任務1 混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理

項目二混合動力汽車動力系統(tǒng)構造與檢修PART021.了解混合動力系統(tǒng)各組成作用及要求。2.掌握混合動力系統(tǒng)各組成的組成部件及工作原理。3.掌握混合動力汽車動力系統(tǒng)控制原理。任務目標一、混合動力汽車動力系統(tǒng)組成（一）發(fā)動機1.混合動力汽車對發(fā)動機的要求發(fā)動機的動力性、經濟性和排放是選擇發(fā)動機的基本內容?；旌蟿恿ζ嚢l(fā)動機控制目標主要有：高可靠性、高效率、持續(xù)運轉性能良好、小型輕量化、低油耗、低排放、低噪聲、低成本。具體要求如下：（1）發(fā)動機的動力性（2）發(fā)動機的經濟性（3）發(fā)動機的環(huán)保性任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理2.發(fā)動機的類型（1）按照使用燃料分類按照使用燃料可分為汽油機、柴油機和氣體燃料發(fā)動機三類。（2）按照點火方式分類按照點火方式分為點燃式發(fā)動機（汽油發(fā)動機、液化石油氣發(fā)動機、雙燃料發(fā)動機）和壓燃式發(fā)動機（柴油發(fā)動機、重油發(fā)動機）。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（3）按照氣缸的數(shù)目分類只有一個氣缸的發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機，有兩個以上氣缸的發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機，如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等多缸發(fā)動機。（4）按照工作循環(huán)的沖程數(shù)分類在發(fā)動機內，每一次將熱能轉變?yōu)闄C械能，活塞都必須經過進氣、壓縮、做功、排氣這樣四個過程，完成一個工作循環(huán)。把曲軸轉兩圈（720°），活塞往復四個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機稱為四沖程發(fā)動機；把曲軸轉一圈（360°），活塞往復兩個行程即完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機稱為二沖程發(fā)動機。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（5）按照冷卻方式分類根據(jù)冷卻方式不同，發(fā)動機可以分為水冷式和風冷式兩種。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理3.發(fā)動機基礎組成（1）曲柄連桿機構曲柄連桿機構的功能是實現(xiàn)發(fā)動機的工作循環(huán)，完成能量轉換過程。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理機體組中，氣缸體是構成發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機各機構和各系統(tǒng)的安裝基礎。氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，密封氣缸上部并與活塞頂部和氣缸一起構成燃燒室，此外還有曲軸箱等共同構成了機體組。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（2）配氣機構配氣機構的功能是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內排出，實現(xiàn)換氣過程。配氣機構大多采用頂置氣門式配氣機構，一般由氣門組和氣門傳動組、氣門驅動組等組成。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（3）燃油供給系統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的功能是根據(jù)發(fā)動機工況的需求，定時定量供應合適的燃油進入發(fā)動機氣缸。對于汽油機而言，燃油供給系統(tǒng)的功能是根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（4）冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的功能是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適合的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)通常由冷卻水套、水泵、風扇、散熱器、節(jié)溫器等組成。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（5）潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的功能是向做相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損，并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系統(tǒng)通常由油路、潤滑油道、機油泵、機油濾清器、機油標尺、集濾器等組成。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（6）點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)的功能是確保汽油機在壓縮接近上止點時，在氣缸內適時、準確、可靠地產生電火花，以點燃可燃混合氣，從而燃燒對外做功。在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室。能夠按時在火花塞電極間產生電火花的全部設備稱為點火系統(tǒng)。電子點火系統(tǒng)由點火開關、點火信號發(fā)生器、點火線圈、火花塞等部件組成。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（7）進排氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)的功能是盡可能均勻地向各缸供給可燃混合氣或純凈的空氣，通常由空氣濾清器、空氣流量計、進氣總管、節(jié)氣門體、進氣歧管等部件組成。排氣系統(tǒng)要收集廢氣，并且以盡可能低的排氣阻力、噪聲和污染，將廢氣排到大氣中，一般由排氣歧管、排氣管、排氣凈化裝置、排氣消聲器和排氣尾管等組成。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（8）起動系統(tǒng)起動系統(tǒng)的功用是將電動機的動力傳遞給發(fā)動機飛輪以起動發(fā)動機，而發(fā)動機起動后則靠單向離合器自動斷開發(fā)動機對起動機的逆向驅動。