本田混合動力技術分析

付磊 張昶

（中國第一汽車股份有限公司新能源開發(fā)院，長春 130011）

主題詞：本田 混合動力 構型 油耗

1 前言

隨著能源問題和環(huán)境問題日益嚴重，汽車節(jié)能技術越來越受到重視。隨著發(fā)動機技術、新能源技術、傳動技術、整車技術的進步，乘用車油耗水平快速下降。日本2014年新車平均油耗達到4.5 L/100km（JC08工況），已經提前實現2020年目標；歐洲乘用車平均油耗2015年達到5.27 L/100km（NEDC工況），2020年和2025年平均油耗目標分別為3.8 L/100km和3 L/100km[1]。

乘用車傳統動力總成效率提升空間越來越小，以48V技術、混合動力技術、純電驅動技術和燃料電池技術等動力系統解決方案將持續(xù)為乘用車降油耗做貢獻。因混合動力技術既能提高整車動力性和經濟性，又能保持與傳統車相當的使用方便性，一直是研究和開發(fā)重點，豐田和本田等具備長期戰(zhàn)略規(guī)劃能力的汽車公司早已將其作為重要戰(zhàn)略方向，持續(xù)進行研發(fā)投入，并推出多款產品，市場競爭力已經凸顯。本文總結了本田混合動力產品和技術發(fā)展歷程，簡要分析本田汽車的混合動力發(fā)展戰(zhàn)略方向，為混合動力技術路線制定和技術開發(fā)提供參考。

2 本田混合動力發(fā)展總體分析

按混合動力構型劃分，本田混合動力可以劃分為 4種構型，分別為 IMA（Integrated Motor Assist）構型、i-DCD（intelligent–Dual Clutch Transmission）構型、i-MMD（Intelligent-Multi Mode Drive）構型和SHAWD（Super Handling-All Wheel Drive）構型。從時間分布上看，IMA構型是本田第一個混合動力系統構型，在1999年首先應用于INSIGHT車型，到2010年，應用車型在5款以上；I-DCD構型主要應用在2013年至2016年產品上，應用于包括Vezel車型在內的多款車型；i-MMD構型最早應用于2013款ACCORD車型上，在2017年至2018年應用多款車型；SH-AWD構型從2014年起，用于包括RLX車型在內的3款超跑車型。

3 不同構型及典型車型技術分析

為了詳細說明本田混合動力技術特征，本節(jié)從產品投放時間、總成參數、構型原理、總成特征等幾個方面進行分析。

3.1 IMA構型及典型車型技術分析

3.1.1 IMA構型車型及動力系統參數

本田采用IMA構型的車型及動力系統參數如表1所示[2-6]。采用IMA系統車型主要投產時間為1999年至2010年，發(fā)動機排量范圍由1 L到3 L，發(fā)動機功率范圍由51 kW到178 kW，電機功率范圍由9.6 kW到15 kW。

表1 采用IMA構型的車型及動力系統參數 [2-6]

3.1.2 IMA構型分析

IMA構型如圖1所示。IMA構型屬于單電機構型，電機與發(fā)動機曲軸輸出端集成設計，按照電機位置劃分，IMA系統屬于P1構型。在變速箱匹配方面，IMA構型可以匹配AT、MT、CVT等多種變速箱。混合動力系統主要功能包括：起停、行車發(fā)電、制動能量回收、驅動輔助。在IMA后期車型中，增加了純電行駛功能，這樣就可以更多的進行行車發(fā)電，優(yōu)化發(fā)動機工況。該系統的主要缺點是在制動能量回收過程中，發(fā)動機隨轉，此處怎么都會增加摩擦損失，減小了可回收能量。另外，由于電機的功率小，純電驅動能力有限。

圖1 IMA構型圖[2]

3.1.3 IMA構型采用的發(fā)動機技術

混合動力發(fā)動機是混動系統的核心總成之一，對整車燃油經濟性有重要影響。本田在開發(fā)IMA混動系統的同時，也進行了混合動力專用發(fā)動機的開發(fā)，本文以其中一款發(fā)動機為例進行說明（表2）[7]。

表2 IMA構型發(fā)動機參數[7]

通過燃燒系統優(yōu)化改善熱效率。因有電機輔助，可以減小發(fā)動機扭矩，所以對氣道和燃燒室形狀進行優(yōu)化，加快了燃燒速度，并且提高了空燃比，實現比傳統發(fā)動機更稀薄的缸內燃燒（注：當時稀薄燃燒是主流燃燒技術，后因排放和后處理系統問題，被當量空燃比燃燒取代）。

通過降低摩擦降低發(fā)動機油耗。主要采用滾子同軸氣門機構、活塞表面微凹處理、偏心汽缸、低張力活塞環(huán)、滲碳連桿等技術降低摩擦損失。

通過結構和材料優(yōu)化，降低發(fā)動機重量，使該發(fā)動機成為當時世界最輕的1 L發(fā)動機。該車也成為當時同級別油耗最低車型。

3.2 i-DCD構型及典型車型技術分析

3.2.1 i-DCD構型車型及動力系統參數

本田i-DCD構型車型及動力系統參數如表3所示[8]。可以看出，雖然搭載多款車型，但是該構型只搭載1.5 L發(fā)動機和22 kW發(fā)電機。該構型只做了車型拓展，沒有進行構型本身的深度拓展。總成層面，只是發(fā)動機功率有變化，其他均沒有變化。

表3 采用i-DCD構型的車型及動力系統參數[8]

