2010 Honda Insight EX: Rundvisning af hybridsystemet
6. november 2009
Har du nogensinde spekuleret på, hvad det kræver at bygge en hybrid? Tja, det afhænger af, hvilken slags hybrid du taler om.
De hybrider, som Toyota og Ford udgiver, er komplekse (og effektive) serie-parallel-hybrider, hvilket betyder, at de kan køre på gas, elektricitet, en direkte parallel blanding af de to eller en serie-piggyback-tilstand, hvor gasmotoren genererer elektricitet til batteriet, mens en elmotor bruger denne elektricitet til at drive bilen. Det kræver to kraftige elmotorer, der er integreret i et forbløffende (men mekanisk ret simpelt) planetarisk CVT-system, for at det kan lade sig gøre. Kraftig kontrolsoftware skifter hele tiden mellem disse tilstande, så du ikke behøver at tænke over det.
Men vores Honda Insight 2010 er baseret på en enklere parallelmontering, hvor motoren og gearkassen er skilt ad, så en tynd elmotor på størrelse med et svinghjul (lidt over 2 tommer tyk) kan sættes ind imellem dem. Denne elmotor går under navnet Integrated Motor Assist eller IMA, forkortet.
Det er grundlæggende set opbygget således:
Motor –> IMA –> Transmission
Lad os tage et kig, startende bag på bilen.
Ovenstående billede fra min serie om ophængning viser, hvorfor den enkle twist beam-ophængskonfiguration blev brugt her: Det giver masser af plads mellem hjulene til en dyb central brønd, der huser reservehjulet og batteripakken.
Der er endda plads til flere opbevaringskrog. Det valgfrie, fjederbelastede roll-up cargo cover kan faktisk passe ind i slidsen nederst på billedet.
Lad os nu trække det styrofoam ud derfra et øjeblik.
Jeg kan se en reserve. Men der er noget andet derunder.
Eureka! Det er batteripakken. Men jeg må sige, at den er ikke særlig stor. Især når man tænker på, at elektronikken til spændingsomdannelse og opladningsovervågning også har til huse her.
Selve batterierne består af nikkelmetalhydridceller (NiMH), den type, der anvendes i næsten alle nuværende produktionshybridbiler og elbiler.
Sammen udgør de en pakke på 100,8 volt, der har en kapacitet på 5,75 ampere-timer. Er det græsk for dig? Lad os gange volt med amperetimer (og dividere med 1.000) for at se på det i Kilowatt-timer (kWh), den elektriske ækvivalent til antallet af galloner i en benzintank.
Insight’ens elektriske tank er derfor på knap 0,58 kWh, og det gør den blandt andet til en mild hybrid. Prius, der er en mere hybridagtig “fuld” hybrid, har en batterikapacitet på omkring 1,3 kWh.
Gå videre til en plug-in-hybrid, som den meget omtalte Chevy Volt, og batterikapaciteten begynder at række op til 9 kWh for at give plads til en smule udvidet elektrisk rækkevidde fra din stikkontakt. Fortsæt til noget som vores Mini E fra 2009, en fuld elektrisk bil, der er afhængig af strøm til alt, hvad den gør, og du vil finde et batteri med en brugbar kapacitet på 28 kWh. Batterikapaciteten i en fuldt elektrisk bil vil uden tvivl vokse opad herfra.
Hvordan klarer Insight sig med 0,58 kWh? Jo, den elektriske motor-generator (som vi skal se om lidt) er ikke særlig stor, så den hverken forbruger eller regenererer særlig meget elektricitet. Standard hybridbatterier får AL deres saft fra regenerativ bremsning, og den mængde, de kan optage, afhænger i høj grad af størrelsen af elmotor-generatoren.
Insight’s batteri lagrer i det væsentlige nok til at genvinde energi fra stop i byen til øjeblikkelig brug, når man kører væk fra et stop, og til at genstarte motoren, hver gang den slukker, mens den kører “i tomgang” ved trafiklys. Der er ikke meget rækkevidde ved ren elektrisk drift. Vi taler om sekunder, ikke minutter ad gangen i de fleste situationer.
Som alle hybridbatterier anses disse for at være en del af bilens emissionssystem, for hvis de svigter, vil bilen køre på benzin mere af tiden og udlede flere forurenende stoffer.
An det betyder, at du sandsynligvis aldrig behøver at bekymre dig om omkostningerne til udskiftning af batterier eller deponering af brugte hybridbatterier, fordi de skal holde gennem Californiens strenge emissionsgaranti levetid på 10 år eller 150.000 miles.
Hvordan er dette muligt? Ved aldrig at lade batteriet tømme sig til 0 % og aldrig lade det op til 100 %. Nøglen til at opretholde en lang batterilevetid er omhyggelig styring af dets opladningstilstand (State of Charge eller SOC). Hybrider og elbiler tager dette aspekt langt mere alvorligt end opladningssystemet i en Makita-skruemaskine eller anden genopladelig hjemmeelektronik.
Et typisk NiMH-hybridbatteri vil, i meget grove hypotetiske termer, kun bruge den tynde skive af SOC fra, lad os sige, 30 % til 70 % SOC. Folk er begejstrede for litiumbatterier, fordi der til sammenligning kan bruges et bredere spektrum af SOC, f.eks. fra 25 % til 75 % eller fra 20 % til 80 % SOC. Og det betyder, at der kan lagres mere elektricitet i et litium-ion-batteri af samme størrelse.
