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本拆解报告将介绍丰田的小型混动车“Aqua”（图1）。Aqua的混动系统以第2代普锐斯配备的“THSII”为基础，为适应小型车进行了大幅改进。发动机与第2代普锐斯同为1.5L直列4缸发动机，双马达方式的混动系统全面实现了小型和轻量化。
图1：丰田“Aqua”的拆解现场在埼玉汽车大学内的维修厂实施
为提高燃效而减少损失
2012年11月作为混动专用车发布的Aqua，现在仍然是月销量名列前茅的畅销车。在Aqua之前，只有C级以上的等级才有混动车，Aqua成为了与“威姿”、“卡罗拉”等一样采用“B底盘”s的第一款混动车，其后有多款车型都采用了Aqua的混动系统（图2）。
图2：2012年11月发布的AquaAqua在美国市场以“普锐斯C”的名称销售。混动系统“THSII”为了在小型车中配备而进行大幅变更，实现了小型和轻量化。Aqua由设在日本东北地区的丰田东日本生产。
在日本国内，从2013年8月部分改款的卡罗拉，到2015年7月发布的新款“Sienta”的混动版本，都沿用了该系统。
这些款式均在位于东北地区的丰田东日本的岩手工厂生产，混动车使用的“1NZ-FXE”型发动机也于2012年底在该公司的宫城大和第3工厂投产。
Aqua上市之初的JC08模式燃效为35.4km/L，本田的“飞度混合动力车”在2013年9月上市后，以36.4km/L的燃效夺走了第一的宝座。于是，Aqua在同年11月进行部分改款，通过降低发动机的摩擦损失、改进控制等，实现了37.0km/L的燃效，重新夺回了榜首的位置（表1）。
与动力传动系统相关的部件厂商很多都来自丰田，例如丰田自动织机、电装、爱信精机等（表2）。
在开发Aqua用混动系统时，独特的行星齿轮机构、包括马达和发电机在内的驱动桥与驱动用镍氢电池组等部件的小型和轻量化成为了关键。与第3代普锐斯的系统相比，Aqua系统实现了小型化，整个系统的重量减轻了42kg。主要部件的重量分别为发动机16.5kg、驱动桥8kg、电池组11kg（图3）。
图3：“普锐斯”（左）与“Aqua”（右）的混动系统的比较包括马达、发电机在内的驱动桥与镍氢电池组的小型和轻量化成为了课题。可以看出，与左侧的“普锐斯”用相比，右侧的Aqua用实现了小型化。
发动机采用阿特金森循环，通过“延迟关闭”吸气阀等方式，实现了高膨胀比。发动机的型号与第2代普锐斯相同。为了在Aqua中配备，采用了冷却式EGR（废气再循环）、电动水泵和小型排气歧管等（图4）。
图4：发动机外观沿袭第2代普锐斯、采用阿特金森循环的“1NZFXE”型1.5L直列4缸发动机，在Aqua之后还配备了“卡罗拉”和新款“Sienta”的混动车。Aqua采用的发动机更新了70％的部件，最高输出功率达54kW，最大扭矩达111N·m。与第3代普锐斯相比，发动机长度缩短了51mm，重量减轻了16.5kg。
燃烧室形状等也进行了改进，压缩比从第2代普锐斯的13.0提高到了13.4。发动机单独的最高输出功率为54kW，少于第2代普锐斯的56kW，但最大扭矩为111N·m，稍高于第2代普锐斯的110N·m。加上马达输出功率（45kW）后，混动系统的总输出功率为73kW。
下面来看各部分的改进点。在为提高燃效而降低摩擦损失方面，举例来说，正时链条改进了与每根链条的轴部相连的板的形状，通过减少与外侧导链板的接触面积，降低了摩擦损失。除此之外，还在油封基础上增加氟涂层、降低油泵容量、在气门挺杆上涂布了DLC（类金刚石碳）。
另一方面，气门驱动机构从第2代普锐斯的滚子摇臂式改为了直接式（图5）。这虽然会加大摩擦损失，但借助上面的多项改进，与第2代普锐斯相比，发动机的摩擦损失大约降低了30％。
