2010 Honda Insight EX: Hybrid System Walkaround
November 06, 2009
Si è mai chiesto cosa ci vuole per costruire un ibrido? Beh, dipende da che tipo di ibrido stai parlando.
Gli ibridi che Toyota e Ford hanno messo fuori sono complessi (ed efficaci) ibridi serie-parallelo, il che significa che possono funzionare a gas, elettricità, una miscela parallela diretta dei due o una modalità piggyback serie dove il motore a gas genera elettricità per la batteria mentre un motore elettrico usa quell’elettricità per guidare la macchina. Ci vogliono due potenti motori elettrici che sono integrati in un sistema CVT planetario da far girare la testa (ma meccanicamente abbastanza semplice) per fare questo. Un potente software di controllo passa continuamente da una modalità all’altra in modo da non doverci pensare.
Ma la nostra Honda Insight 2010 è basata su una configurazione più semplice di solo parallelo, in cui il motore e la trasmissione sono separati in modo che un sottile motore elettrico delle dimensioni di un volano (poco più di 2 pollici di spessore) possa essere infilato tra loro. Questo motore elettrico va sotto il nome di Integrated Motor Assist o IMA, in breve.
E’ fondamentalmente disposto in questo modo:
Motore –> IMA –> Trasmissione
Diamo un’occhiata, iniziando dalla parte posteriore dell’auto.
Lo scatto qui sopra dalla mia serie di sospensioni walkaround mostra perché è stata usata la semplice configurazione delle sospensioni twist beam: lascia molto spazio tra le ruote per un profondo pozzo centrale che ospita la ruota di scorta e il pacco batterie.
C’è anche spazio per diversi angoli di stoccaggio. La copertura opzionale del carico arrotolabile a molla può effettivamente entrare nella fessura in fondo alla foto.
Ora tiriamo fuori quel polistirolo per un minuto.
Vedo un ricambio. Ma c’è qualcos’altro lì sotto.
Eureka! È il pacco batteria. Ma devo dire che non è molto grande. Soprattutto se si considera che anche l’elettronica di conversione della tensione e di monitoraggio della carica sono ospitate qui.
Le batterie stesse sono costituite da celle al nichel-metallo idruro (NiMH), il tipo usato in quasi tutte le auto ibride e elettriche di produzione corrente.
Insieme costituiscono un pacco da 100,8 volt con una capacità di 5,75 ampere/ora. Questo è greco per voi? Moltiplichiamo i volt con gli ampere-ora (e dividiamo per 1.000) per guardare questo in Kilowatt-ora (kWh), l’equivalente elettrico del numero di galloni in un serbatoio di gas.
Il serbatoio elettrico della Insight è quindi uno scarso 0,58 kWh, e questo, tra le altre cose, la rende un ibrido mite. La Prius, un ibrido “pieno” più ibrido, ha una capacità della batteria di circa 1,3 kWh.
Passa a un ibrido plug-in, come la tanto sbandierata Chevy Volt, e le capacità della batteria iniziano a variare fino a 9 kWh per accomodare un po’ di gamma elettrica estesa solo per gentile concessione della presa di corrente. Continuate con qualcosa come la nostra Mini E del 2009, un’auto completamente elettrica che dipende dal succo per tutto ciò che fa, e troverete una batteria con una capacità utilizzabile di 28 kWh. Le capacità delle batterie completamente elettriche cresceranno senza dubbio verso l’alto da qui.
Come fa l’Insight con 0,58 kWh? Beh, il motore-generatore elettrico (che vedremo tra poco) non è molto grande, quindi non consuma né rigenera molta elettricità. Le batterie ibride standard ottengono TUTTO il loro succo dalla frenata rigenerativa, e la quantità che possono assorbire dipende completamente dalla dimensione del motore elettrico-generatore.
La batteria dell’Insight immagazzina essenzialmente abbastanza per recuperare energia dalle fermate in città per un uso immediato quando ci si allontana da una fermata e per riavviare il motore ogni volta che si spegne mentre è al “minimo” al semaforo. Non c’è molto in termini di autonomia completamente elettrica. Stiamo parlando di secondi, non di minuti nella maggior parte delle situazioni.
Come tutte le batterie ibride, queste sono considerate parte del sistema di emissioni dell’auto perché se falliscono l’auto funzionerà a benzina più del tempo ed emetterà più inquinanti.
Questo significa che probabilmente non dovrete mai preoccuparvi del costo di sostituzione della batteria o dell’impatto sulle discariche delle batterie ibride esaurite, perché devono durare per tutta la durata della garanzia sulle emissioni della California di 10 anni o 150.000 miglia.
Come è possibile? Non lasciando mai scaricare la batteria allo 0% e non caricandola mai al 100%. La chiave per mantenere una lunga durata della batteria è un’attenta gestione del suo stato di carica o SOC. Gli ibridi e le auto elettriche prendono questo aspetto molto più seriamente del sistema di ricarica di una pistola a vite Makita o di altri dispositivi elettronici domestici ricaricabili.
Una tipica batteria ibrida NiMH utilizzerà, in termini ipotetici molto approssimativi, solo la sottile fetta di SOC dal 30% al 70% SOC. La gente è entusiasta delle batterie al litio perché, in confronto, si può usare una gamma più ampia di SOC, come dal 25% al 75% o dal 20% all’80% SOC. E questo significa che più elettricità può essere immagazzinata in una batteria agli ioni di litio delle stesse dimensioni.
