2010 Honda Insight EX: Hybridijärjestelmän kiertoajelu
marraskuun 06. päivä 2009
Oletko koskaan miettinyt, mitä hybridin rakentaminen vaatii? No, se riippuu siitä, millaisesta hybridistä puhutaan.
Toyotan ja Fordin julkaisemat hybridit ovat monimutkaisia (ja tehokkaita) sarja-rinnakkaishybridejä, eli ne voivat toimia kaasulla, sähköllä, näiden kahden suoralla rinnakkaissekoituksella tai sarjamuotoisella piggyback-moodilla, jossa kaasumoottori tuottaa sähköä akkua varten, kun taas sähkömoottori käyttää tuota sähköä auton käyttämiseen. Tähän tarvitaan kaksi voimakasta sähkömoottoria, jotka on integroitu mielettömään (mutta mekaanisesti melko yksinkertaiseen) planetaariseen CVT-järjestelmään. Tehokas ohjausohjelmisto vaihtaa jatkuvasti näiden tilojen välillä, joten sinun ei tarvitse ajatella sitä.
Mutta vuoden 2010 Honda Insight perustuu yksinkertaisempaan rinnakkaiseen järjestelmään, jossa moottori ja vaihteisto on irrotettu toisistaan, jotta niiden väliin voidaan liu’uttaa ohut, vauhtipyörän kokoinen sähkömoottori (hieman yli 2 tuuman paksuinen). Tämän sähkömoottorin nimi on Integrated Motor Assist tai lyhyesti IMA.
Se on periaatteessa seuraavanlainen:
Moottori –> IMA –> Vaihteisto
Katsotaanpa, aloittaen auton takaosasta.
Yllä oleva otos jousitussarjastani osoittaa, miksi tässä käytettiin yksinkertaista kierrepalkkijousituskokoonpanoa: pyörien väliin jää reilusti tilaa syvälle keskikaivolle, jossa on vararengas ja akkupaketti.
Siellä on tilaa jopa useille säilytysnurkille. Lisävarusteena saatava jousikuormitteinen rullattu tavaratilan kansi mahtuu itse asiassa kuvan alareunassa olevaan aukkoon.
Vedetään nyt se styroksi hetkeksi pois sieltä.
2010_Insight_1600_walkaround_hybrid_gettobattery_2.jpg
2010_Insight_1600_walkaround_hybrid_gettobattery_2.jpg
Näen varavaraajan. Mutta siellä alla on jotain muuta.
Eureka! Se on se akkupaketti. Mutta täytyy sanoa, ettei se ole kovin iso. Etenkin kun ottaa huomioon, että myös jännitteen muunto- ja latauksenvalvontaelektroniikka on sijoitettu tänne.
Itse akut koostuvat nikkeli-metallihydridikennoista (NiMH), joita käytetään lähes kaikissa nykyisissä hybrideissä ja sähköautoissa.
Yhteensä ne muodostavat 100,8 voltin akkupaketin, jonka kapasiteetti on 5,75 ampeerituntia. Onko tuo sinulle kreikkaa? Kerrotaan voltit ampeeritunneilla (ja jaetaan 1000:lla), jotta asiaa voidaan tarkastella kilowattitunteina (kWh), joka on sähköinen vastine bensatankin gallonamäärälle.
Insightin sähköinen tankki on siis niukat 0,58 kWh, ja muun muassa tämä tekee siitä miedon hybridin. Priuksen, joka on hybridimpi ”täyshybridi”, akkukapasiteetti on noin 1,3 kWh.
Mikäli siirrytään pistokehybridiin, kuten paljon mainostettuun Chevy Voltiin, akkukapasiteetit alkavat vaihdella jopa 9 kWh:iin, mikä mahdollistaa hieman pidennetyn pelkän sähkökäyttöisen toimintasäteen seinäpistokkeesta käsin. Jos siirryt vuoden 2009 Mini E:n kaltaiseen täyssähköautoon, joka on kaikessa toiminnassaan riippuvainen mehusta, akun käyttökapasiteetti on 28 kWh. Täyssähköisten akkujen kapasiteetti kasvaa epäilemättä tästä eteenpäin.
Miten Insight pärjää 0,58 kWh:lla? No, sähkömoottori-generaattori (jonka näemme kohta) ei ole kovin suuri, joten se ei kuluta eikä palauta kovin paljon sähköä. Tavalliset hybridiakut saavat KAIKKI mehunsa regeneratiivisesta jarrutuksesta, ja määrä, jonka ne pystyvät ottamaan, riippuu perusteellisesti sähkömoottori-generaattorin koosta.