起動系統(tǒng)主要由蓄電池、起動機、起動繼電器、點火開關、單向離合器等組成。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理4.發(fā)動機工作原理（1）進氣行程曲軸帶動活塞從上止點向下止點移動，進氣門開啟，排氣門關閉。氣缸內壓力降低到小于外界大氣壓?？諝夂推徒浕旌闲纬傻目扇蓟旌蠚馔ㄟ^進氣管道、進氣門被吸入氣缸。（2）壓縮行程進氣結束，進排氣門都關閉。曲軸帶動活塞由下止點向上止點運動，活塞頂部的可燃混合氣被壓縮。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（3）做功行程當壓縮行程接近上止點，進排氣門處于關閉狀態(tài)，電火花點燃可燃混合氣，混合氣燃燒產生的氣體壓力推動活塞向下止點運動，經連桿使曲軸旋轉做功，對外輸出功率。（4）排氣行程曲軸帶活動活塞從下止點向上止點運動，排氣門打開，進氣門關閉。在活塞和廢氣自身的壓力作用下，廢氣經排氣門排出氣缸。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（二）電力驅動裝置1.電力驅動裝置組成（1）電機（2）電機控制器（3）電驅冷卻系統(tǒng)任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（三）混合動力汽車電能裝置1.混合動力汽車對電能裝置的要求①串聯(lián)式混合電動汽車完全由電機驅動，發(fā)動機-發(fā)電機總成與電池組一起提供電機所需要的電能，電池SOC處于較高水平，對動力蓄電池功率的要求與純電動汽車相似，但容量要低。②并聯(lián)式混合電動汽車發(fā)動機和電機都可以直接對車輪提供驅動力，整車的駕駛要求可以由不同的動力組合結構來滿足。③電池的峰值功率要求大，能短時大功率放電。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理④較高的瞬間回饋功率。⑤循環(huán)壽命要長。⑥較高的能量效率。⑦需配備電池管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)。⑧電池的SOC應保持在30%～80%。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理2.混合動力汽車電能裝置組成（1）動力蓄電池（2）電池管理系統(tǒng)（3）充電系統(tǒng)（4）動力蓄電池冷卻系統(tǒng)（5）低壓輔助電源任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理3.混合動力汽車電能裝置工作原理（1）電能裝置的充電控制與監(jiān)測充電過程中，若監(jiān)測到動力蓄電池溫度低于5℃，電池管理系統(tǒng)會先控制動力蓄電池溫度調節(jié)裝置對電池進行加熱，如果溫度高于55℃，則停止充電。動力蓄電池內的BMS實時采集各單體蓄電池的電壓、電流、溫度、動力蓄電池的總電壓和總電流值，電池系統(tǒng)的絕緣電阻值等數(shù)據(jù)，時時監(jiān)控動力蓄電池的工作狀態(tài)，并根據(jù)電池管理系統(tǒng)中設定的閾值判定電池系統(tǒng)工作是否正常，對故障進行實時監(jiān)控。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（2）電能裝置供電控制與監(jiān)測當動力蓄電池處于供電狀態(tài)時，電池管理系統(tǒng)通過CAN線與整車控制器和電機控制器之間進行通信，對動力蓄電池組件放電等進行綜合管理，避免出現(xiàn)過放電及不均衡現(xiàn)象。動力蓄電池組件使用可靠的高壓插接件與高壓控制盒相連，其輸出的直流電由電機控制器轉變?yōu)槿嘟涣鞲邏弘?，驅動電機工作。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（四）混合動力汽車動力耦合裝置1.混合動力汽車動力耦合裝置功能（1）汽車動力合成功能（2）動力分解功能（3）提高汽車的燃油經濟性任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理2.混合動力汽車動力耦合裝置類型（1）齒輪式機械動力耦合裝置（2）電磁式動力耦合裝置（3）液壓混合動力耦合系統(tǒng)任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理3.典型混合動力汽車動力耦合裝置（1）平行軸式動力耦合裝置平行軸式動力耦合裝置主要由殼體、平行軸式齒輪減速機構、主減速器總成和離合器組成，平行軸式齒輪減速機構一般為簡單的兩軸式，主要由輸入軸組件和輸出軸組件組成，主減速器總成主要由主減速器和差速器總成組成。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（2）行星齒輪式動力耦合裝置①行星齒輪式動力耦合裝置由單個行星齒輪機構或多個行星齒輪機構組成，每個行星齒輪機構主要由1個太陽輪、1個齒圈、1個行星架及支承在行星架上的幾個行星齒輪組成。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理②行星齒輪式動力耦合裝置傳動方式。減速驅動。直接驅動。超速傳動。反向驅動。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理二、混合動力汽車動力系統(tǒng)控制原理（一）串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)1.串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)結構串聯(lián)式混合動力汽車主要由電機、發(fā)動機、發(fā)電機、動力蓄電池、變壓器、減速器構成，再輔以底盤、車身和輔助電器等汽車的基本結構。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理2.串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)控制原理（1）動力蓄電池驅動控制串聯(lián)式混合動力主要利用動力蓄電池來驅動車輛，僅當SOC降低到最小限值時，發(fā)動機才起動，發(fā)動機在最高效率區(qū)以輸出恒定功率的方式工作，當SOC回升到最大限值時發(fā)動機停止運轉。（2）負荷跟隨控制保持動力蓄電池的SOC在規(guī)定的范圍之內，發(fā)動機帶動發(fā)電機工作并盡可能地供應接近車輛行駛所需的電能，動力蓄電池只起負荷調節(jié)裝置的作用。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（3）綜合控制綜合控制是集“動力蓄電池驅動控制模式”和“負荷跟隨控制模式”的一個折中控制模式。在動力蓄電池的SOC較高時，主要用動力蓄電池驅動汽車，相當于純電動模式；而當動力蓄電池的SOC降低到設定的范圍內時，發(fā)動機帶動發(fā)電機工作，考慮到發(fā)動機的排放和效率，將其輸出功率嚴格限定在一定的變化范圍內。