2010 Honda Insight EX: Hybrid System Walkaround
November 06, 2009
Har du någonsin undrat vad som krävs för att bygga en hybrid? Tja, det beror på vilken typ av hybrid man talar om.
De hybrider som Toyota och Ford tillverkar är komplexa (och effektiva) serie-parallelhybrider, vilket innebär att de kan köras på gas, el, en direkt parallell blandning av de två eller ett seriepiggyback-läge där gasmotorn genererar el till batteriet medan en elmotor använder denna el för att driva bilen. Det krävs två kraftfulla elmotorer som är integrerade i ett häpnadsväckande (men mekaniskt ganska enkelt) planetariskt CVT-system för att lyckas med detta. Kraftfull programvara växlar kontinuerligt mellan dessa lägen så att du inte behöver tänka på det.
Men vår Honda Insight 2010 är baserad på ett enklare parallellt system, där motorn och växellådan är åtskilda så att en tunn elmotor i svänghjulsstorlek (drygt 2 tum tjock) kan placeras mellan dem. Denna elmotor går under namnet Integrated Motor Assist eller IMA, förkortat.
Den är i princip uppbyggd så här:
Motor –> IMA –> Växellåda
Vi tar en titt och börjar med baksidan av bilen.
Ovanstående bild från min serie om hjulupphängningen visar varför man använde sig av den enkla konfigurationen med vridbar balkupphängning här: det ger gott om utrymme mellan hjulen för en djup central brunn som rymmer reservhjulet och batteripaketet.
Det finns även plats för flera förvaringsvinklar. Det fjäderbelastade roll-up cargo cover som finns som tillval kan faktiskt få plats i springan längst ner på bilden.
Nu drar vi ut styroporet därifrån en stund.
Jag ser ett reservdelsutrymme. Men det finns något annat därunder.
Eureka! Det är batteripaketet. Men jag måste säga att den inte är särskilt stor. Särskilt när man betänker att elektroniken för spänningsomvandling och laddningsövervakning också är inrymd här.
Batterierna i sig består av nickelmetallhydridceller (NiMH), den typ som används i nästan alla hybrider och elbilar i nuvarande produktion.
De utgör tillsammans ett 100,8-voltsaggregat som har en kapacitet på 5,75 amperetimmar. Är det grekiska för dig? Låt oss multiplicera volt med amperetimmar (och dividera med 1 000) för att se på detta i kilowattimmar (kWh), den elektriska motsvarigheten till antalet liter i en bensintank.
Insights eltank är därför knappt 0,58 kWh, och det gör den bland annat till en mildhybrid. Prius, som är en mer hybridliknande ”fullhybrid”, har en batterikapacitet på cirka 1,3 kWh.
Om man går vidare till en plug-in-hybrid, som den mycket omtalade Chevy Volt, börjar batterikapaciteten sträcka sig upp till 9 kWh för att möjliggöra en lite längre räckvidd med enbart el från vägguttaget. Om du fortsätter till något som vår Mini E från 2009, en helt eldriven bil som är beroende av juice för allt den gör, hittar du ett batteri med en användbar kapacitet på 28 kWh. Batterikapaciteten för helelektriska bilar kommer utan tvekan att öka från och med nu.
Hur klarar sig Insight med 0,58 kWh? Jo, elmotorgeneratorn (som vi ska se om en stund) är inte särskilt stor, så den varken förbrukar eller regenererar särskilt mycket el. Standardhybridbatterier får ALL sin juice från regenerativ bromsning, och den mängd som de kan ta upp är helt beroende av elmotorgeneratorns storlek.
Insights batteri lagrar i huvudsak tillräckligt för att återvinna energi från stopp i staden för omedelbar användning när du kör från ett stopp och för att starta om motorn varje gång den stängs av när den ”går på tomgång” vid trafikljus. Det är inte mycket till räckvidd för en helelektrisk bil. Vi talar om sekunder, inte minuter åt gången i de flesta situationer.
Som alla hybridbatterier anses dessa vara en del av bilens utsläppssystem, eftersom om de går sönder kommer bilen att köras på bensin en större del av tiden och släppa ut mer föroreningar.
Det innebär att du förmodligen aldrig behöver oroa dig för kostnader för batteribyte eller deponering av förbrukade hybridbatterier, eftersom de måste hålla genom Kaliforniens stränga utsläppsgaranti livstid på 10 år eller 150 000 miles.
Hur är detta möjligt? Genom att aldrig låta batteriet tömmas till 0 % och aldrig ladda det till 100 %. Nyckeln till att bibehålla en lång batterilivslängd är noggrann hantering av dess laddningstillstånd eller SOC. Hybrider och elbilar tar denna aspekt på mycket större allvar än laddningssystemet i en Makita-skruvpistol eller annan uppladdningsbar hemelektronik.
Ett typiskt NiMH-hybridbatteri kommer, i mycket grova hypotetiska termer, endast att använda den tunna skivan av SOC från, låt oss säga, 30 % till 70 % SOC. Folk är entusiastiska över litiumbatterier eftersom man i jämförelse kan använda ett bredare intervall av SOC, t.ex. från 25 % till 75 % eller från 20 % till 80 % SOC. Det innebär att mer elektricitet kan lagras i ett litiumjonbatteri av samma storlek.