Insightin akku varastoi pohjimmiltaan tarpeeksi energiaa, jotta se voi ottaa talteen energiaa kaupunkipysähdyksistä, jotta sitä voidaan käyttää välittömästi, kun ajetaan pois pysäkiltä, ja jotta moottori voidaan käynnistää uudelleen joka kerta, kun se sammuu ”tyhjäkäynnillä” liikennevaloissa. Täyssähköinen toimintasäde ei ole kovin suuri. Useimmissa tilanteissa puhutaan sekunneista, ei minuuteista kerrallaan.
Kuten kaikki hybridiakut, nämäkin akut katsotaan osaksi auton päästöjärjestelmää, koska jos ne vikaantuvat, auto kulkee enemmän aikaa bensiinillä ja päästää enemmän epäpuhtauksia.
Se tarkoittaa, että sinun ei luultavasti koskaan tarvitse huolehtia akkujen vaihtokustannuksista tai käytettyjen hybridiakkujen kaatopaikkavaikutuksista, koska niiden on kestettävä Kalifornian tiukan päästötakuun mukainen 10 vuoden tai 150 000 kilometrin käyttöikä.
Miten tämä on mahdollista? Kun akun ei koskaan anneta tyhjentyä 0 %:iin eikä sitä koskaan ladata 100 %:iin. Avain akun pitkän käyttöiän ylläpitämiseen on sen varaustilan eli SOC:n huolellinen hallinta. Hybridit ja sähköautot suhtautuvat tähän näkökohtaan paljon vakavammin kuin Makitan ruuvipistoolin tai muun ladattavan kodinelektroniikan latausjärjestelmä.
Tyypillinen NiMH-hybridiakku käyttää hyvin karkeasti hypoteettisesti ilmaistuna vain ohuen siivun SOC:stä vaikkapa 30 %:sta 70 %:iin SOC:sta. Ihmiset ovat innoissaan litiumakuista, koska niihin verrattuna voidaan käyttää laajempaa SOC-aluetta, kuten 25-75 % tai 20-80 % SOC. Tämä tarkoittaa, että samankokoiseen litiumioniakkuun voidaan varastoida enemmän sähköä.
Virta kulkee akun ja moottorigeneraattorin välillä (molempiin suuntiin) tätä oranssia kaapelia pitkin.
Katsokaa voimaa, joka on 1,3-litrainen 4-sylinterinen moottori, joka tuottaa yksinään 85 hevosvoimaa! Tarvittaessa IMA voi syöttää vielä 13 hevosvoimaa (10 kW), jolloin maksimiteho nousee 98 poniin.
Tämä ei selvästikään ole mikään voimanpesä, jota on rakennettu sytyttämään maailmaa tuleen, sillä Insight saavuttaa polttoainetaloutensa nykyaikaisella mukautuksella vanhasta Hondan periaatteesta, joka on otettu käyttöön aiemmissa pelkän bensiinikäyttöisissä ”HF”-malleissa: Kevyt paino, pienikokoinen voimansiirto, pieni ajoneuvon poikkileikkaus, hyvä aerodynamiikka ja kapeat matalan vierintävastuksen renkaat.
Malliin kuuluu yleensä manuaalivaihteisto, mutta tässä käytetään tehokasta CVT-vaihteistoa. Mutta se on ”tavallinen” CVT eikä Priuksessa nähty eksoottinen sähkömekaaninen CVT. Tässä Insightin iteraatiossa voisi yhtä hyvin käyttää manuaalivaihteistoa, kuten ensimmäisessä Insightissa, koska sähkömoottori-generaattori on enemmänkin tehostin kuin mikään muu.
Katso ympyrän sisälle nähdäksesi IMA-moottori-generaattorin, jossa se istuu moottorin ja vaihteiston välissä. Miten olisi lähempää?
Vihreä = moottori, oranssi = CVT-vaihteisto ja keltainen = IMA, liha voileivässä.
IMA voi lisätä jopa 13 hv siihen, mitä moottori tuottaa, ja se toimii myös moottorin pääkäynnistimenä.
Tätä moottoria ei koskaan irroteta kokonaan IMA:sta, koska niiden välillä ei ole kytkintä. IMA voi kuitenkin pyörittää autoa itsestään ensimmäiset sekunnit sen jälkeen, kun rullaat pois pysähdyksestä moottori sammutettuna, mutta kampiakseli pyörii edelleen ja männät pumppaavat edelleen ylös ja alas.
