一、绪言
    随着世界汽车保有量的急剧增长，传统内燃机汽车对环境的危害日益严重，加上石油资源的渐趋广乏使开发低排放、低油耗的新能源汽车成为新世纪激烈竞争的焦点。
    纯电动汽车（EV）是理想的零排放或低排放车辆，但有限的行驶里程和较长的充电时间使其发展受到制约。燃料电池电动汽车（FCV）特点是能量转化率高、不污染环境、使用寿命长，却存在性价比低以及氢运输等问题。作为过渡产品，混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV）在增大续驶里程的同时，具有高效节能低排放等优点，是向零排放电动汽车过渡的有效途径，也是目前唯一一类能够产业化的新能源汽车。作为典型混合动力汽车，丰田普锐斯是世界上最早商业化生产的混合动力汽车，也是能量合理利用最成功的混合动力车型之一。研究其结构和工作机理，为混合动力汽车的故障诊断和维修打下基础，进而对研发和推广混合动力汽车具有现实意义。

    二、THS-11关键部件构成及其主要作用
      1. THS-11关键部件构成
    普锐斯应用的THS-11（第二代丰田混合动力系统）（见图1）主要由高压控制器（HV-ECU ）、功率控制单元（PCU ）、发动机、高能电池及能量管理系统、大功率驱动电机MG1、MG2及其控制器、动力祸合系统等组成，构成整个动力系统。

    2.作用
    （1）功率控制单元（PCU ）
    PCU用于电功率转换，主要包含变频器、空调变频器、升压转换器和DC-DC转换器等。
    升压转换器将HV-蓄电池发出的201.6V信号升压为高压（630V）直流信号，再由变频器将高压直流信号转换为（630V）高压交流信号，为MG1和MG2提供交流工作电压。DC-DC转换器将201.6V高压直流信号，转换为12V低压直流信号，为车上低压用电器供电或为低压辅助蓄电池充电。
      空调变频器用于将HV-蓄电池发出的201.6V直流高压信号，变换为201.6V交流高压信号，为空调压缩机供电。
      （2）高压控制器（HV-ECU ）
      用于对与高压相关信号进行分配，其主要作用在于：
      ①接收各分电脑（ECU）传来的信息；
      ②进行计算，比较和处理；
      ③不停地向PCU里的电压转换器和逆变器等发出调整电压、电流、相位、通断等指令信号。
      （3）阿特金森循环发动机
      遵从阿特金森循环的小排量发动机，采用智能可变气门正时V VT-i和ETCS-i智能电子节气门控制系统，使发动机的膨胀比大于压缩比，从而把能量全部吸收，提升效率，降低油耗，实现了热效最大化。
      （4）大功率驱动电机MG1、MG2
在HV-ECU作用下，在各种工况下，有条件地接受来自PCU的电压和电流指令信号。
    普锐斯的驱动电机系统包括2个电机。即MG1和MG2。MG1除了启动发动机，还可以用来调速和发电。MG2主要作为驱动电机，或者发电机用。减速、下坡和制动时，电动机作为发电机使用，把损耗的动能转变成为电能，存储在蓄电池中。
      （5）动力藕合系统
      功率祸合系统通常应用行星轮系等功率分流装置，以实现将发动机功率分流成为机械功率和电功率两部分，从而尽可能的合理利用发动机功率，提高发动机工作效率。
      功率分流混合动力系统可以提供连续可变的传动比，同时又允许车轮反转，速度变化范围大。因此，发动机就可以和变速器在全速度范围内结合，而不需要启动自动变速器中的变矩器或手动变速器中的离合器等辅助装置。

      三、主要工作机理分析
      1．阿特金森循环发动机
      根据奥托循环的工作原理，油气混合气在点火燃烧后膨胀，产生推力使活塞向下运行。同等压强下，点火燃烧后的混合气体容积远大于点火做功前混合气体的容积，换言之，奥托循环发动机在活塞运行到下止点时，气缸内仍存在高达3～4个大气压的高压，活塞依靠该压力继续下行。在常规的奥托循环发动机中，由于活塞已经运行到下止点，随排气门打开而与外界相通，将剩余的能量排出缸外，从而在能量上造成浪费。
      第3代普锐斯仍采用常规发动机上比较少见的阿特金森循环发动机。改进后的由发动机、镍氢电池、发电机／电动机和动力控制单元组成的THS-II混联式混合动力系统，改善了第2代普锐斯动力不足和油耗水平偏高的状况，排量由1.5L改进为1.8L，发动机的最大功率也由56.60kW提高到72.77kW。动力性得到改善的同时，在高速路况下的油耗也比第2代普锐斯降低约10%。
    阿特金森循环发动机的基本原理，在于其活塞下止点与上止点之间的距离，在进气冲程中小于做功冲程，压缩比小于膨胀比。在排气门开启之前，发动机活塞继续下行，降低了油耗，最终提升了发动机的燃烧效率。
      普锐斯发动机巧妙地利用了阿特金森循环的工作原理，通过控制气门开闭的时刻（即智能可变气门正时V VT-i和ETCS-i智能电子节气门控制系统）使压缩比小于膨胀比。其基本结构仍与普通奥托循环发动机类似，不同的是在吸气冲程结束并进入压缩冲程以后，通过延时关闭进气阀门，将已经吸入的部分混合气重新推入进气歧管，然后关闭进气门。在不增加实际压缩比的情况下，使发动机的膨胀比大于压缩比，从而把能量全部吸收，实现了热效最大化。
    阿特金森发动机之所以未得到推广，原因在于其实际排量小于同样情况下的奥托发动机。例如，1.8L的阿特金森发动机的实际排量仅相当于1.5L左右的奥托发动机。此时应用阿特金森循环的目的，不为增强功率，而在于提升效率，降低油耗。
    2.马区动电机
    与奥托发动机相比，在传统燃油车上配置阿特金森发动机，在低速下的动力性将难以满足驾驶要求。但发动机和驱动电机被巧妙地应用于混合动力汽车，则形成技术上的优势。
      2个电机均设计为永磁交流同步电动机，可以作为发电机／电动机使用。发电机／电动机和发动机之间，通过和1组作为动力祸合系统的行星齿轮组连接，实现动力的分解和合成。如图1所示，MGI与太阳轮相连，发动机与行星架相连，MG2与齿圈相连。与第2代普锐斯链传动不同的是，第3代采用齿轮，与主减速器相连。

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