凱美瑞混合動力版搭載了全新混合動力系統(THS-II),并標榜著平順有力的加速、領先世界的燃油經濟性和超乎想象的靜謐性。該款車型以一臺2.4L汽油機(150馬力)和一臺最大功率為142馬力的永磁同步電機組成油電混動系統。兩部分動力結合的總功率達190馬力,相當于一臺3.0L發動機的水平。而選擇不同的行駛模式,可讓車輛在不同的工況下自動調節油電混合的比例,從而實現低油耗低碳排量。
凱美瑞混合動力版綜合了電動機和發動機兩大動力優點,不僅擁有普通版凱美瑞的動力性能,而且實現了出色的低油耗,二氧化碳排放量也比汽油版凱美瑞大幅降低。在四種通常狀態下,發動機和電動機有效結合,充分實現了低耗能的環保要求。在車輛啟動時僅需要電動機驅動行駛,電動機的電能就能滿足行駛所需要的能量。一般行駛狀態中,發動機和電動機分別驅動,高效配合,同時也在為蓄電池充電,從而提高燃油經濟性;充分加速時,發動機和電動機同時達到最大功率,實現平順有力的加速;減速時,發動機會自動停止,減少燃料的消耗。剎車時所散失的能量轉化成電能,并被儲存到蓄電池中。

混合動力版凱美瑞的電動機被藏在變速箱中,通過兩個大型的永磁線圈產生動力。在只是發動機工作的狀態下,永磁線圈自身并不需要旋轉,靠變速箱內齒輪本身的轉動就可以切割苦笑力線產生電臺。而在需要電動機動力的時候系統會自動反轉電路,利用電臺產生動力。這種電動機布置結構比較簡單,充放電的功能都比較容易實現,而且電動機介入工作的時候沒有震動,只會感受到動力的提升。而電池方面,資料顯示混合動力凱美瑞仍是采用鎳氫電池。
此外, 凱美瑞油電混合動力版的另一亮點是它出色的靜謐性。在啟動和低速時,油電混合動力凱美瑞僅有電動機運行,為駕乘者帶來更靜謐的乘坐感受。油耗方面,在曾經試駕中進行的節油比賽,跑出過2.4升/百公里的最低油耗。
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