Strømmen flyder mellem batteriet og motor-generatoren (i begge retninger) gennem dette orangefarvede kabel.
Hold fast i kraften, som er den 1,3-liters 4-cylindrede motor, der yder 85 hestekræfter i sig selv! IMA’en kan levere yderligere 13 hk (10 kW), når det er nødvendigt, hvilket bringer det maksimale op på 98 hestekræfter.
Det er klart, at dette ikke er noget kraftværk, der er bygget til at tænde verden i brand, da Insight opnår sin brændstoføkonomi gennem en moderne tilpasning af et gammelt Honda-princip, der blev fastlagt i deres tidligere “HF”-modeller, der kun kører på benzin: Let vægt, en lille drivlinje, et lille tværsnit af køretøjet med god aerodynamik og tynde dæk med lav rullemodstand.
Den formel omfatter normalt en manuel gearkasse, men her er der anvendt en effektiv CVT-transmission. Men det er en “normal” CVT i stedet for den eksotiske elektromekaniske CVT, som man ser i Prius. Denne iteration af Insight kunne lige så godt bruge en manuel gearkasse, som den første Insight gjorde, fordi den elektriske motor-generator mere er en booster end noget andet.
Kig ind i cirklen for at se IMA-motorgeneratoren, hvor den sidder klemt inde mellem motoren og gearkassen. Hvad med et nærmere kig?
Grøn = motor, orange = CVT-transmission og gul = IMA, kødet i sandwichen.
IMA’en kan tilføje op til 13 hk til det, som motoren yder, og den fungerer også som hovedstarter for motoren.
Den motor er aldrig helt koblet fra IMA’en, fordi der ikke er nogen kobling mellem de to. IMA’en kan ikke desto mindre drive bilen af sig selv i de første sekunder, efter at du ruller væk fra et stop med motoren slukket, men krumtapakslen vil stadig rotere, og stemplerne vil stadig pumpe op og ned.
Pumpe luft på denne måde gennem åbne ventiler skaber en masse luftmodstand, der ødelægger effektiviteten, så Honda bruger deres VTEC-nokskiftesystem til at give aflastning. Den ene cam har den standardprofil, som motoren bruger, når den kører, men den anden cam-profil er helt rund, så indsugnings- og udstødningsventilerne aldrig åbner, mens stemplerne flyver rundt uden at der bliver sprøjtet brændstof ind.
Det ser umiddelbart ud til at være værre, da det kræver kraft at komprimere rå luft i en cylinder. Men man får næsten alt det tilbage, da stemplet skubbes tilbage, efter at det når top-dødt centrum på grund af luftfjedreeffekten. Og denne bevægelse udjævnes af det faktum, at 4 stempler gør dette i forskellige dele af cyklussen, så kompressionskræfterne i en cylinder opvejes af udstrækningskræfter i en anden.
NOTAT: Kan du se, hvorfor det er så meget lettere at omgås affjedring end drivlinen???
Måske er den vigtigste rolle for IMA den regenerative bremsning. Når du fjerner gashåndtaget, vender computeren om på polariteten indeni for at forvandle IMA’en fra en motor til en generator. Den genererede elektricitet strømmer tilbage i batteriet, og det at generere den skaber en lille decelerativ “bremsekraft”, når magneterne i generatoren gør deres arbejde.
Kraften er lille i dette tilfælde på grund af IMA’ens og batteriets ringe størrelse: man kan kun generere og lagre så meget med denne milde opsætning. Derfor føles den regenerative bremsekraft ikke mere betydelig end en almindelig motorbremsning i højeste gear i din benzinbil. Du skal stadig bruge bremsepedalen og det konventionelle skive/tromlebremsesystem til det meste af dit behov for at bremse og standse. Når det er sagt, giver en forsigtig brug af pedalen og en gradvis opbremsning over en længere strækning regen-systemet mulighed for at opsamle så meget som muligt.
Det er ikke tilfældet i vores helt elektriske Mini E, hvor et enormt batteri (50 gange større) og en stor motor-generator (den eneste drivkraft i bilen) kan (og skal) sluge så meget saft som muligt. Elbiler er nødt til at genvinde hvert eneste skrot for at opnå deres annoncerede rækkevidde.
Og derfor kører Mini E som en spilleauto med betydelige regenerative bremskræfter, der opstår blot ved at løfte foden fra “gas”-pedalen. De er så stærke, at du kan klare dig uden at bruge den almindelige bremsepedal 70 % af tiden; så stærke, at bremselysene er programmeret til at tænde via computeren, så den bagvedkørende bil ikke kører dig op bagi.
Smukke 175/65R15-dæk reducerer rullemodstanden i Civic- og CRX-“HF”-traditionen. Den endelige EPA-brændstoføkonomi er 40 by/43 landevej/41 kombineret.
Honda Insight imponerede og begejstrede os, da vi først så og kørte den ved presselanceringen, men det var, da rygtebørsen havde en pris på mellem 17.000 og 18.000 dollars, og benzinen var over 4 dollars pr. gallon.
Men Insight endte med at starte på over 20.000 dollars (med destination). For det får man en Honda med lav motorkraft i den traditionelle sparsomme Honda “HF”-forstand, der får et lille løft i ydeevne og økonomi fra et forenklet mildhybrid-system. Med moderate brændstofpriser virker den pris lidt voldsom.
Dan Edmunds, Director of Vehicle Testing