可能。

起步及低速：在這種狀態(tài)下，駕駛者松/踩油門、制動等各種操作動作信號會再次連同車輛的各種行駛狀況信息一道被傳入ECU。接著，ECU做出只將混合動力蓄電池向外輸出電能的指令。最后，通過PCU逆變器將高壓直流電轉(zhuǎn)換成交流電，以驅(qū)動混合動力系統(tǒng)中的交流電機。這種純電動模式的好處在于，既解決了車輛低速行駛時由于混合氣不充分燃燒所帶來的高油耗問題，又在一定程度上彌補了阿特金森發(fā)動機低速扭矩不足的缺陷，可謂“一舉兩得”。

巡航：城市的巡航車速大多在20~50km/h之間，這一速度基本會讓發(fā)動機處于中段轉(zhuǎn)速區(qū)間，也就是燃油經(jīng)濟性最好的狀態(tài)，所以，此時發(fā)動機會和電動機在ECU和PCU的協(xié)調(diào)下一起工作以保障車輛擁有正常的動力表現(xiàn)。

全力加速：當深踩油門時，ECU識別到大負荷加速的信號，于是控制PCU將更多電量轉(zhuǎn)化并傳輸給電動機，此時，電動機也會進入最大輸出狀態(tài)以保證在不大幅拉高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，即維持最佳燃效的前提下，盡可能地滿足駕駛者的加速需求。

減速及制動：當減速及制動時，ECU控制發(fā)動機停止運轉(zhuǎn)，燃油也被切斷供應(yīng)，而剎車動能開始被電機回收并轉(zhuǎn)化，之后通過PCU的升壓轉(zhuǎn)換器將電機和蓄電池之間的電壓從201.6V轉(zhuǎn)換為650V，并最終以電量形式儲存在混合動力蓄電池中。這種通過提高電壓，降低電流的方法來減少電力傳輸過程中的損耗，可以有效提高電機的功率。 《中國質(zhì)量報》