丰田双擎为什么不采用小排量发动机,而采用1.8的呢?:其实很多朋友都弄错了一个概念,并不是丰田不采用小排量发动机搭配电机打造双擎,实际上丰田最早的双擎动力
如上图所示这就是最早的丰田1.5L混合动力系统(双擎),采用的是1.5L排量的1NZ发动机搭配29千瓦的电机所打造的混动系统,发动机可以提供58匹马力,当然丰田的混动会利用发动机一部分功率去带动电机运转,所以电机的功率只有29千瓦,如果电机再大些,丰田THS系统下,发动机分配出去的动力恐怕就带不起来电机了;而第二代1.5L混动系统,还是沿用了这款机器,只不过配备了VVt-i可变气门正时的1.5L发动机动力达到了77匹的马力,所以搭配的电机功率达到50千瓦,实际上这个时期丰田的混动系统中内燃机还是奥托循环,因为那个时候丰田的可变气门技术被硬件限制,没法实现更大的可变范围,所以无法模拟出部分负荷下的阿特金森化(实际上是米勒),等到出现VVT-iw之后才做到(那个时期的燃油版普锐斯也是77匹马力)。。。
而丰田打造的第三代混动系统,才使用了1.8L的机器,同时所配备的电机功率也近一步的被提高,达到了50千瓦,所以随着排量不断增加所配备的电机功率也在不断提高,没有稍大些的基础排量,哪能分出一部分力量来带动电机运转?而过低排量的混动系统应用面是非常狭窄的,比如那台1.5L混动系统能给谁用?除了用在威驰上能对付用,用在卡罗拉身上是很尴尬的,会有明显的动力不足;毕竟2000年初人们对动力的理解与现在不同,现如今推重比不大于100匹/吨,都属于肉车范围了;而1.5L的混动系统除了给这些A0级别车型使用,其余的中型、大型车都用不了,所以这种应用面狭窄的机器终究会被衍变掉,相比较之下1.8L混动系统的应用面就宽泛了许多,丰田旗下多款车都能用,性能表现还优异。。。
混动顾名思义是由传统内燃机?电机所组成的系统,换句话说就是由电机替代内燃机来完成部分工作,以起到省油的作用,所以电机功率的大小决定了它能完成工作的多少,而丰田的THS系统下,内燃机无时无刻都会分配接近于30%的动力服务于电机,所以内燃机动力的大小决定它能带动的电机功率的大小,而自然吸气的动力要么取决于排量、要么在于转速,日益严苛的排放、油耗规则下,拉高转速提升功率显然不符合现状,所以也就只能适当提高发动机的排量还换取更大的功率了,而后期在引入阿、米循环后,即便偏大排量的内燃机往往也能实现低排量机器的油耗水平,所以就产生了1.8L排量的混动系统,而早期1.5L排量的混动系统逐渐被取代、甚至淘汰(鄙人也不清楚现在1.5L混动系统丰田还用不用)。。。
丰田THS系统是经典的结构方式,它拥有诸多的优势,但也同样存在劣势,那就是基于这个系统下发动机必然会分配30%左右的动力提供给电机,所以无论何种工况下,发动机都甭想全功率输出,所以在这种限制下发动机自身的动力性变得尤为重要,要不然真到了高负荷运转的时候,内燃机为工作主题,排量低、动力差会很不舒服的;而更大排量的混动系统应用面也比较宽泛,比如2.5L混动系统可以应用在凯美瑞、Es、亚洲龙等车型上,而这个系统所配备的电机功率也已经达到了90千瓦,还是那个道理大功率电机就得用更大的动力去带动它运转;因为THS系统下,分配给电机工作的发动机动力比较固定,所以能否带动更大的电机干更多的事,就比较依赖大排量的机器了;毕竟车子大、重量也大,想保证足够的动力性增加发动机排量是合理的。。。