Ett strömflöde mellan batteriet och motorgeneratorn (i båda riktningarna) sker genom denna orangefärgade kabel.
Håller du kraften i den fyrcylindriga 1,3-litersmotorn som ger 85 hästkrafter på egen hand! IMA kan leverera ytterligare 13 hästkrafter (10 kW) vid behov, vilket ger en maximal effekt på 98 hästkrafter.
Det är tydligt att detta inte är något kraftpaket som är byggt för att sätta världen i brand, eftersom Insight uppnår sin bränsleekonomi genom en modern anpassning av en gammal Honda-princip som fastställdes i deras tidigare ”HF”-modeller med enbart bensin: Lätt vikt, en liten drivlina, ett litet fordonstvärsnitt med god aerodynamik och tunna däck med lågt rullmotstånd.
Denna formel inkluderar vanligtvis en manuell växellåda, men här används en effektiv CVT-växellåda. Men det är en ”vanlig” CVT i stället för den exotiska elektromekaniska CVT som man ser i Prius. Denna iteration av Insight skulle lika gärna kunna använda en manuell växellåda, som den första Insight gjorde, eftersom elmotorgeneratorn är mer av en booster än något annat.
Se inuti cirkeln för att se IMA-motorgeneratorn där den sitter insprängd mellan motorn och växellådan. Vad sägs om en närmare titt?
Grönt = motor, orange = CVT-transmission och gult = IMA, köttet i smörgåsen.
IMA kan lägga till upp till 13 hk till det som motorn producerar och fungerar också som huvudstartare för motorn.
Motorn är aldrig helt frikopplad från IMA, eftersom det inte finns någon koppling mellan de två. IMA kan ändå driva bilen själv under de första sekunderna efter att du rullar iväg från ett stopp med avstängd motor, men vevaxeln kommer fortfarande att rotera och kolvarna kommer fortfarande att pumpa upp och ner.
Att pumpa luft på detta sätt genom öppna ventiler skapar en massa luftmotstånd som förstör effektiviteten, så Honda använder sitt VTEC-nockväxlingssystem för att ge avlastning. En kam har den standardprofil som motorn använder när den är igång, men den andra kamprofilen är helt rund så att insugnings- och avgasventilerna aldrig öppnas när kolvarna flyger runt utan att något bränsle sprutas in.
Det verkar först som om det skulle vara värre, eftersom det krävs kraft för att komprimera råluft i en cylinder. Men man får tillbaka nästan all denna kraft eftersom kolven trycks tillbaka efter att den nått övre dödpunkt på grund av luftfjädringseffekten. Och denna rörelse jämnas ut av det faktum att fyra kolvar gör detta i olika delar av cykeln, så att kompressionskrafterna i en cylinder kompenseras av utdragningskrafter i en annan.
NOTE: Ser du varför det är så mycket lättare att lösa problemet med fjädring än att lösa problemet med drivlinor?
Kanske är IMA:s viktigaste roll den regenerativa bromsningen. När du lyfter på gaspedalen vänder datorn om polariteten inuti för att förvandla IMA från en motor till en generator. Den genererade elektriciteten strömmar tillbaka till batteriet, och genereringen av den skapar en liten bromsande kraft när magneterna i generatorn gör sitt.
Kraften är liten i det här fallet på grund av IMA:s och batteriets ringa storlek: man kan bara generera och lagra en viss mängd med den här milda installationen. Därför känns den regenerativa bromskraften inte mer betydande än en vanlig motorbromsning i högsta växeln i din bensinbil. Du måste fortfarande använda bromspedalen och det konventionella skiv-/trumbromssystemet för de flesta av dina bromsar och stopp. Om du använder pedalen försiktigt och bromsar långsamt över en längre sträcka kan regen-systemet ta upp så mycket som möjligt.
Det är inte fallet i vår helelektriska Mini E, där ett enormt batteri (50 gånger större) och en stor motorgenerator (den enda drivkraften i bilen) kan (och måste) svälja så mycket juice som möjligt. Elbilar måste återvinna allt för att uppnå den räckvidd som anges.
Och därför kör Mini E som en slotbil, med betydande regenerativa bromskrafter som uppstår bara genom att man lyfter foten från gaspedalen. De är så starka att du kan klara dig utan att använda den vanliga bromspedalen 70 procent av tiden; så starka att bromsljusen är programmerade att tändas via datorn så att bilen bakom inte kör in i dig bakifrån.
Snåla 175/65R15-däck minskar rullmotståndet i Civic- och CRX ”HF”-traditionen. EPA:s slutliga bränsleekonomi är 40 stad/43 landsväg/41 kombinerad.
Honda Insight imponerade och gladde oss när vi först såg och körde den vid presslanseringen, men det var när ryktesspridningen hade priset i intervallet 17 000-18 000 dollar och bensinen var över 4 dollar per gallon.
Men Insight slutade med att börja på över 20 000 dollar (med destination). För det får man en Honda med låg effekt i traditionell sparsam Honda ”HF” mening som får en liten prestanda- och ekonomiökning från ett förenklat mildhybridsystem. Med måttliga bränslepriser verkar det priset lite väl högt.
Dan Edmunds, Director of Vehicle Testing