2010 Honda Insight EX: Hybrid System Walkaround
November 06, 2009
Gondolkodott már azon, hogy mi kell egy hibrid építéséhez? Nos, ez attól függ, hogy milyen hibridről beszélünk.
A Toyota és a Ford által gyártott hibridek összetett (és hatékony) soros-párhuzamos hibridek, ami azt jelenti, hogy működhetnek gázzal, elektromossággal, a kettő közvetlen párhuzamos keverésével vagy soros piggyback üzemmódban, ahol a benzinmotor áramot termel az akkumulátor számára, míg az elektromotor ezt az áramot használja az autó meghajtására. Ehhez két nagy teljesítményű villanymotorra van szükség, amelyeket egy észbontó (de mechanikailag igen egyszerű) bolygóműves CVT-rendszerbe integráltak. Az erőteljes vezérlőszoftver folyamatosan váltogat ezek között az üzemmódok között, hogy ne kelljen gondolkodni rajta.
A mi 2010-es Honda Insightunk azonban egy egyszerűbb, csak párhuzamos üzemmódra épül, amelyben a motort és a sebességváltót szétválasztják, hogy egy vékony, lendkerék méretű (alig több mint 2 hüvelyk vastag) villanymotor csúsztatható legyen közéjük. Ez az elektromotor az Integrated Motor Assist vagy röviden IMA névre hallgat.
Ez alapvetően így épül fel:
Motor –> IMA –> Sebességváltó
Nézzük meg az autó hátsó részét.
A fenti felvétel a felfüggesztés körbejárása sorozatomból mutatja, hogy miért az egyszerű csavart gerendás felfüggesztési konfigurációt használták itt: ez rengeteg helyet hagy a kerekek között egy mély központi kútnak, amely a pótkeréknek és az akkumulátorcsomagnak ad helyet.
Még több tároló zugnak is van hely. Az opcionális rugós, felgöngyölíthető raktérfedél valóban elfér a kép alján lévő nyílásban.
Most pedig húzzuk ki onnan egy percre azt a hungarocellt.
Látok egy tartalékot. De van alatta valami más is.
Eureka! Ez az akkucsomag. De meg kell mondjam, nem túl nagy. Különösen, ha figyelembe vesszük, hogy a feszültségátalakító és töltésellenőrző elektronika is itt kapott helyet.
Maguk az akkumulátorok nikkel-metálhidrid (NiMH) cellákból állnak, abból a típusból, amelyet szinte minden jelenleg gyártott hibridben és elektromos autóban használnak.
Ezek együttesen egy 100,8 voltos csomagot alkotnak, amelynek kapacitása 5,75 amperóra. Ez neked görögül hangzik? Szorozzuk meg a voltot az amperórával (és osszuk el 1000-rel), hogy ezt Kilowattórában (kWh) nézzük, ami a benzintankban lévő gallonok számának elektromos megfelelője.
Az Insight elektromos tartálya tehát szűkös 0,58 kWh, és többek között ez teszi mild hibriddé. A Prius, egy “teljes” hibrid, az akkumulátor kapacitása körülbelül 1,3 kWh.
Az olyan plug-in hibrideknél, mint a sokat emlegetett Chevy Volt, az akkumulátor kapacitása 9 kWh-ig terjed, hogy a fali konnektor jóvoltából egy kicsit megnövelt elektromos hatótávolsággal rendelkezzen. Ha továbbmegyünk egy olyan autóhoz, mint a 2009-es Mini E, egy teljesen elektromos autó, amely minden tevékenységéhez az áramra van szükség, akkor 28 kWh hasznos kapacitású akkumulátort találunk. A teljesen elektromos akkumulátorok kapacitása innen kétségtelenül felfelé fog nőni.
Hogyan boldogul az Insight 0,58 kWh-val? Nos, a villanymotor-generátor (amit mindjárt megnézünk) nem túl nagy, így nem fogyaszt és nem is regenerál túl sok áramot. A hagyományos hibrid akkumulátorok MINDEN energiát a regeneratív fékezésből nyernek, és a felvehető mennyiség alaposan függ a villanymotor-generátor méretétől.