目前丰田主要的混动系统为1.8L、2.5L的双擎机器,主要覆盖于a级以下、b级以上,而未来则会为2.0L的新机器M20A也打造出一款全新的混动系统,这个混动系统应该会提供给丰田旗下的奕泽、RAV4所使用,至于会不会给凯美瑞使用不好说,但现如今新凯美瑞2.0L所使用的发动机就是M20A,它的热效率也已经达到了40%;如上图就是这款机器所形成的矩阵框架,所匹配的变速箱只有CVt、MT,所以就别说2.0L凯美瑞使用CVT是减配了,因为设计之初就没考虑过使用6AT。。。
上述就是丰田不采用小排量发动机打造混动系统的原因,实际上丰田打造过小排量的混动系统,但随着对动力需求的增加、随着配备的电机越来越大、随着所配备混动车型的重量越来越大,小排量如1.5L混动的应用面变得越来越狭窄,总不能给凯美瑞配个1.5L混动系统,对吧?所以丰田早期1.5L的混动系统逐渐被更为均衡的1.8L混动所取代;对于丰田而言已经把混动玩的风生水起,任何排量对于它来说打造混动都不难,关键在于用途,现在打造个1.5L混动系统给谁用?或许只能给威驰使用,但一款车单独配个发动机,这样的开发成本也太巨大了,所以丰田是不会这么做事的,丰田恨不得能用一款机器覆盖旗下所有车款,让丰田为某辆车单独弄个发动机是不可能的。。。
因为1.8L阿特金森循环发动机配合双电机能达到的动力性刚好适合驱动卡罗拉、雷凌这个级别的车型,再小的话动力和效率都会捉急。原因如下:
1.卡罗拉雷凌双擎采用的是阿特金森循环发动机,优点是在很宽泛的工况范围内达到极高的热效率,但代价是牺牲了绝对动力。1.8L排量只能输出99马力的最大功率,只相当于常规奥托循环1.3-1.4L发动机的水平。所以:
A 如果用更小排量的阿特金森发动机,动力性能(无论驱动还是发电)不容易满足日常需求,发动机经常需要高负荷工作,有损寿命和燃烧效率。
B 不用同样动力的更小排量奥托循环发动机或涡轮增压,是因为这样的发动机最大热效率低,且高热效率区间窄,要想和电动机配合发挥出极高热效率可以说是费力不讨好,也就失去了做成油电混动(HEV)的意义。
PS:靠牺牲动力来省油有啥技术含量,直接把排量缩小不就得了?实际情况是,阿特金森循环带来的油耗降幅比动力的降幅要大得多。可以简单理解为1.8L的排量、1.4L排量的动力、低于1.0L排量的油耗。
2.双擎的THS2混动系统是双电机直连式结构,发动机和两台电动机组成一套行星齿轮,彼此互连。这是一套油为主电为辅的混动策略,整套传动机构达到一定转速后发动机必须启动,以保证行星齿轮组的正常运转。这就要求作为驱动主力的发动机不能动力太弱。而本田的i-MMD是双电机非直连式结构,属于电为主油为辅的布局,发动机只有两个作用——发电和高速巡航这个单一工况下刚性驱动车轮,驱动主要靠电动机。想要动力配个大功率电动机就是了,所以对发动机的动力要求没有那么高。10代雅阁2.0L混动发动机才146马力,2.5L混动的8代凯美瑞发动机178马力,但雅阁绝对动力性更强(参见汽车之家对两车的同场测试成绩),主要就得益于184马力的驱动电机。
3.双擎配备的是镍氢电池,和锂电池相比,优点是可靠性好、耐低温、成本低(意味着换电池代价小)、循环寿命长,著名的记忆效应可以通过PCU(能量管理单元)调整充放电策略来规避。但缺点是能量密度低、不支持较大电功率输出,所以不适合匹配动力过强的电机,要保证系统总功率,只好对发动机的动力提要求。本田的混动系统配备锂电池,就是因为它的驱动电机功率大。