3.2.2 i-DCD構型分析

i-DCD構型圖如2所示[9]。i-DCD屬于單電機構型，與IMA構型不同的是，電機與變速器集成設計，而不是與發(fā)動機集成設計。按照電機位置分類，該構型屬于P2.5或P3構型。該混合動力系統主要功能包括起停、純電行駛、行車發(fā)電、制動能量回收、驅動輔助。從功能上看，i-DCD構型已經實現了全部并聯系統的混合動力功能；從降低油耗角度看，22 kW電機基本滿足制動能量回收和工況點轉移的需求。該構型主要缺點是電機功率小，純電行駛能力較弱，并且系統控制復雜，容易出現質量問題。

圖2 i-DCD構型圖[9]

3.3 i-MMD構型及典型車型技術分析

3.3.1 i-MMD構型車型及動力系統參數

本田采用i-MMD構型車型及動力系統參數表4所示[8]。可以看出，該構型搭載多款車型，采用1.5 L或2.0 L發(fā)動機，發(fā)動機功率為77 kW、80 kW或105 kW。驅動電機功率為95 kW和135 kW。整備質量范圍從1 355 kg至1 850 kg，其中，既有PHEV又有HEV，發(fā)動機功率和電機功率等均有變化，說明該構型具有拓展性。

表4 采用i-MMD構型的車型及動力系統參數[8]

3.3.2 i-MMD構型分析

i-MMD構型如圖3所示[10]，屬于雙電機構型，發(fā)動機通過增速機構帶動發(fā)電機發(fā)電，同時發(fā)動機在一定車速以上具備直接機械驅動能力。驅動電機利用電池能量和發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)出的電能驅動車輛。該構型為典型的串并聯構型。主要驅動模式包括：純電驅動、串聯驅動、發(fā)動機直驅、發(fā)動機直驅同時發(fā)電、發(fā)動機驅動同時電機助力。該構型在低速工況可以串聯行駛，提高整車熱效率，在高速工況發(fā)動機直驅，使綜合油耗較低。另外，如果用該構型做插電式混合動力，有利于降低純電驅動能耗，使其能耗水平與純電動汽車相當。

圖3 i-MMD構型圖[10]

3.3.3 i-MMD構型發(fā)動機技術

i-MMD作為典型的串并聯構型，發(fā)動機需要專用化設計，才能實現最佳的整車經濟性。主要原因包括：因為有串聯模式，發(fā)動機最高效率對整車油耗影響非常顯著，低負荷工況使用較少，所以發(fā)動機的設計重點工況區(qū)域聚焦到最高效率區(qū)，并且由于發(fā)動機工況與車速解耦，對發(fā)動機扭矩需求降低，增加了燃燒系統設計的靈活性。以2013款ACCORD混合動力車型發(fā)動機為例說明i-MMD構型采用的混合動力發(fā)動機技術[11]。

為了降低發(fā)動機油耗，相對于傳統發(fā)動機和一般的混合動力發(fā)動機，采用很多專用技術。在進氣系統方面，采用了兩段式VVL，氣門升程曲線如圖4所示，實現了降低常用工況油耗的同時，保證功率輸出；采用外部冷卻EGR技術，降低節(jié)流損失，優(yōu)化燃燒相位；優(yōu)化缸內流動，提升缸內滾流強度，如圖5所示，進而提高燃燒速度；水泵和油泵電動化，減小系統機械損失。

表4 采用i-MMD構型的車型及動力系統參數[11]

2013年款ACCORD混合動力發(fā)動機油耗萬有特性如圖6所示。可以看出，由于采用多種節(jié)能技術，發(fā)動機最低比油耗降至214 g/kWh，并且最低比油耗小于220 g/kWh工況范圍較大。

圖4 氣門升程曲線[11]

圖5 缸內氣流速度[11]

圖6 發(fā)動機油耗萬有特性及驅動模式[11]

3.4 SH-AWD構型分析

3.4.1 SH-AWD構型車型及動力系統參數

本田SH-AWD構型車型及動力系統參數表5所示[8]。可以看出，該構型搭載3款車型，均為謳歌超跑車型。采用3 L或3.5 L發(fā)動機，采用三臺電機，功率分別為35 kW、27 kW、27 kW。

表5 采用SH-AWD構型的車型及動力系統參數[8]

3.4.2 SH-AWD構型分析

SH-AWD構型如圖7所示[12]。前軸驅動系統包括發(fā)動機、變速器、電機，電機與7速DCT集成，構成P2.5構型。后軸驅動系統包括兩臺電機，分別驅動兩個半軸。后軸電機電能來源于前軸發(fā)電機和電池。主要驅動模式包括：純電驅動、串聯驅動、發(fā)動機直驅、發(fā)動機直驅同時發(fā)電、發(fā)動機驅動同時電機助力。該構型與其他構型區(qū)別之處在于，因后軸有兩臺電機，所以具有四驅能力，因前后軸均有電機，所以制動能量回收能力得到提升。

圖7 SH-AWD構型圖[12]

4 總結

本田在混合動力方面，進行了20年的研發(fā)，4種構型多款車型投入市場，積累了大量的混合動力開發(fā)經驗。從構型發(fā)展歷程上看，本田從最早的IMA構型和之后的i-DCD構型，向i-MMD構型發(fā)展；從近幾年產品投放上看，本田已將i-MMD作為混合動力核心構型，進行拓展開發(fā)。從總成技術參數上看，電機功率逐漸增加，電動化程度越來越高，隨著專用化開發(fā)的深入，混合動力專業(yè)發(fā)動機技術已經與傳統發(fā)動機技術具有明顯差別。