一刀說:一篇文章就懂本田i-MMD混動系統的種種玄機

myautotime 發佈 2019-12-19T19:46:01+00:00

曾經本田的自然吸氣發動機是汽車業界近乎無敵的存在,依靠高轉速和著名的VTEC可變氣門升程技術獨步天下。可是最近幾年本田似乎逐漸放棄了自然吸氣發動機,跟隨德國人的腳步,全面進入了增壓直噴發動機的時代,發布了3.6T/2.0T/1.5T/1.

曾經本田的自然吸氣發動機是汽車業界近乎無敵的存在,依靠高轉速和著名的VTEC可變氣門升程技術獨步天下。

可是最近幾年本田似乎逐漸放棄了自然吸氣發動機,跟隨德國人的腳步,全面進入了增壓直噴發動機的時代,發布了3.6T/2.0T/1.5T/1.0T等一系列增壓直噴發動機,用於替換之前頗受好評的自然吸氣發動機。

難道本田就此放棄自己最擅長的自然吸氣發動機了麼?

其實,本田只是在傳統動力上放棄了自然吸氣,但是在混動車型上本田繼續著自己自吸技術的傳奇。

2019年沃德十佳發動機評選中本田最新的熱效率高達40.6%的i-MMD混動2.0L發動機獲獎。

本田的這台2.0自然吸氣發動機是專門為自己的i-MMD混動設計的,採用了阿特金森循環和高壓縮比來提高熱效率。

新的發動機高於2017年雅閣混合動力發動機38.9%的熱效率水平,也是所有批量生產的本田發動機中最高的熱效率。今天我們一起來看一下本田這台2.0L阿特金森循環發動機採用的技術。

本田的i-MMD混動方案網上的介紹很多了,這裡簡單說明一下,本田的這個i-MMD混動採用了P13的雙電機結構,是一種從電動車思路出發開發的的混動,它的主要思路不是讓電動機來幫助發動機,而是反過來,考慮以電機工作為主,讓發動機來幫助電機。

本田i-MMD混動的工作模式主要如下:

在非常低的時速時可以純電驅動,發動機完全不工作。

在車速70Km/h以下發動機不會直接驅動車輛,這時候發動機即使啟動工作,也只是發電,然後把發出來的電給電機驅動車輛。

在超過70Km/h時速的高速情況發動機才會直接驅動車輛,但也只是負責穩態輸出,在高速情況下的加速動態過程仍然由電機負責。

這樣保證即使在發動機直接驅動時,也是工作在發動機的最高效率區域,非常省油。同時,高速用發動機驅動也避免了電動車遇到的高速下電耗過大的問題。

從上面的混動工作模式可以看出,本田混動中發動機主要負責發電和高速情況下驅動。其他工況完全靠電機來完成,這樣發動機可以專門設計在最高效率區域運轉。

本田為此設計一個只在固定工況點工作的高效率自然吸氣發動機,下圖可以看到這台發動機通過和混動系統的結合,只需要在最高效率區域工作。

為了提升熱效率,本田採用了日系混動發動機普遍採用的阿特金森循環燃燒系統。這一燃燒系統可以允許使用非常高的物理壓縮比,從而提高熱效率,本田選擇了高達13.5的壓縮比。

阿特金森循環的過程簡單的說就是採用進氣門晚關的方法,把進入汽缸的空氣再壓回進氣管一部分,這樣給活塞加速做功的衝程就長於實際用於壓縮的衝程,也就是膨脹比大於壓縮比,所以熱效率會比較高。同時,這一特性在部分負荷下還可以顯著降低泵氣損失,從而提高熱效率。

為了實現阿特金森循環,本田重新設計了這台2.0L發動機的燃燒室。將進氣門和排氣門之間夾角設定為34度,狹窄的閥門角度降低了燃燒室的面容比(表面與體積的比率),這樣有利於創造一個更平坦、更緊湊的燃燒室,以減少熱損失。

