本文是买车问问原创分享文章，来自撰稿人Tomcontra。
Tomcontra是一位善于以独立新颖视角挖掘每台车独特一面的撰稿人。最大爱好是无责任提供购车参考，擅长帮人在选车犹豫不决时，补上临门一脚，欢迎各位在后台勾搭。
上一篇发动机文章最后我原本计划讲变速箱的东西，不过与其说一大堆不好讲解的内容，不妨从丰田的THS-II 系统来慢慢过渡。因为这个系统实在是既有趣，又是一个十分适合讲清楚发动机和变速箱关系的好系统。
THS-II 系统全称为“Toyota Hybrid System-II”，即丰田第二代混合动力系统。提起这个系统，我们的印象都是——环保、油电混合、不插电、低油耗；高端一些的介绍里，会提到行星齿轮组的问题。
但这些特征只不过是为了满足政策需要的情况下所带来的附属收益而已，这套系统的真正目的，是在于能够通过将发动机维持在热效率较高的工作区间,让整个车辆在小排量的情况下达到原有大排量的出力特性的动力系统，这样既能够有大马力自然吸气车型的动力响应特征，又能降低排量，提升热效率，满足丰田在产品所在市场的排放和环保规定。至于省油、不插电、完全是“意料之外的结果”。
既然提到了这个 THS-II系统是以大马力自然吸气车型为对标系统的，那么优秀的自然吸气车型的输出特性是怎样的呢？
①动力输出线性，能够随着油门的踩踏深度来逐渐加强扭矩的输出；
②油门控制范围精细，很小的油门开度就可以有足够的动力供车子前进；
③ 中后段发力强劲，中途加速超车时，车辆能够在短时间内完成超车。
但这种优势也伴有两点劣势:
①油耗相对较高。虽然能够通过控制发动机在最佳热效率区间来降低油耗,但由于基础排量较大，所以每次的喷油量如何控制是个问题；
② 无法快速进入最大扭矩区间——相比于涡轮增压车型,其需要在发动机高转速区间才能获得最大的加速度，还得看变速箱是否配合。
优点和缺点都摆在这里，我们知道自吸车的线性特征和油门可控性一直是很多驾驶者追求的第一目标。所以新系统需要调整成类似涡轮机的出力方式,即让扭矩的输出曲线尽量在低转速就能够爆发出来，还要比自吸车有更好的热效率。面对这些需求，丰田给出的答案就是 THS-II。
先来看这台代号为8ZR-FXE自然吸气发动机的基础数据：排量为1798ml，缸数为 4，缸径 80.5mm，行程 88.3mm，压缩比 13.1，带 VVT-i 技术，可以用 92 号以上辛烷值标号的汽油。你也许已经看出来了：这台发动机很多技术应用都是奔着提高热效率和提高低转速扭矩的方向去的。
首当其冲的就是这个特殊的发动机气缸循环工作模式——阿特金森循环。
我们平时大多数的汽车发动机的气缸工作模式都是奥托循环。奥托循环有个死穴——压缩比等于膨胀比。形象一点来讲，就像是一名拳击手的短拳。当拳击手近身短拳时,其拳头是很有力道的,但拳手打短拳很容易累,因为拳手在蓄力时的收拳距离很短,积攒了很大的力道,然后刚刚打出了跟收拳一样的距离后就要求收住, 积攒的多余力量就在被停止的过程中浪费掉了。
奥托循环发动机也是这样的道理，好不容易积攒了大量能量，但打出去后活塞因为气缸结构原因强行被拉住了，导致积攒的能量被浪费掉，这样就会导致发动机比较费油，也就是热效率不高。
而阿特金森循环发动机与奥托循环发动机的最大不同，就在于其膨胀比大于压缩比，也就是压缩最少量的燃油气体，但完成更长距离的做功。这就像拳手打了长拳，用一个短距离往身体一侧拉动积攒力量，然后突然直直的伸出去打击对方。这种情况下,拳头的最终力量会比短拳小,但整个过程中是是用尽了拳头的全部力量,每一拳的效率比较高,拳手能节省力气。
▲阿特金森循环发动机工作原理
丰田这台发动机就是借用了这个原理,别看其压缩比高达 13.1——如果是一般的奥托循环发动机的车子，这么高的压缩比用这么低标号的汽油，非得直接震爆不可——但借助 VVT-i 系统的气门正时调整,可以让整个发动机在一个奥托循环的气缸下等效出阿特金森循环的效果。
其关键的奥秘，就是在于进气门的第二工作阶段的气门晚关。这样相当于一开始发动机吸入了大概 13.1份的空气,然后进气门没关,活塞往上移动,发动机又从进气门吐出了一部分。吐完部分空气后，进气门关闭，这时才开始进行气体封闭压缩的过程。也就是我大概压缩了 9-10 份的燃油混合器,但最终做 13.1 份的功,阿特金森循环, 就此实现。
但这种做功方式，加上一个冲程大于缸径的细长型发动机,有一个结果就是这个发动机的低扭会有些不足,而且最大马力也不会太大。你啥时候听说过长跑运动员的冲刺速度和最快速度能超越那些百米赛跑飞人？