Az Insight akkumulátora lényegében annyit tárol, hogy a városban történő megállásokból visszanyerje az energiát, amit azonnal felhasználhat, amikor elhajt a megállóból, és újraindítja a motort minden alkalommal, amikor az “üresjáratban” a közlekedési lámpánál leáll. A tisztán elektromos hajtás hatótávolsága nem túl nagy. A legtöbb helyzetben másodpercekről, nem pedig percekről beszélünk.
Mint minden hibrid akkumulátor, ezek is az autó károsanyag-kibocsátó rendszerének részét képezik, mert ha meghibásodnak, az autó az idő nagyobb részében benzinnel fog működni, és több szennyező anyagot bocsát ki.
Ez azt jelenti, hogy valószínűleg soha nem kell aggódnia az akkumulátorok cseréjének költségei vagy az elhasznált hibrid akkumulátorok hulladéklerakókra gyakorolt hatása miatt, mivel azoknak ki kell tartaniuk a kaliforniai szigorú kibocsátási garancia 10 éves vagy 150 000 mérföldes élettartamát.
Hogyan lehetséges ez? Úgy, hogy soha nem hagyjuk az akkumulátort 0%-ra lemerülni, és soha nem töltjük 100%-ra. A hosszú élettartam fenntartásának kulcsa az akkumulátor töltöttségi állapotának (SOC) gondos kezelése. A hibridek és az elektromos autók sokkal komolyabban veszik ezt a szempontot, mint egy Makita csavarpisztoly vagy más újratölthető otthoni elektronika töltőrendszere.
Egy tipikus NiMH hibrid akkumulátor, nagyon durva feltételezésekkel élve, csak az SOC vékony szeletét használja fel, mondjuk 30% és 70% SOC között. Az emberek izgatottak a lítium akkumulátorok miatt, mert ehhez képest szélesebb SOC-tartományt lehet használni, például 25%-tól 75%-ig vagy 20%-tól 80%-ig SOC. Ez pedig azt jelenti, hogy egy azonos méretű lítium-ion akkumulátorban több villamos energia tárolható.
Az akkumulátor és a motor-generátor között (mindkét irányban) ezen a narancssárga kábelen keresztül áramlik az energia.
Lássuk, milyen erőt képvisel az 1,3 literes négyhengeres motor, amely önmagában 85 lóerőt teljesít! Az IMA szükség esetén további 13 lóerőt (10 kW) képes leadni, így a maximális teljesítmény 98 lóerőre emelkedik.
Láthatóan nem világégésre épített erőforrásról van szó, hiszen az Insight üzemanyag-takarékosságát egy régi Honda elv modern adaptációjával éri el, amelyet a korábbi, kizárólag benzinüzemű “HF” modelljeikben lefektettek: Könnyű tömeg, kicsinyes hajtáslánc, kis keresztmetszetű jármű, jó aerodinamika és vékony, alacsony gördülési ellenállású gumiabroncsok.
A képlethez általában kézi váltó tartozik, de itt egy hatékony CVT váltót használnak. De ez egy “normál” CVT a Priusban látott egzotikus elektromechanikus CVT helyett. Az Insight ezen iterációja ugyanúgy használhatna kézi váltót, mint az első Insight, mert az elektromos motor-generátor inkább csak erősítő, mint bármi más.
Nézzen a kör belsejébe, hogy láthassa az IMA motor-generátort, ahol a motor és a sebességváltó között szendvicsszerűen helyezkedik el. Mit szólna egy közelebbi pillantáshoz?
Zöld = motor, narancs = CVT váltó és sárga = IMA, a hús a szendvicsben.
Az IMA akár 13 lóerőt is hozzáadhat ahhoz, amit a motor lead, és a motor főindítójaként is funkcionál.
A motor sosincs teljesen leválasztva az IMA-ról, mert a kettő között nincs kuplung. Az IMA ettől függetlenül az első másodpercekben, miután leállított motorral gurulsz el a megállásból, képes egyedül is hajtani az autót, de a forgattyús tengely továbbra is forog, és a dugattyúk továbbra is fel-le pumpálnak.