Tällainen ilman pumppaaminen avoimien venttiilien läpi aiheuttaa paljon vastusta, joka pilaa hyötysuhteen, joten Honda käyttää VTEC-nokkakytkentäjärjestelmäänsä helpottaakseen tilannetta. Yhdellä nokkaprofiililla on vakioprofiili, jota moottori käyttää aina, kun se on käynnissä, mutta toinen nokkaprofiili on täysin pyöreä, joten imu- ja pakoventtiilit eivät koskaan aukea, kun männät lentävät ympäriinsä ilman polttoaineen ruiskutusta.
Aluksi tämä vaikuttaa siltä, että se olisi huonompi asia, sillä raa’an ilman puristaminen sylinteriin vaatii tehoa. Mutta saat melkein kaiken sen takaisin, kun mäntä työnnetään takaisin sen jälkeen, kun se on saavuttanut yläkuolokohdan ilmajousivaikutuksen vuoksi. Ja tätä liikettä tasoittaa se, että 4 mäntää tekee tämän syklin eri osissa, joten yhden sylinterin puristusvoimat kompensoituvat toisen sylinterin venytysvoimilla.
Huomautus: Näetkö, miksi jousituksen kiertotiet ovat niin paljon helpompia kuin voimansiirron kiertotiet?
Periaatteessa IMA:n ehkä tärkein tehtävä on regeneratiivinen jarrutus. Kun otat kaasun pois, tietokone kääntää sisäisen napaisuuden ja muuttaa IMA:n moottorista generaattoriksi. Tämä tuotettu sähkö virtaa takaisin akkuun, ja sen tuottaminen synnyttää pienen hidastavan ”jarrutusvoiman”, kun generaattorin magneetit tekevät työtään.
Voima on tässä tapauksessa pieni IMA:n ja akun pienen koon vuoksi: tällä lievällä kokoonpanolla voi tuottaa ja varastoida vain tietyn määrän. Tämän seurauksena regeneratiivinen jarrutusvoima ei tunnu merkittävämmältä kuin tavallinen vanha moottorijarrutus huippuvaihteella bensiiniautossa. Sinun on edelleen käytettävä jarrupoljinta ja perinteistä levy- tai rumpujarrujärjestelmää suurimpaan osaan hidastamisesta ja pysäyttämisestä. Kun poljinta käytetään varovasti ja hidastetaan asteittain pitkän matkan aikana, regeneroiva järjestelmä voi ottaa vastaan mahdollisimman paljon energiaa.
Se ei päde täyssähköisessä Mini E:ssämme, jossa valtava akku (50 kertaa suurempi) ja suuri moottori-generaattori (auton ainoa primus motor) voivat (ja joutuvat) nielemään niin paljon mehua kuin mahdollista. Sähköautojen on otettava jokainen romu talteen, jotta ne saavuttaisivat mainostetun toimintasäteen.
Ja niinpä Mini E:llä ajetaan kuin peliautolla, jossa on huomattavat regeneratiiviset jarrutusvoimat, jotka syntyvät pelkästään nostamalla jalka pois kaasupolkimelta. Ne ovat niin voimakkaita, että 70 % ajasta pärjää ilman tavallista jarrupoljinta; niin voimakkaita, että jarruvalot on ohjelmoitu syttymään tietokoneen kautta, jotta takana tuleva auto ei aja perään.
Lujatut 175/65R15-renkaat pienentävät vierintävastusta Civicin ja CRX:n ”HF-perinteen” mukaisesti. Lopullinen EPA-polttoainetaloudellinen tulos on 40 kaupunki-/43 maantie/41 yhdistetty.
Honda Insight teki meihin vaikutuksen ja innostui, kun näimme ja ajoimme sen ensimmäistä kertaa lehdistötilaisuudessa, mutta silloin huhujen mukaan hinta oli 17 000-18 000 dollarin luokkaa ja bensiinin hinta oli yli 4 dollaria gallonalta.
Mutta Insightin hinnat alkoivat lopulta yli 20 000 dollarista (matkakuluineen). Tuohon hintaan saa perinteisen säästäväisen Hondan ”HF”-mielessä pienitehoisen Hondan, joka saa pienen suorituskyky- ja taloudellisuuslisäyksen yksinkertaistetusta mild-hybridijärjestelmästä. Polttoaineen maltillisilla hinnoilla tuo hinta vaikuttaa hieman jyrkältä.
Dan Edmunds, ajoneuvotestauksen johtaja