所以这台发动机虽然热效率高，但最大马力和最大扭矩的数据就有些难看了:最大马力只有 99 匹,最大扭矩也不过 142Nm。但不论怎么说，这台发动机解决了出力的平顺性和超高热效率的问题。剩下的就是如何让其能在低转速下有最大 扭矩的问题,以及一个新问题——如何让汽车的动力更有劲些。单单一个汽油机已经无计可施，就让我们的新伙伴——电机登场吧。
如果在阿特金森循环的基础上加大气缸排量, 为发动机调整新技术,就可以在使用传统变速箱的情况下完成节油和保证动力性的目的（马自达创驰蓝天发动机就是这么干的）。
但这种解决方案带来一个情况——减下去的排量就没有的意义，而且发动机的大小和重量将无法控制，变速箱的标定也需要重新匹配。对于丰田这个体量的车企来说, 其它或许都好办，但排量嘛……毕竟有很多国家有排量税这个问题，而且税额不低。所以只能在排量尽量小的情况下，解决动力不足和扭矩提前爆发的问题。
这时，电机就成了新宠儿。要知道电机的动力输出曲线跟涡轮发动机的特性差不多,甚至还要激进一些，进入工作后很快就能达到最大扭矩。所以,如果说通过电机的方式来弥补汽油发动机工作特性的不足,同时又能与其一同发力的话,那么,前面说到的动力问题就迎刃而解了。
说到底电机的出现并不是为了成为新的动力来源,而是代替了原有的变速箱的位置 ——通过电机来调整整个车辆的动力输出方式,使其能够既具有涡轮车前段扭矩充足的优势,又能够有自吸车后段最大马力充足的特征。
如果你有机会去开一下卡罗拉双擎或雷凌双擎，你就会发现整个车子的仪表台左侧指针虽然被分为了 CHARGE、ECO、POWER 三个区间,但实际上车子有六个工作方式：
◆◇◆ CHARGE 区间下由电机单独工作来维持车辆不给油前进的怠速、匀减速状态，以及减速刹车时电机的逆转减速状态；
◆◇◆ ECO 模式下工况则多一些，通常是电机单独工作加速、发动机单独工作同时电机反转调整速度、发动机单独工作但无需要电机反转；
◆◇◆ POWER模式下，则是发动机和电机协同工作的最大动力模式。
这样六个工作区间，便于理解，我把它解释成为最终构成了跟原有变速箱一样的类似 6 档车的工作方式。那么这些不同状态又要靠什么机构来让其协同工作呢？这就是 THS-II最为巧妙和精华的部分——行星齿轮组。行星齿轮组由一个太阳轮、多个行星轮、一个连接齿圈组成，最为关键的是太阳轮和连接齿圈是同方向转动,行星轮是逆向转动的(行星架是同向的)。这样的正好能配合发电机的逆向转动、电动机的正向转动汽油机的正向转动来完成不同的组合。
我们把发电机连接到太阳轮上，电动机连接在齿圈上，汽油机连接在行星轮的行星架上面。就会出现以下情况:
1. 汽车怠速时——锁住齿圈,发动机通过行星齿轮组同向转动太阳轮,对侧反装电动机 可由同向太阳轮完成充电。
2. 减速刹车时——固定行星架，汽油机停机。两边的电动机通过行星齿轮组同时反向转动同时变为电动机完成动能回收。
3. 电机单独工作时——同样固定行星架，汽油机停机，但由于是跟刹车为逆向工作，所以两边都可以作为电动机带动车辆。不同的是由于太阳轮和齿圈有转速差，所以如果动力不需要太大。
4. 发动机单独工作时——此时全部放开,让发动机带动轮子的同时带动发电机,如果动力 足够则锁住齿圈让发电机将电能临时储存在电池里;如果动力稍显不足,让发电机和电动机 产生逆向齿轮旋转,借此来让电动机产生动能。
5. 发动机和电动机同时工作时——整个行星齿轮组被锁定,发动机带动所有齿轮正向旋转, 发电机保持充电状态，但电量全部提供给电动机，如果不够，则电池再提供部分电量。
再说下去估计大家都晕了。总而言之,整个车辆是利用了电动机和行星齿轮组完成了原来变速箱的工作,同时还通过电机调整了出力曲线,让其更早的爆发出最大扭矩，这就是我的结论。
/ 问问总结 /
THS-II整个系统在我来看是一个非常简单实用，但成本极高的系统——并不是说行星齿轮组的生产价格贵，电控系统和ECU的成本也不贵，但这套控制系统的知识成本却是一个大问题: 没记错的话，2017年是整个 THS-II 专利的到期日，届时即使其它厂商把整个硬件抄了个遍, 也很难做出跟这套系统一样的混动系统来，因为中间的ECU 控制太复杂，这也解释了为什么混动系统诞生 20年后的今天，这套系统才落地国产。
但无论如何，THS-II 系统的确是在面对当前如此严苛的排放法规的前提下,丰田能“带着镣铐跳舞”有此成就，实在是理所应当。而我们期待着在未来能看到这套系统再次进化的那一天。
下次的技术闲谈, 我们就以此为基础，说说传统齿轮组变速箱的一些特点。
)