A levegő ilyen módon történő pumpálása nyitott szelepeken keresztül nagy légellenállást okoz, ami tönkreteszi a hatékonyságot, ezért a Honda a VTEC bütykös kapcsoló rendszerrel gondoskodik a tehermentesítésről. Az egyik vezérműtengely a szokásos profillal rendelkezik, amelyet a motor mindig használ, amikor csak jár, de a másik vezérműtengely profilja teljesen kerek, így a szívó- és kipufogószelepek soha nem nyílnak ki, miközben a dugattyúk üzemanyag-befecskendezés nélkül repkednek.
Előre úgy tűnik, hogy ez rosszabb lenne, mivel a nyers levegőnek a hengerben való összenyomásához erőre van szükség. De szinte az egészet visszakapod, mivel a dugattyú a légrugóhatás miatt visszatolódik, miután elérte a felső-halott középpontot. És ezt a mozgást kiegyenlíti az a tény, hogy 4 dugattyú végzi ezt a ciklus különböző részein, így az egyik hengerben lévő kompressziós erőket ellensúlyozzák a másikban lévő extenziós erők.
Jegyzet: Látod, miért sokkal könnyebb a felfüggesztés megkerülése, mint a hajtásláncé???
Az IMA talán legfontosabb szerepe a regeneratív fékezés. Amikor felemeljük a gázt, a számítógép megfordítja a belső polaritást, hogy az IMA motorból generátorrá váljon. Ez a termelt elektromosság visszaáramlik az akkumulátorba, és a generálás művelete egy kis lassító “fékező” erőt hoz létre, miközben a generátorban lévő mágnesek teszik a dolgukat.
Az erő ebben az esetben kicsi az IMA és az akkumulátor kis mérete miatt: ezzel az enyhe beállítással csak ennyit lehet generálni és tárolni. Ennek eredményeképpen a regeneratív fékerő nem érezhető jelentősebbnek, mint a sima régi motorfékezés a benzines autódban végsebességben. Továbbra is a fékpedált és a hagyományos tárcsa-/dobfékrendszert kell használnia a legtöbb lassítási és megállási igénye kielégítésére. Ennek ellenére a pedál kíméletes használata és a hosszú úton történő fokozatos lassítás lehetővé teszi, hogy a regener rendszer a lehető legtöbbet vegye fel.
Ez nem így van a mi tisztán elektromos Mini E-nkben, ahol egy hatalmas akkumulátor (50-szer nagyobb) és egy nagy motor-generátor (az egyetlen főhajtás az autóban) képes (és kell is) annyi levét elnyelni, amennyit csak tud. Az elektromos autóknak minden morzsát újra be kell gyűjteniük, hogy elérjék a meghirdetett hatótávolságukat.
És így a Mini E úgy vezet, mint egy nyerőautó, jelentős regeneratív fékerővel, amely pusztán a “gázpedál” felemelésével jelentkezik. Olyan erősek, hogy az idő 70%-ában a hagyományos fékpedál használata nélkül is boldogulunk; olyan erősek, hogy a féklámpákat számítógépen keresztül úgy programozzák, hogy bekapcsoljanak, nehogy a mögöttünk haladó autó hátulról belénk csapódjon.
A Civic és CRX “HF” hagyományainak megfelelően a vékony, 175/65R15-ös gumik csökkentik a gördülési ellenállást. Az EPA végső üzemanyag-fogyasztási mutatója 40 városi/43 országúti/41 kombinált.
A Honda Insight lenyűgözött és izgatott minket, amikor először láttuk és vezettük a sajtóbemutatón, de ez akkor volt, amikor a pletykák szerint az ára 17.000-18.000 dollár között volt, a benzin pedig 4 dollár fölött volt gallononként.
De az Insight végül 20 ezer dollár fölött indult (úti céllal együtt). Ezért kapsz egy alacsony teljesítményű Hondát a hagyományos takarékos Honda “HF” értelemben, amely egy kis teljesítményt és gazdaságossági lökést kap egy egyszerűsített mild hibrid rendszerből. A mérsékelt üzemanyagárak mellett ez az ár egy kicsit borsosnak tűnik.
Dan Edmunds, a járműtesztek igazgatója