(此条为猜测,不敢肯定)
很可惜,在我国以排量为导向的现行汽车政策环境下,丰田的1.8L和2.5L两套混动系统很不吃香。相比同样动力水平的小排量涡轮增压,双擎虽然更省油,但就因为排量大,主机厂要交的税反而更高,前几年的小排量购置税优惠也享受不了,导致售价很难降低。同样,因为没有充电口,也不属于新能源车,无法享受免购置税和大城市不限牌不限行的福利。真可谓费力不讨好。
卡罗拉双擎发动机为什么选择1.8升的排量,而不是小排量发动机这个问题还真是很少有人关注,你这个问题是不是想说使用小排量发动机之后车辆的油耗会更低一点。一款车型的发动机排量是经过厂家全面考量以后得到的,1.8对于这个级别的混动车肯定是最合适的排量,所以厂家才会选择使用1.8而不是更小排量的发动机。
为什么使用1.8的排量呢?这个主要是和发动机的动力输出有关系,双擎使用的1.8阿特金森循环发动机最大功率73千瓦,最大扭矩142扭米,虽然阿特金森循环发动机热效率高,油耗低,但阿特金森循环发动机有一个致命伤就是动力没有同排量的奥托循环发动机好,就拿丰田的1.6自吸发动机来说吧,最大功率90千瓦,最大扭矩154扭米,是不是比双擎1.8的发动机动力性更好呢?
之所以要使用1.8的排量就是因为阿特金森循环发动机动力性差,动力水平只相当于1.4自吸发动机的水准,只有使用更大排量才能达到足够的动力来驱动车辆和发电,这也是为了降低油耗不得已而为之,虽然排量更大但热效率高,所以油耗并不高,如果使用小排量的发动机油耗不一定会更低。
丰田双擎,虽然叫双擎,但驱动汽车的所有能量来源,只有一个,就是发动机。
这个发动机是多任务型的,不仅负责发电,也要参与车轮的驱动。
电池和电机系统的作用,就像给电网储能调峰一样,可以把发动机的运转工况调整到热效率比较高的区域。
比如燃油车在怠速、或低速运转时,发动机的热效率很低,双擎车可以在这时用电机驱动,让发动机在高效率区运转,专门负责发电,电机用不完,就把能量用电池储存起来。
采用1.8L的发动机,采用双擎之后,动力性经济性全面超越1.8L自吸车型,同时也卖一个好价钱。
从性价比来说,从利润率来说,稍大排量的双擎车应该更合适,不是不能采用小排量发动机。
这牵扯到一个造车理念的问题,先说欧洲车为什么喜欢小排量发动机。因为小排量发动机非常适合欧洲的排放测试,环保法规越来越严格,厂家肯定会考虑这方面的因素。
小排量发动机不用涡轮增压,动力是满足不了大部分汽车动力要求的,欧洲的涡轮增压技术也比较成熟,也不存在技术方面的问题。
而日系车前些年就认为,发动机排量小不一定就代表他省油(就像大众最近的2.0T也比1.8T省油)。丰田双擎的设计理念就是为了省油,所以你看它的发动机热效率都很高,而它认为小排量涡轮增压达不到这么高的热效率(事实上涡轮增压发动机确实热效率更低),所以它就不用。
当然不是说小排量涡轮增压不好,首先它在某些路况确实更省油,而且涡轮增压发动机在调校性能方面,要比自然吸气发动机简单的多,所以现在越来越受欢迎,以后丰田技术突破了之后,在混动车型上使用小排量涡轮增压也是可能的。
首先我们先谈谈卡罗拉平台上这两款发动机的区别,卡罗拉双擎上搭载的1.8L的发动机是一款基于“阿特金森循环”的发动机,燃油版搭载的是一台基于“奥拓循环,阿特金森循环”的双循环1.2T发动机。
这两种循环的特点如下:阿特金森循环更容易达到更高的热效率,但动力比同排量的奥托循环弱(像普锐斯、混动凯美瑞上面的发动机动力参数明显弱很多),低扭表现也不好。