為了進一步降低油耗,本田在這台發動機上採用了冷卻EGR技術。EGR也就是廢氣再循環系統,其工作原理是將一部分排氣中廢氣重新引入汽缸內部參與燃燒,這樣可以降低小負荷時的泵氣損失,提高熱效率,降低油耗,同時對降低NOx排放也非常有好處。

當然,EGR也是目前日系混動發動機比較流行的技術方案。

為了獲得更大的凸輪相位調節角度和更快的調節速度,本田為這台2.0L混動發動機的進氣凸輪選擇了電動可變氣門正時系統E-VTC。

這樣可以滿足阿特金森循環需要的進氣門晚關策略的要求。要注意的是,本田為這台發動機只配備了單進氣電動VVT,排氣凸輪是沒有VVT的,這也是從性價比進行的考慮,本田是從來不會忽視成本優化的。

接著就是要說的重點了,本田曾經以VTEC可變氣門升程技術將自然吸氣發動機推進到前無古人的水平。

如今,本田將自己最拿手的VTEC技術也引入在混動發動機上。

從上面的圖片我們可以看到,隨著VTEC技術的加入,再加上前面的E-VTC,氣門的開啟時間,持續角度,升程高低全部電動可調,除了能夠實現很高的熱效率以外,這台混動發動機的功率輸出沒有因為阿特金森循環而有很大的損失。

和豐田在2.0L混動發動機上選擇了複雜的D4-S雙噴射系統不同,本田為自己的混動發動機選擇了更加簡單便宜的PFI進氣道噴射系統,而沒有選擇昂貴複雜直噴系統。

為什麼本田會做這個選擇呢,我們分析主要原因有以下幾個:

一是為了降低成本。前面說過,本田是非常重視成本的。進氣道噴射系統相對直噴系統的成本是非常低的,可以補償部分因為混合動力而必須增加的成本,使整車的成本更有競爭力。

二是,混動發動機性能要求不同。本田的i-MMD混動的工作模式決定了這是一個只需要在固定工況點高效率運行的發動機。

在傳統發動機上直噴技術帶來的高性能,快速響應,低速扭矩等優勢在混動發動機上已經不重要了,在i-MMD混動中這些全部交給電機來完成,因此直噴就不是必須的了。

三是,為了提高熱效率。沒有直噴高壓噴射系統和高壓油泵,發動機的阻力會降低,有利於實現高的熱效率。

值得注意的是,本田在這台混合動力發動機上採用了缸蓋集成的排氣管和緊耦合催化器的設計。

缸蓋集成排氣管可以利用排氣的熱量來加熱發動機冷卻液,從而使發動機能夠快速完成暖機過程,降低油耗和排放。

這台發動機催化器直接布置在缸蓋排氣出口處,採用緊耦合設計。這樣冷機啟動時,催化器快速起燃,降低冷機啟動的排放。

同時,本田在這台混動發動機上採用了前端無皮帶的設計方案。在傳統發動機設計中,前端皮帶主要用來驅動空調壓縮機,發電機和水泵。

在混合動力發動機上,由於已經有後端混動系統的發電機了,因此發動機不再需要傳統的發電機。同時,混動系統支持採用電動空調壓縮機,因此也不需要前端皮帶來驅動空調壓縮機了。

為了進一步降低阻力,提高效率,本田在這台混動發動機上採用了電子水泵的設計,因此前端皮帶就完全可以取消了。

下圖是一個對比顯示了本田傳統發動機前端驅動皮帶和本田混動發動機前端無皮帶的設計的區別。

顯然,本田這台2.0L混合動力發動機完全是根據i-MMD混動的需求定製的,發動機的設計思路完全是為了混動需求的定點工作服務的,所有的技術都服務於最高熱效率的實現,同時也非常注重成本。

毋庸置疑,這台專為混動設計的發動機代表著本田自然吸氣技術的未來。

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