1、集成式发动机辅助混合动力系统 摘要 本论文介绍了用于设计和开发 Honda Insight 发动机的技术方法，一种新的发动机辅助混合动力汽车，其总开发目标是在广泛的行驶条件下达到当今 Civic 消耗量的一半，实现 35km/L（日本 10-15 模式）， 3.4L/km（ 98/69/EC）的消耗量。为了达到这个目标，加入了许多用于包装和集成发动机辅助系统以及改善发动机效率的新技术，开发了一种新的集成式发动机辅助混合动力发动机系统。这是结合了一种低空气阻力的新型轻稆车身开发的。环境性能目标也包括了低排放（日本 2000 年标 准的一半， EU2000 标准的一半），高效率和杨回收性。对消费的
2、关键特性全面考虑，包括碰撞安全性能，操纵性和运行特性。 1 绪论 为减小汽车对社会和环境的冲击要求其更干净并且能量效率更高更节能，空气质量更好。降低 CO2 排放问题作为全球环境焦点提出，解决这些问题的方法之一就是混合动力汽车。Honda 已开发并向遍及全球的几大市场输入 Insight，新一代车辆设计。 Insight 将混合动力系与先进的车身技术特性相结合以符合取得实际的最高燃油经济性的总目标。 混合动力系是发动机的辅助并联平行结构，把 IMA 叫做集成式发动 机辅助。此动力系将把一个高效电动机与一个新型小排量 VTEC 发动机结合起来，很轻的铝车身，改良的空气动力学以实现 3.4L/10
3、0km(CO2： 80g/km)98/69/EC 燃油经济性。低排放性能也已达到 EU 排放水平为目标。 除减速能的重用之外，集成式发动机在典型的市区行驶加速时提供大助力扭矩，显著地减小了发动机拜师，提高了发动机效率。接近 56kW 每吨的功率 /质量比保证了稳定的爬坡能力和高速的常速行驶能力。新发动机技术包括促进高效快速的催化剂活性化的一种新 VTEC（电子控制可变配气相位和气门升程）缸盖设计，促进 稀薄燃烧能降低排放的新型稀 NOx催化转化器，广泛的减摩及减重特色也用于其中。 2 开发目标及开发理念 开发目的在于达到极低燃油消耗量。我们定下的目标是当今产品 Civic 燃油经济性的两倍，H
4、onda 的典型高燃油经济性轿车 7.0L/100km(93/116/EC)，因而 Insight 在世界汽油机轿车中拥有最低的燃油消耗量。排放性能由于低燃油消耗量的缘故而趋于牺牲，但是，我们仍决定配备其它大多数批量生产的汽车所具备的低排放性能，在回收性（另一重要环境问题），碰撞安全性能以及操纵性和造型等汽车的基本性能方面也有考 虑。综上所述，我们的开发目标如下： 世界最好燃油消耗性能 超低排放 超回收性 全世界最高碰撞安全性能水平 先进造型 实用特色和操纵灵敏性 舒适的带有个性使用空间的二座结构 3 降低燃油消耗量的策略 为了建立起取得低燃油消耗目标的技术途径，我们对一辆装配 1.5L 发动
5、机听 Civic 基型车辆能量消耗进行细节分析。为取得低燃油消耗和其它上述目的，我们发现将目标效率如图形 1所示粗略地分为三部分是十分有用的。划分如下： 发动机自身热效率的改善 混合动力装置制动能量再生和怠速止挡应用 降低重复和减小空气阻力和滚动阻力的车身 技术 图 1. 两倍于 CIVIC 燃油经济性的目标 我们开发这种新集成式发动机辅助动力系瞄准为 21 世纪汽车动力系建立一个基准。这种动力系适合于下一代汽车，同时达到了极低 3.4L/100km 极低的燃油消耗量和低废气排放性能。本篇论文对新开发的 IMA 系统作了报告，包括用于 Honda Insight 的稀燃发动机，电动机功率控制单
6、元，蓄电池技术和废气排放控制技术。 4 IMA 系统的目的 为达到目的世界最低燃油消耗量，在开发下一代 IMA 混合动力系统时我们尽可能多地结合已取得的技术方法。为达到这个目标，建立了以下四个 系统开发主题： 减速能量的再生 发动机效率的改善 怠速止挡系统运用 动力系尺寸、重量的减小 5 1 系统结构 图 2. IMA 系统 图 3IMA 系统的发动机速度 (rpm)/输出特性曲线 如图 2 所示， IMA 系统以发动机作为主动力源，加速时用电动机作为辅助动力源。用电动机作为辅助动力源简化了整个系统并可采用轻型紧凑的发动机，蓄电池和功率控制单元（ PCU）。 在发动机与变速器间布置了一个永磁直
7、流无电刷电动机，减速时为每个传动装置计算出减速比， PCU 控制发电机发电（再生能量）对镍金属氢蓄电池充电，加速时由油门开 度，发动机参数，蓄电池充电状态计算出辅助动力提供量（此后称辅助）， PCU 控制蓄电池流向驱动马达的电流量。 5. 2 再生减速能量 通过回收再生减速能量可在加速时补充发动机输出并减小油 耗量。减小包括发动机摩擦损失在内的工作能量损失引起的阻力可增加可用的再生能，尤其是使发动机拜师减少到最小是减小摩擦的有效措施。降低发动机排量还有其它好处，例如减轻重量增加热效率。 IMA 系统通过优化发动机和变速箱参数有效地增加了减速时的再生能量。 5 3 减小发动机排量 改善混合动力系
8、燃油经济性中减小发动机排量是一个十分重要的因素。 但是现代汽车须在广泛的动态范围内运行，减小排量就等于降低汽车的基本性能特征。如图 3 所示的输出特性曲线，利用电动机的大转矩性能特征 IMA 系统在低速范围内辅助发动机。电动机在低转速时能将总转矩提高 50%， IMA 系统取得了快速重启和不可思议的平滑启动成果。高转速范围时用电子控制可变配气相位和气门升程发动机提高输出。因此保证了足够的峰值功率，便可用一个新的 1.0L 小排量发动机。 5 4 稀燃发动机运行 基于节气门开度，以电动机辅助，创造出十分线性的转矩特性，由此改善了操纵灵活性。除此之外，电动机辅助在中载条件下可扩大 稀燃运行范围，显出了新开发稀烯发动机的潜力。 5 5 怠速止推系统 制动时停止发动机而不是怠速空转也是减小消耗量的有效措施。如图 4 所示，为了以最小消耗量重启发动机，发动机须在打火前通过集成式发动机快速转到 600rpm 或更高的的转速。