La potenza scorre tra la batteria e il motore-generatore (in entrambe le direzioni) attraverso questo cavo arancione.
Alla faccia della potenza che è il motore 1,3 litri 4 cilindri che fa 85 cavalli da solo! L’IMA può fornire altri 13 cavalli (10kW) quando necessario, portando il massimo a 98 pony.
E’ chiaro che non si tratta di una centrale elettrica costruita per incendiare il mondo, perché l’Insight raggiunge il suo risparmio di carburante attraverso un adattamento moderno di un vecchio principio Honda stabilito nei loro modelli passati “HF” a benzina: Peso leggero, un propulsore ridotto, una piccola sezione del veicolo con una buona aerodinamica e magri pneumatici a bassa resistenza al rotolamento.
La formula di solito include un cambio manuale, ma qui viene usato un efficiente CVT. Ma è un CVT “normale” invece dell’esotico CVT elettromeccanico visto nella Prius. Questa iterazione di Insight potrebbe usare altrettanto facilmente una trasmissione manuale, come faceva la prima Insight, perché il motore-generatore elettrico è più un booster che altro.
Guarda all’interno del cerchio per vedere il motogeneratore IMA dove si trova tra il motore e la trasmissione. Che ne dite di guardare più da vicino?
Verde = Motore, Arancione = trasmissione CVT e Giallo = IMA, la carne nel panino.
L’IMA può aggiungere fino a 13 CV a qualsiasi cosa il motore stia producendo e funziona anche come l’avviamento principale del motore.
Il motore non è mai completamente scollegato dall’IMA, perché non c’è frizione tra i due. L’IMA può comunque alimentare l’auto da solo per i primi secondi dopo che si rotola via da uno stop con il motore spento, ma l’albero motore continuerà a ruotare e i pistoni continueranno a pompare su e giù.
Pompare aria in questo modo attraverso valvole aperte crea un sacco di resistenza che rovina l’efficienza, così Honda usa il suo sistema di commutazione a camme VTEC per fornire sollievo. Una camma ha il profilo standard che il motore usa ogni volta che è in funzione, ma il secondo profilo della camma è completamente rotondo in modo che le valvole di aspirazione e di scarico non si aprano mai mentre i pistoni volano senza l’iniezione di carburante.
All’inizio questo sembra essere peggio, poiché ci vuole potenza per comprimere l’aria grezza in un cilindro. Ma si recupera quasi tutta quella potenza perché il pistone viene spinto indietro dopo aver raggiunto il centro superiore morto a causa dell’effetto molla dell’aria. E questo movimento è smussato dal fatto che 4 pistoni stanno facendo questo in parti diverse del ciclo, così le forze di compressione in un cilindro sono compensate dalle forze di estensione in un altro.
NOTE: Vedi perché i walkaround delle sospensioni sono molto più facili di quelli del powertrain? Quando si solleva l’acceleratore, il computer inverte la polarità all’interno per trasformare l’IMA da motore a generatore. Questa elettricità generata rifluisce nella batteria, e l’azione di generarla crea una piccola forza decelerativa “frenante” mentre i magneti nel generatore fanno il loro lavoro.
La forza è piccola in questo caso a causa delle piccole dimensioni dell’IMA e della batteria: si può generare e immagazzinare solo così tanto con questa configurazione leggera. Di conseguenza, la forza di frenata rigenerativa non è più significativa del vecchio freno motore nella marcia più alta della tua auto a benzina. Avete ancora bisogno di usare il pedale del freno e il convenzionale sistema di freni a disco e a tamburo per la maggior parte delle vostre esigenze di rallentamento e di arresto. Detto questo, un uso delicato del pedale e un rallentamento graduale su una lunga distanza permette al sistema regen di assorbire il più possibile.
Questo non è il caso della nostra Mini E completamente elettrica, dove una batteria enorme (50 volte più grande) e un grande motore-generatore (l’unico motore principale dell’auto) possono (e devono) ingoiare tutto il succo possibile. Le auto elettriche devono riconquistare ogni scarto per raggiungere la loro autonomia pubblicizzata.
E così la Mini E guida come una slot car, con notevoli forze di frenata rigenerativa che si verificano semplicemente sollevando il piede dal pedale del “gas”. Sono così forti che si può andare avanti senza usare il normale pedale del freno per il 70% del tempo; così forti che le luci dei freni sono programmate per accendersi tramite computer in modo che l’auto dietro non ti tamponi.
Gomme sottili 175/65R15 riducono la resistenza al rotolamento nella tradizione Civic e CRX “HF”. Il conteggio finale del risparmio di carburante EPA è 40 città/43 autostrada/41 combinato.
La Honda Insight ci ha impressionato ed eccitato quando l’abbiamo vista e guidata per la prima volta al lancio della stampa, ma questo era quando il mulino delle voci aveva il prezzo nella gamma di $17.000-18.000 e il gas era oltre $4 per gallone.
Ma l’Insight ha finito per iniziare a oltre $20k (con destinazione). Per questo si ottiene una Honda a bassa potenza nel tradizionale senso frugale Honda “HF” che ottiene una piccola spinta di prestazioni ed economia da un sistema ibrido mite semplificato. Con prezzi del carburante moderati, quel prezzo sembra un po’ ripido.
Dan Edmunds, direttore dei test del veicolo
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