混动省油的秘密:eCVT变速箱深度技术解读

腾讯科技佚名11-14 11:03

 大家可能注意到,很多普通混动车型匹配的变速箱,都是eCVT变速箱。比如雷克萨斯的全系混动车型、丰田凯美瑞双擎、福特Fusion混动版。在北美市场销售的混动本田雅阁,搭载的也是eCVT变速箱。

对于追求节油的混动车型来说,eCVT其实是成本最低、最高效的变速箱技术。但要注意,eCVT与传统的CVT变速箱完全不同,其技术原理大相径庭。甚至可以说,eCVT只是一项动力分配技术,并不是真正意义上的变速装置。

eCVT又被称作PSD,即Power Split Device。顾名思义,这是一种动力分配设备。它一般被应用于轻混车型(Hybrid)上,而不是插电式混动(Plug-in Hybrid)上。后者一般匹配自动变速箱。

轻混车型有个特点,即实现节能最大化,同时车型在动力上并没有扎眼的参数。一般比较适用于家用车、紧凑型SUV上。当然,售价高达150万的雷克萨斯LS 600hL属于个案。下面来讲解eCVT的具体原理:

首先要了解混动车型的动力总成,一般是由一个燃油机、两个电动机组成,外加一个电池组构成的。需要注意的是,混动车型的燃油机,其最大输出功率和扭矩,一般不会太高,大多是自然吸气车型,且采用的是阿特金森循环。

以雷克萨斯NX 300h为例,其配备了一台最大功率为114kW的2.5L自吸发动机,峰值扭矩只有210N•m。同时,还配备了一台最大功率105kW的电动机,峰值扭矩270N•m。电池组方面,该车采用的是一个1.6kWh的镍铁电池。

在这个总成中,不要以为车辆的最大功率是114+105=219kW,因为在绝大多数情况下,只有电动机在驱动车辆。只有在高速巡航时,系统才会切换动力来源,由发动机直接驱动车辆。

而这个1.6kWh的电池组,其作用体现在两个方面:一是为电动机供电;二是存储制动回收的能量。电池的电量,是由第二台电机发电产生的。这台电机的能量来源,一个是燃油机,一个是KERS(动能回收系统)。

混动省油的秘密:eCVT变速箱深度技术解读

 

上图是eCVT中行星齿轮的示意图,中间的绿色齿轮叫做“太阳轮”,它与发电机相连接;周围的4个橙色齿轮,叫做行星轮,他们连接燃油机;最外环的黄色齿轮,叫做环轮,连接动力电机,同时环轮直接与动力输出轴相连接。

这样一来,通过一个行星齿轮结构,就把燃油机和电动机的动力融合到了一起。在绝大多数的情况下,汽车都是依靠环轮,即电动机的动力来驱动车辆的。由于电机是固定齿比,所以eCVT中没有所谓的齿比概念,也不需要多组行星齿轮或离合器来实现不同挡位。

只有在高速巡航行驶时,eCVT才会把燃油机的动力直接输出给轮端,这时相当于传统自动变速箱在最高挡位行驶。这样设置的原因,是因为在高速行驶时,电动机转速很高,热效率下降,此时电池组若持续大功率输出电流,整个电动系统的热管理会是一个问题。同时,在高速巡航工况下,阿特金森发动机也能进入最佳工作区间。

阿特金森循环是一种发动机冲程模式,它通过一种连杆机构来最大程度延长活塞的行程,其膨胀比大于压缩比。这样,发动机气缸就能充分利用废气气压来做工,进一步节省油耗。但也正是因为这种设计,阿型发动机的低扭表现与高转速性能不如普通发动机。

所以,你可以看到,采用eCVT动力总成的车辆,要么是靠电机驱动,要么是靠发动机驱动,并没有所谓的混合输出。真正的输出功率,也并非是两者的叠加。雷克萨斯LS 600hL配备了一个最大功率290kW的自吸发动机,以及一个总功率165kW的电动机,但其百公里加速水平,还不如只配备285kW自吸发动机的LS460L。因为前者虽然有两个动力来源,但一个时间内只有一个在输出动力。

这样,在驾驶混动车型时,虽然发动机在轰鸣,但其主要工作是在给电池充电。那为何省油呢?这是因为,由于没有多级齿比,主要是通过电机输出动力,所以eCVT动力总成的能量损耗,没有传统自动变速箱子在能量传递中的大量损耗。

低速时车辆直接以纯电模式行驶,加之发动机采用阿特金森循环,使得油耗进一步降低。这就是混动车型节油的原理。

这里要特别提一点,混动车型的阿特金森循环发动机,其实并非采用历史上詹姆斯•阿特金森设计的那种复杂结构。得益于发动机电控系统的进步,如今雷克萨斯等混动车型上的发动机,通过延迟关闭进气门、使得冲程结束后气缸内混合气体又溢出一部分,由此变相实现了膨胀比大于压缩比。

然而,你可能会问,如果这是eCVT的原理,那此类混动车型岂不是无法实现四驱?当然不是,雷克萨斯NX 300h,既有前驱版本,也有四驱版本。但其四驱版本与传统的四驱实现的方式不同。

要知道的是,传统四驱结构,即后桥通过一根传动轴传输动力的四驱模式,是依赖于变速箱实现的。无论是手动变速箱还是自动变速箱,其可匹配四驱系统的版本,均有方向相反的两个输出轴。

而eCVT根本就不算是一个变速箱,它怎么同时提供两个动力输出轴呢?并不需要。雷克萨斯的四驱模式,是在车辆后桥加装一个电动机,来实现四驱,中间根本不需要传动轴。这种设计,有些类似于沃尔沃V60 Plug-in Hybrid的理念。

对于混动车型来说,节油是终极目的;但eCVT其实只是一个比较保守的解决方案。并非所有的轻混车型都使用eCVT,因为如上所述,eCVT虽然节油,但动力性能欠缺。有些注重性能的混动车型,尤其是后驱车,使用的依然是自动变速箱。

比如英菲尼迪Q50 Hybrid,它搭载了一台3.5L自吸发动机,以及一台50kW的电机,匹配的是7速变速箱。这是因为eCVT只适用于前驱或四驱情形,对于后驱车无能为力。Q50搭载的这款7速变速箱来自奔驰7G-Tronic,可以适用于混动系统。

对于这种混动模式,只存在发动机与电机同时驱动车辆,或电机单独驱动车辆的情况,不存在eCVT中出现的由发动机单独驱动车辆的情况。因为发动机与电动机实际上通过一根输出轴与变速箱连接。

这种混动模式的意义,在于电机在发动机的基础上补足了一部分动力,让车辆在原有大马力发动机的基础上,更进一步提升最大输出功率。所以该模式中的电机功率一般不会很大。在某些工况下,也可以调整为纯电模式,起到一定的节油作用。但很明显,其节油效果不如eCVT模式。

电科技专注于TMT领域报道,青云计划、百+计划获得者。荣获2013搜狐最佳行业自媒体人称号、2015中国新媒体创业大赛总决赛季军、2018百度动态年度实力红人等诸多大奖。

投稿请登录:http://www.diankeji.com/member
商务合作请洽:marketing#diankeji.com

声明:本站原创文章文字版权归电科技所有,转载务必注明作者和出处;本站转载文章仅仅代表原作者观点,不代表电科技立场,图文版权归原作者所有。如有侵权,请联系我们删除。

猜你喜欢