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概 要
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混合動力系統的構成
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系統的基本運作
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相關附屬配件
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
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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
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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
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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9.4kgm(92N-m)/4800rpm,最高轉速6000rpm。
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1.省油技術
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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
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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
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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
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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
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– 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,
I N SI G H T 的馬達 最 大扭力 5 k g - 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
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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
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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
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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
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在PCU之外,系統在控制上還配備了電瓶ECU和馬達 5-3
ECU,其中馬達ECU具有一項能抑制3汽缸引擎運轉 5-4
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
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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
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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
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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
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– 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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