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理3.串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點（1）串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)點①發(fā)動機具有良好的經濟性和較低的排放性能。②發(fā)動機與電機之間無機械連接，整車的結構布置自由度較大，各種驅動系統(tǒng)器件可以放在最適合的位置。③由于電機的功率大，制動能量回收的潛力大，可以提高能量利用效率。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（2）串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的缺點①發(fā)電機將發(fā)動機的機械能轉變?yōu)殡娔?，電機又將電能轉變?yōu)闄C械能，而且動力蓄電池在充電和放電過程中也會存在能量損失，因此發(fā)動機輸出的能量利用率比較低。②電機是唯一驅動汽車行駛的動力裝置，因此電機的功率要足夠大。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（二）并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)1.并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)結構并聯(lián)式混合動力汽車主要由電機、發(fā)動機、動力蓄電池、變頻器、變速箱、動力耦合裝置等組成，再輔以車身輔助電器和底盤其他系統(tǒng)等汽車的基本結構。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理單軸式并聯(lián)混合系統(tǒng)。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理雙軸式并聯(lián)混合動力系統(tǒng)。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理2.并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)控制原理并聯(lián)式混合動力汽車可以采用發(fā)動機單獨驅動、電機單獨驅動或發(fā)動機和電機混合驅動三種控制原理。典型的并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的結構及能量流動路線如圖所示。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（1）電機單獨驅動控制車輛起動、低速及輕載行駛時，發(fā)動機關閉，車輛由電機驅動，為純電動工況，所以這種模式也稱為純電動工作模式。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（2）混合動力驅動控制車輛正常行駛、加速及爬坡時，發(fā)動機和電機同時工作驅動車輛行駛。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（3）發(fā)動機驅動控制在車輛行駛過程中，當車載電池組電量過低時，發(fā)動機在驅動車輛行駛的同時向動力蓄電池補充充電。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（4）能量回收工作控制車輛減速及制動時，電機以發(fā)電機模式工作，回收車輛制動能量向動力蓄電池充電。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理3.并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點①發(fā)動機通過機械傳動機構直接驅動汽車，無機械能、電能的轉換損失，因此發(fā)動機輸出能量的利用率相對較高。如果汽車行駛工況能保證發(fā)動機在其最佳的工作范圍內運行時，并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的燃油經濟性要比串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的高。②當電機僅起功率調峰作用時，電機、發(fā)動機的功率可適當減小，電池的容量也可減小。③在繁華的市區(qū)低速行駛時，并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)可通過關停發(fā)動機，以純電動方式運行，以實現(xiàn)零排放。但這就需要有功率足夠高的電機，所需電池的容量相應也要大。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理④發(fā)動機與電機并聯(lián)驅動時，還需要動力復合裝置，因此，并聯(lián)驅動系統(tǒng)的傳動機構較為復雜。⑤并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)與車輪之間直接機械連接，發(fā)動機的運行工況會受車輛行駛工況的影響，所以車輛在行駛工況頻繁變化的情況下運行時，發(fā)動機有可能不在其最佳工作區(qū)域內運行，其油耗和排放指標可能不如串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)最適合于汽車在中、高速工況下穩(wěn)定行駛。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（三）混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)1.混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)結構混聯(lián)式混合動力汽車的動力系統(tǒng)主要由電機、發(fā)動機、動力蓄電池、發(fā)電機、動力耦合裝置、電機控制器等組成，再輔以車身輔助電器和底盤的轉向、制動、行駛系統(tǒng)等汽車的基本結構。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理2.混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)控制原理（1）發(fā)動機驅動控制發(fā)動機驅動時，發(fā)電機（起動機）帶動發(fā)動機起動后，發(fā)動機的動力一方面通過機械傳動裝置驅動車輛前輪行駛；另一方面帶動發(fā)電機發(fā)電，使發(fā)動機保持在最佳效率狀態(tài)下運行。發(fā)動機在起動時，利用電機低速、大轉矩的特性，使發(fā)動機快速起動，發(fā)動機起動時間很短。任務1混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成與原理（2）驅動電機驅動控制驅動電機驅動的混聯(lián)式混合動力汽車，當汽車在城市中或低速行駛時，發(fā)動機關閉，驅動電機通過動力復合裝置驅動，充分發(fā)揮電機低