丰田 AQUA 拆解调研 (2)

燃效实现35.4km/L的混合动力系统

2012/11/30

概 要

 由财团法人埼玉县产业振兴公社 新一代汽车支援中心埼玉主办的丰田 Aqua车辆分解参观会如期举行。以下是关于主要零部件配套厂及电池相关零部件的报告。


上篇报告:丰田 Aqua 拆解调研 (1) (2012年11月刊登)


 本报告作为“丰田 AUQA 拆解调研(2)”,将重点介绍由发动机和混合动力变速器一体式驱动桥构成的驱动单元、带升压转化器*的电力控制装置 (PCU)以及各系统的功能。


* 升压转化器可从DC144V升压至最高DC520V,DC-DC转化器可从DC高压降至DC低压(12V)。

相关报告:
日产聆风拆解调研 (2012年2月刊登)、
(2012年9月刊登)、
(2012年11月刊登)
新普锐斯的拆解调研 (2010年3月刊登,仅限日语)
ドライブユニットのカットモデル
“2011年东京电机展”上展示的驱动装置的切割模型。
*点击图片放大。


丰田混合动力系统 (THS II) 结构图

トヨタのハイブリッドシステム (THS II) 構成図

 

 



拆解前的发动机室

エンジンルームを上方から見た写真 エンジンルームを車両の左側前方から見た写真
从发动机室上方拍摄的图片。
右侧为PCU、左侧为发动机。变速器一体式驱动桥位于PCU的正下方。
从车辆左侧前方拍摄的发动机室图片。
可看到变速器一体式驱动桥的下部。

 

 



带升压转化器的电力控制装置 (PCU)

PCUのカットモデル
“2012年人与汽车技术展”中展示的
PCU的切割模型 (从车厢右侧拍摄的状态)

 

车载状态的PCU 拆除PCU后的发动机室
車載状態のPCU PCU取り外し後のエンジンルーム
逆变器、DC-DC转化器以及升压转化器的一体化集成PCU,设计用于Aqua。橙色的高压电缆全部去除,电极部分被白色胶带缠绕。
红色箭头指向的电缆连接镍氢电池、蓝色箭头连接发电机、黄色箭头连接牵引电机、白色箭头连接电动压缩机。
位于中间的金属零部件是支撑PCU的固定支架。拆除该支架后,可见变速器一体式驱动桥。
红色箭头是与发电机连接的高压电缆。
白色箭头指向的电缆是为备用蓄电池充电的低压连接器。
PCU为水冷式,因此图片上方有冷却水流动的黑色软管。

 

拆除的PCU
取り外したPCU 取り外したPCU
拆除后的PCU从前方拍摄的状态。
逆变器以及转化器的小型轻量化使其比现有普锐斯减轻1.1kg,体积减小12%。
PCU从车辆后方拍摄的图片。
右侧的圆形开口部分连接镍氢电池、中央的横长开口部分连接发电机、左侧的开口部分连接牵引电机的高压电缆。
右下可见丰田自动织机的商标。只有DC-DC转化器为丰田自动织机制造,PCU集成为丰田内部制造。

 

PCU的内部
PCUの内部 PCUの内部
左边的图片为PCU盖罩的内侧,黑色填充树脂的内部安装了升压转化器。
位于图片右上角的基板为MG(电机/发电机)控制基板,下方为栅极驱动基板 (前级驱动器)。
下方基板下配置DC-DC转化器,将镍氢电池的DC144V降至12V,向ECU以及照明等供应电源,并为备用蓄电池充电。
DC-DC转化器下方还配置了控制逆变器与转化器的IGBT (开关元件),在图片中看不到。IGBT采用新开发的直接冷却结构。

 

 



驱动单元

驱动装置的拆除 拆除驱动装置后的发动机室
ドライブユニットの取り外し ドライブユニットを取り外し後のエンジンルーム
抬高车辆,将轮胎作为缓冲,拆除驱动装置。 拆除驱动装置后的发动机室从下方拍摄的图片。位于中央左侧的隔热板中收纳排气管。右侧的橙色电缆为连接镍氢电池与PCU的高压电缆。

 

驱动装置
ドライブユニット ドライブユニット
拆除的驱动装置从车辆前方拍摄的图片。图片右侧为变速器一体式驱动桥,左侧为发动机。
位于图片左下方,通过高压电缆连接的零部件为HVAC用电动压缩机,可通过利用升压转化器升至DC202~288V的电流启动。
驱动装置从车厢方向拍摄的图片。
箭头指向的银色零部件为冷却式EGR (废气再循环)系统。中间的隔热板的内侧有催化一体型排气歧管。催化剂与排气歧管的一体化可使催化预热时间比现有普锐斯缩短67%。

 

发动机
エンジン エンジン
分离驱动装置后的发动机图片。左侧的图片是从车辆斜右前方拍摄的图片。右侧的图片是从车辆左侧拍摄的图片。
发动机型号为与首代以及第2代普锐斯系统相同的1NZ-FXE。但发动机零部件仅沿用第2代普锐斯的3成左右,基本上均采用新设计或首次使用的零部件。
左侧的图片中央下方可见多个有突起的银色零部件,是现有普锐斯已采用的爱信精机制造的电动水泵。通过电动化,可在需要时输送所需量的冷却水,无需备用皮带,从而降低摩擦力,为提高燃效做出贡献。通过小型化,可安装在汽缸体的侧面,也为发动机的小型化做出贡献。
左侧的图片中箭头指向的黑色部分为进气歧管,通过EGR通道的一体化等,使其小型化。电动水泵的下方有电装制造的电动压缩机。

