5 - 2 5 - 2 混合動力系統的構成 混合動力系統的構成
5 - 1 5 - 1 概 要概 要
5 - 4 5 - 4 相關附屬配件 相關附屬配件
5 - 3 5 - 3 系統的基本運作 系統的基本運作
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5-1 概 要
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能使 INSIGHT在 10-15mode行駛油耗達到35km / l的技術有二,一是以稀薄燃燒引擎為主體,電動馬達為動力補助機構所結合而成的IMA系統,二是採用全新的鋁合金車身骨架,使車體輕量化。
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5-2 混合動力系統的構成
對於裝在 INSIGHT上這種 2WD型式的混合動力系統,本田公司將它稱之為 IMA(Integrated Motor
Assist)。 IMA是並聯式,採前輪驅動設計,系統構成及主要元件的配裝情形如圖 5-4所示,主要是由引擎 (含 PGM-FI ECU)、 IMA馬達、 IMA電瓶、及智慧型動力單元 (Intelligent Power
Unit, IPU)等組成。 IPU包括了電瓶 ECU、馬達 ECU、動力控制器 (Power Control Unit, PCU)
及相關的週邊零件,如電瓶和 PCU冷卻風扇等。
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►5-2-1 動力裝置
IMA系統動力裝置構造如圖 5-5所示,由引擎+驅動用馬達 +MT或金屬皮帶式 CVT構成,引擎及馬達與變速箱之間設有離合器。系統的主動力是排氣量 1.0L的 3汽缸 VTEC稀薄燃燒汽油引擎,補助動力是以 144V鎳氫電瓶為動力源的DC無刷馬達,以這樣的構成。
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(一 )引擎
引擎為線列 3缸 1.0L(950cc) 配備有 VTEC的 SOHC
稀薄燃燒汽油引擎,空燃比 22~ 26,引擎型式為ECA型,是一款採用奧圖循環的引擎,性能曲線如圖 5-8所示,最大輸出馬力 70PS(51kW)/5700rpm,最大扭力 9.4kg-m(92N-m)/4800rpm,最高轉速6000rpm。
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1. 省油技術
稀薄燃燒最大空燃比為 23: 1,新型的擴大到了26 : 1 ,新舊兩型 VTEC 機構的比較如圖 5-9 所示。
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2. 低摩擦化技術
降低引擎摩擦不僅可以提高燃燒效率,也是減速時能回收更多能量的一項重要課題。
為了能有效降低摩擦阻力,因此 VTEC機構在構造採用如圖 5-13所示的滾子同軸搖臂。
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3. 小型輕量化技術
除了前面已提過的汽缸蓋和燃燒室的小型化之外,使用鋁合金製汽缸體及厚度更薄的缸套,使整個引擎更為輕量化和小型化。連桿採用的是鍛造製品,表面並施以滲碳強化處理,如此可使重量較過去減輕約 27%(348→258kg)。
排氣側的搖臂是鋁合金製品,進氣歧管/搖臂室蓋/皮帶盤為樹脂製品,引擎可以進一步輕量化。
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4. 排氣清淨化技術
在排氣淨化方面, INSIGHT在開發時就將日本預定自 2000年 10月起開始實施的平成 12年廢氣排放法規列入考慮,因此在廢氣排放的相關對策上,特別是稀薄燃燒在 NOx的淨化和促進觸媒暖機的課題上投入了新的技術, INSIGHT不但適用 LEV(Low Emission Vehicle)的標準,並保有 50%以上的餘裕。
新開發的 NOx吸附型觸媒能將稀薄燃燒運轉時大量排出的 NOx加以吸附,在理論空燃比運轉時利用 CO、 HC還原作用將 NOx還原淨化成 N2,概念圖如圖 5-15所示。 NOx吸附型觸媒轉換器,如圖 5-16所示。
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(二 )馬達
– DC無刷馬達所代表的意義包括了使用馬達的型式及控制架構,馬達的型式為附轉子位置感知器的三相交流同步馬達,控制架構則是採用自我控制模式的馬達控制器 +變流器來驅動馬達運轉。
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– 在 INSIGHT上的是一個稱為MF2型的交流同步馬達,構造如圖 5-19所示,其厚度只有 60mm,額定電壓144V,最高出力 10.0kW(13.6PS)/3000 rpm (MT車 ),最大扭力 49.0N-m(5kg-m)/1000rpm(圖 5-20)。因此, INSIGHT的馬達最大扭力 5kg-m遠比前面提過的PRIUS的 31 kg-m要來得小。
– 如轉子的永久磁鐵採高耐熱的釹元素(Neodymium, Nd,一種稀土元素 )系以去蠟鑄造法(lost wax,或稱包模鑄造法 )製造而成 (可比過去輕20%),定子是分割型的突極集中繞組,配線集中配電匯
…流排 等,使用這些技術後可提高磁束密度,和過去的馬達相比約提高了 8%。
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(三 )變速箱
IMA系統搭配使用的變速箱,可分為手排變速箱(MT)和無段變速箱 (CVT)兩種。MT車採用的是 5
速手排變速箱,離合器為普通的乾式單膜片彈簧式,以油壓操作。 CVT則是使用一般市售車也有搭載的Multimatic
無段變速箱。
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►5-2-2 高壓電瓶
基本上和 PRIUS同樣是使用分電池電壓為 1.2V的鎳氫電瓶。電瓶額定電壓為 144V,只有PRIUS的一半,這是因為馬達對動力的輔助量較輕的緣故。
電瓶是由 20個 7.2V的電池模組串聯而成,每個電池模組則是由 6個 1.2V分電池 (cell)所串聯而成,總電壓為 144V,容量為 6.5Ah。電瓶的重量相當的輕,約為 20kg。
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►5-2-3 IMA控制系統
IMA 系統的控制單元統稱智慧型動力單元(IPU), IPU的構成如圖 5-25示。
1.PCU
PCU是由 DC-DC轉換器、動力驅動器 (PDU)和散熱器所組成。
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2.馬達 ECU
在 PCU之外,系統在控制上還配備了電瓶 ECU和馬達 ECU,其中馬達 ECU具有一項能抑制 3汽缸引擎運轉的扭力變動的特有控制功能,稱為「振動抑制功能」,如圖 5-29示。
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3.電瓶 ECU
電瓶控制器 (ECU)的功用是用來監視、控制電瓶的狀態,包括電瓶的充電狀態 (SOC)及溫度狀態。
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5-3 系統的基本運作
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加速時
由於馬達只在引擎產生的驅動力不足時才會作動,因此在加速時,只要引擎所產生的驅動力一有不足,輔助功能便會啟動,形成由引擎 +馬達驅動行駛的型態,這個時候的能源流向如圖 5-32所示。
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定速行駛時
只使用引擎來行駛,馬達不運轉。加速時,馬達是否需要立刻再次作動來補充動力,是依據車速和油門開度的狀況來判定。
減速時
減速時,回生煞車功能作用,馬達變成發電機,將一般車輛都捨棄不用的減速煞車能量 (動能 )轉換成電能回收儲存到高壓電瓶中。
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停車時
– 通常在車輛停止行駛時 (如停紅綠燈、塞車及引擎熱車後未起步行駛時 )引擎會自動停止怠速運轉 (怠速運轉自動停止系統作用 ),但是,有時候在某些條件下不會停止,例如 SOC低於某一定值以下時。
– 當車子要重新起步時的引擎再起動,是由和曲軸直接連結的 IMA馬達來執行引擎起動工作,不過在極低溫以及電瓶的 SOC較低時,引擎會由另外設置的12V起動馬達來起動。
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