对于混动车型来说更注重的是电机和发动机的协同合作,落实到卡罗拉双擎上就是1.8L的自吸发动机的热效率高于1.2T增压发动机。最后综合效率和整体参数匹配的因素,卡罗拉双擎就选择了1.8L而不是小排量增压发动机。
丰田双擎也就是丰田的混合动力系统,使用的发动机有1.8L和2.5L,卡罗拉和雷凌上用的是1.8升发动机,凯美瑞混动用的是2.5升发动机。混动其中一个目的就是降低油耗,按理说更小排量的发动机应该更省油,但是为什么丰田混动不用小排量发动机呢?我所知道的应该是这两个原因:
1、高速行驶的动力性
这里说的高速行驶并不是单纯高速公路,而是混动系统由发动机驱动行驶的工况。因为丰田混动使用的是阿特金森循环发动机,这种发动机的优点就是热效率高,而混动系统可以让发动机尽可能工作在高效率区间,如此以来使用热效率高的发动机可以进一步降低油耗。但是同排量情况下阿特金森循环发动机比普通发动机功率低。
比如上图,卡罗拉混动上的1.8升8ZR-FXE发动机最大马力只有99匹,扭矩142牛米,而老款卡罗拉的1.8升发动机最大马力却是140匹,最大扭矩173牛米。就连神车五菱10年前的1.2发动机最大马力都84匹了,对比之下可以看出来阿特金森循环发动机功率更低,如果再降低排量的话难免会出现小马拉大车的情况,这样会导致油耗不降反升。
2、零件或者设计上的通用性
设计开发一台发动机需要很大的成本投入,而丰田已经有普通奥托循环的1.8发动机了,如果在这个基础上稍作改动就可以开发出新的阿特金森循环发动机了,因为丰田的阿特金森循环其实并不是机械上实现的,而是通过可变气门正时来实现的,所以从理论上来说老款1.8发动机稍作改动就能得到新的产品。比如卡罗拉的普通1.8和阿特金森1.8缸径冲程以及精确的排量都是一样的。当然了这一条是我自己猜测的。
排量大不代表动力强。
上面两张图为卡罗拉1.6自吸和1.8双擎发动机的动力数据。最大扭矩1.6比1.8高了12NM,最大马力整整高了55!
双擎机使用的是1.8升阿特金森循环机,这种发动机与我们常见的发动机是不一样的,阿特金森发动机的热效高,油耗低,但是动力差,实际动力可能也就1.4!另外丰田也要考虑配件通用性和成本,而丰田已经有普通奥托循环的1.8发动机了,在这个基础上稍作改动就可以开发出新的阿特金森循环发动机了,因为丰田的阿特金森循环其实并不是机械上实现的,而是通过可变气门正时来实现的,所以从理论上来说老款1.8发动机稍作改动就能得到新的产品。比如卡罗拉的普通1.8和阿特金森1.8缸径冲程以及精确的排量都是一样的。
丰田的这款引擎 具备了阿特金森奥托双循环运行能力。尤其阿特金森循环是做功行程大于压缩行程。热效率很高。丰田在设计时候 追求了每一个细节的节能性。反观有些混动设计 居然用了小排量涡轮增压。这从追求节能方面来说 背道而驰。其实如果不考虑顾客感受的话。柴油机配混动 才是最佳组合。油耗做到2-3升百公里没有问题。
这是,阿特金森循环发动机,不能按常规发动机来理解。
阿特金森循环发动机的气缸容积比较大,目的是为了使得气体尽可能地膨胀,尽可能地榨取缸内燃气释放的动能。其实气体膨胀到末端力度是不足的,影响驾驶体验,所以常规发动机不会采用。但是混合动力车型没问题,反正是充电,瞬间快点、慢点一点不影响。
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