 

过滤舱 排气管
エアフィルタ エキゾーストパイプ
空气净化器壳的分解图片。图片右侧的壳体外侧印有丰田合成的字样,滤芯(滤清器)印有电装的字样。
图片左侧壳体右前方的黑色零部件为空气温度传感器(内置)的插电式空气流量计。
未搭载在图片中的硬管集成中,但可选择搭载三五制造的废热回收器。据丰田公告,搭载废热回收器后可缩短发动机的预热时间,提高严寒地带燃效9%。

 

 



变速器一体式驱动桥

 变速器一体式驱动桥由电机、发电机、以及位于中间的齿轮列组成。首先拆除电机与发电机。


トランスアクスルのカットモデル
“2012年人与汽车技术展”中展出的
变速器一体式驱动桥的切割模型(从前方拍摄的状态)。

 

变速器一体式驱动桥
トランスアクスル トランスアクスル
变速器一体式驱动桥从车辆左侧(电机一侧)拍摄的图片。
位于变速器一体式驱动桥上部的高压电缆连接发电机,同一右侧的高压电缆连接牵引电机。
图片中央的红色箭头指向的部分搭载油泵,白色箭头指向的部分内搭载电机分解器。
为Aqua设计的变速器一体式驱动桥通过减少零部件个数以及小型轻量化,与现有普锐斯相比,长度减少21mm,重量减少8kg。
取下左侧的图片外侧盖罩后,可见牵引电机。
电机的右斜上方偏白色的电缆为温度传感器。从盖罩的中央露出的浅红色电缆为电机分解器 (角度传感器)。
电机的线圈为古河电气工业与古河Magnet Wire共同开发的扁平线圈,由扁平导体、珐琅层、挤出成型树脂层构成。
通过采用扁平线圈,线圈阻力下降,使得线圈电流增加,电力加强。而且,可以呈规则螺旋状的线路使线圈部分的高度(线圈末端)与现有普锐斯相比降低15%。

 

拆除牵引电机的定子 拆除牵引电机的定子后
駆動モータのステータ取り外し 駆動モータのステータを取り外した後
由于永磁的磁力较强,一个人无法拆除牵引电机的定子,需使用刀头弯曲的一字螺丝刀,靠3名工作人员勉强拆除。 拆除牵引电机的定子后,还剩下转子。
图片右上方的箭头指向的部分为连接PCU与牵引电机的高压电缆。

 

牵引电机的转子
駆動モータのロータ
拆除牵引电机的转子后,从旁边拍摄的图片。

 

变速器一体式驱动桥的发动机一侧
トランスアクスルのエンジン側
原来发动机与变速器一体式驱动桥接触的部分。内侧有发电机。
图片中央突出的轴是功率分流耦合机构的一部分,传达发动机的驱动力。

 

变速器一体式驱动桥内的发电机 拆除发电机后
トランスアクスル内のジェネレータ ジェネレータを取り外した後
拆除发动机一侧的外侧盖罩后可见发电机。
发电机的左斜上方偏白色的电缆为温度传感器。
拆除作业与牵引电机不同,一名工作人员就可简单取下。
图片上方可见的浅红色电缆为发电机分解器 (角度传感器)。

 

发电机
ジェネレータ ジェネレータ
拆除下的发电机 (发动机一侧)的放大图片。
线圈的构造等与牵引电机相同,但定子的高度设计得较低。
使线圈的形状与外围保持平行且倾斜,可降低线圈部分(线圈末端)的高度。
发电机从反面(齿轮列一侧)拍摄的图片。
为防止剥离焊接部位 (图片中灰色的部分)的覆膜裸露出导体,使用树脂进行绝缘被膜处理,确保了绝缘性。

 

 



齿轮列的分解

 “齿轮列”拥有动力传达、动力分割、电机减速、驻车这4个功能。

齿轮列的分割
ギヤトレーンの分割 ギヤトレーンの分割
拆除牵引电机与发电机后,齿轮列分割为2个部分。
图片右侧为电机一侧、左侧为发动机一侧。
齿轮列从左斜方拍摄的图片。
手拿的齿轮为计数器驱动齿轮。

 

齿轮列的内部
ギヤトレーンの内部 ギヤトレーンの内部
齿轮列内部的电机一侧。
图片中央的功率分流耦合机构的右下方为驻车制动器机构。
齿轮列内部的发动机一侧。
中央左侧的小齿轮(红色箭头)为计数器驱动齿轮。旁边的大齿轮(白色箭头)为最终驱动齿轮,与驱动轴相连,驱动前轮。还具备差速机构。
齿轮的齿面采用研磨加工和内齿修整加工,提高了低振动与静音性。

 

功率分流耦合机构 (兼电机减速机构)
動力分割機構 (兼モータリダクション機構) 動力分割機構 (兼モータリダクション機構)
齿轮列的核心零部件—功率分流耦合机构 (兼电机减速机构)。
里面安装了与牵引电机连接的齿圈、通过轴与发动机连接的行星齿轮架、与发电机连接的太阳齿轮。该机构具备多种功能,还安装了电机减速齿轮。
左边功率分流耦合机构的分解图片。左侧为牵引电机一侧、右侧为发动机一侧。
左侧的齿轮降低电机转速,并向中央齿轮内侧的齿圈传达。右侧的齿轮为向发动机传达驱动力的行星齿轮架。连接发电机的太阳齿轮位于行星齿轮架的内侧、功率分流耦合机构的中央。

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