本田第四代混合动力系统(IMA)技术研究

2009-02-27 13:18:00来源: 汽车电子设计

1 前言

      1997年,本田(Honda)公司开发出第一代IMA(Integrated Motor Assist)系统。1999年12月,搭载IMA系统的Insight在美国正式上市,本田成为第一个在北美销售混合动力车的公司。2003年,装配第二代IMA系统的四门小型轿车civic投放市场,深受消费者欢迎。本田雅阁混合动力车成为第三代IMA系统装备起来的混合动力中型轿车,也成为世界上第一款混合动力中型轿车。

      到2005年4月份,本田混合动力车全球销量突破了10万台。2005年ll月份,本田技研工业株式会社专务兵后笃芳在“2005年中国(广州)汽车论坛”上透露,旗下广州本田、东风本田两家合资公司都将在中国推出混合动力轿车,分别是雅阁和思域混合动力轿车。最近,本田将最新研制的第四代IMA混合动力系统又应用在了2006款civic混合动力车上。本田最新IMA混合动力技术,也是目前唯一可以适用于现有量产车型的高端技术。在此研发领域中,本田始终在全球范围内保持着领先地位。

2 IMA系统介绍

2.1 IMA系统组成

      第四代IMA系统的主要部件有一个1.3-literi-VTEC 4-cylinder汽油机,一个高功率的超薄永磁同步电动机,一个无级变速器(CVT)和一个智能动力单元(IPU -Intelligent Power U-nit)。IPU由一个动力控制单元(PCU - Power con-trol Unit ),一组高性能镍氢电池和一个制冷单元组成。汽油机和电机布置在车的前部,智能动力单元布置在车的后部,具体结构如图1所示。

 


2.2 IMA系统工作过程

      a.启动加速:发动机以低速配气正时状态运转,同时电机提供辅助能量。

      b.急加速状态:发动机以高速配气正时状态运转,此时电池会提供额外的功率来给电机与发动机共同驱动车辆,改善整车的加速性能,直到电池状态监控模块(BCM?Battery Condition Module)发现电池电量不足,此时电池充电命令是关闭的。

      C.低速巡航状态:发动机的四个气缸阀门全部关闭,燃烧停止,车辆以纯电动状态驱动车辆。

      d.一般加速或高速巡航:发动机以低速配气正时状态运转单独驱动车辆。

      e.减速状态:发动机关闭,电动机此时作为一个发电机。在电动控制传输系统的帮助下将机械能最大限度的转化为电能,存储到电池组中。

      f.停车状态:发动机自动关闭,来减少燃料损失和排放。

3 IMA分析

3.1 发动机

      2006款Civic混合动力 1.3L发动机以2005款1.3Li-DSI发动机为基础,对部件进行了改进。主要采用了i-VTEC和智能化双火花塞顺序点火技术( i-DSI)以及可变气缸管理技术(VCM),实现了超低油耗,提高燃油经济性。新系统提供了低速,高速及间歇3种模式的配气正时状态,通过4个气缸全部间歇,可以提高减速时的能量回收效率,是目前最为先进的气门控制技术。

3.1.1 i-VTEC (intelligent-Variable Valve Timingand Lift Electronic Control System)系统

      VECT (Variable Valve Timing and Lift ElectronicControl System)即可变气门配气相位和气门升程电子控制技术,通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统,从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制,影响进气门的开度和时间。在发动机低速运转时,通过在主进气门和辅助进气门之间的升程差,创造成了一个合理的涡流比,可实现良好的性能。而在高速时维持了传统4气门发动机的高功率输出。从而使发动机在具有高功率输出的同时,保持了低油耗的性能。

      i-VTEC系统是在VTEC系统上增加了可变正时控制系统(VTC-valve overlap control)机构,即i-VTEC=VTEC+VTC。通过ECU控制程序调节进气门的开启关闭,使气门的重叠时间更加精确,达到最佳的进、排气时机,进一步提高了发动机功率,且帮助发动机在车减速时减少能量损失。

3.1.2 智能化双火花塞顺序点火i-DSI系统

      智能化双火花塞顺序点火i-DSI系统,把通常1个汽缸1个火花塞控制点火方式改为在1个汽缸上安装2个火花塞,分别设在进气侧和排气侧,缩短了燃烧室内火焰传播的时间,实现了全域范围内的急速燃烧,同时降低了燃爆的倾向,使得大幅度提高压缩比成为可能,实现了高输出功率、高输出扭矩及低油耗的统一。

      本田独有的双火花塞连续控制系统是根据发动机转速和负荷状况来编制的。当燃料化合物进入燃烧室,第一个靠近人口的火花塞点火。马上不久,靠近排气口的第二个火花塞点火,促进燃烧过程。与单一的火花塞系统相比,这个系统使燃烧更加完全。使发动机输出功率更大,油耗更少,排放降低。


3.1.3 VCM(variable cylinder management)即可变气缸管理技术

      新的VCM系统是一个上代的3缸间歇系统的改进,其可将4个气缸全部间歇。电动机(同时作为发电机)附属在发动机的机轴上,发动机需要在减速时提供尽可能少的阻力,使得电动机能够更高效的给电池充电。传统的发动机,在减速时,气缸活塞的运行将提供一定阻力,或者叫(发动机制动)。VCM将消除这种影响,使得再生制动系统能够尽可能多的回收能量。

3.2 电动机

      MA电机是一个3相超薄永磁同步电机,安装在发动机和CVT(无极变速器)之间,最大能够提供15KW的功率和139Nm的辅助力矩。电动机提供辅助推动力给发动机和在低速行驶状态下的电动机动力,也作为发电机在减速和制动时回收动能给电池充电。由于电机的辅助使整车的动力性得到了很大的提高,动力性曲线如图4所示。

 


      电机使用了一种最新的偏线圈缠绕构造,这种线圈缠绕密度更大。这使得电动机最大功率和最大扭矩与2005版civic混合动力电机相比分别增加了50%和14%,转换效率由原来的94.6%提高为96%。本田单独研制了用于控制电动机速度的换流器,它与电动机的ECU(嵌人控制单元)集成在一起,采用数字式通讯方式,使控制更为准确,这样也就提高了电动机的效率和混合动力系统的燃油经济性。

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关键字:混合动力系统  IMA  动力控制

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2009/0227/article_762.html
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