图5：降低了摩擦损失气门驱动机构从普锐斯的滚子摇臂式改为了直接式，利用多种降低摩擦损失的技术，实现了与第3代普锐斯相当的低摩擦损失。
冷却系统和马达实现高效率和小型化
发动机配件方面，Aqua与第3代普锐斯一样，采用了电动水泵（图6）。不仅可以降低高转速区域的驱动损失，还能根据使用情况，精密控制冷却水的流量。据称通过电动化，冷却水的最大流量减少了50％，与皮带传动的水泵相比，大幅降低了驱动损失。
图6：电动水泵与普锐斯一样配备爱信精机制造的电动水泵。通过取消皮带传导，降低了驱动损失。而且，通过根据使用情况控制冷却水的流量，还能加快预热速度。
而且，电动化的一个优点，是不受皮带布局的制约，水泵位置的自由度也有所提高。通过移动水泵和发动机安装支架，发动机的长度缩短了20mm。
Aqua通过采用冷却式EGR降低泵吸损失，提高了热效率。为了降低气体的温度，EGR冷却器更改了散热片的结构，通过错开每个散热片的位置，提高单位体积的散热率，实现了小型化（图7）。在JC08模式下，EGR的工作范围比第2代普锐斯扩大了17.5％。
图7：EGR阀门Aqua采用的冷却式EGR系统与第2代普锐斯相比，在JC08模式下的工作范围扩大了17.5％。
驱动桥也实现了小型和轻量化（图8）。长度比第3代普锐斯短21mm，重量减轻了8kg。其重点在于简化冷却结构、优化行星齿轮的形状和缩小马达（图9，10）。
图8：驱动桥的结构图与第3代普锐斯相比，长度缩短了21mm，重量减轻了8kg。行星齿轮和马达实现了小型化。
图9：驱动桥（a）驱动马达与发电机使用的“1LM”型马达与通常的THSII一样配备两台。通过向配管中通入部分润滑油，冷却直接马达，形成了不对整个机壳进行水冷的简单结构。（b）拆下发电机端外壳后的状态。可以看到使用扁线的线圈。
图10：从发动机上看驱动桥大齿轮作为输出齿轮，与驱动轴连接。小齿轮属于副轴。
冷却结构没有采用过去那种与PCU（动力控制单元）共用冷却水、基于水套的水冷结构。而是新开发油泵，采用了对直接马达和发电机进行油冷的结构。
在行星齿轮的改进方面，Aqua将用来降低马达转速的行星齿轮和动力分配行星齿轮的环形齿轮合二为一，减少齿轮数量，简化了结构。
“1LM型”马达（图11）的最高输出功率为45kW，输出功率小于第3代普锐斯的60kW。最费工夫的地方，是通过改进定子与线圈端等实现小型和轻量化。定子的线圈从圆线改为扁线，消除了多余的缝隙。绕组方式从集中绕组（磁极重叠小）改为分布绕组（磁极重叠大）等，提高了效率。与第3代普锐斯相比，马达的轴长缩小15％，直径缩小了10％。
图11：马达的结构左为转子，右为分裂定子。通过改进定子和线圈端，实现了小型和轻量化，与第3代普锐斯相比，马达和发电机的轴长缩短15％，直径缩小10％。定子的线圈形状从圆线改换扁线，绕组方式从集中绕组改为分布绕组。
PCU也实现了小型化。通过新开发DC/DC转换器、马达ECU（电子控制单元）等，使其他周边部件实现小型化和优化，与第3代普锐斯相比，重量减轻1.1kg，体积缩小了12％（图12，13）。
图12：PCU的上部新开发了DC/DC转换器、马达ECU等。其他周边部件进行了小型化和优化，与第3代普锐斯相比，PCU的体积缩小12％，重量减轻了1.1kg。图中PCU上部的左侧为马达控制基板，右侧为栅极驱动基板。
图13：PCU的下部右上为电抗器壳体，下面设置了DC/DC转换器。升压转换器将电压从144V提高到520V。
利用PCU内部的转换器，电池电压最高可从144V提高到520V。功率半导体IGBT（绝缘栅双极晶体管）也调整了冷却结构，在绝缘基板与散热器之间设置了冲孔铝板制成的缓冲材料等（图14）。
图14：IGBT右侧的3个为马达用，紧挨着的3个为发电机用。改进了冷却结构。
下篇将介绍镍氢电池组和其他部件
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