本田汽车未来环境策略

1本田汽车未来环境策略1.引言汽车是当前最重要的交通工具。该交通工具在西方国家已经十分成熟，但近几年来仍然表现出强劲的发展势头，这在亚洲国家尤其如此。伴随着汽车的发展，环境问题也在变化之中。环境问题包括20世纪40年代以来美国的废气污染以及近几年来影响全球变暖的全球变暖问题。本田汽车一直在解决这些环境问题，并且随着时代的变迁开发了多样化的技术。本文便介绍了这些方法。2.汽车作为交通工具在日益增长130年多前第一部汽车问世。今天，汽车已经成为交通工具的主力军。图1示出了美国和日本的各种交通工具。在美国，汽车占交通工具总数的88%，而在日本，汽车占交通工具总数67%。图1交通工具市场份额而且，据预测，将来在亚洲，交通工具向汽车的过渡将加速，结果大大增加了汽车的数量。（图2）图2自有汽车的预测数量3.解决废气排放问题的方法二十世纪40年代，加利福尼亚的洛杉矶出现了光化学烟雾问题。结果，该州开始推行最初的排放规定。1970年，开始实施被大家称为“马斯基法”的CAA（洁净空气法）。1973年，没有采用氧化催化剂的本田CIVICCVCC在世界率先遵守该法令。CIVIC混合动力车现在符合AT–PZEV，在过去近40年中，它将二氧化碳排放量降低到千分之一。（图3）图3排放量的变化另外，虽然本田汽车在全球范围的年销售总数已经增长到大约3百万，但由于减少排放量技术方面的进步，本田汽车的总排放量却在下降。（图4）图4本田汽车总排放量的变化4.全球变暖和能源问题由于平均温度升高基本成为目前热门话题，所以，对于汽车，减少二氧化碳排放量，即全球变暖问题，迫在眉睫（图5）。另外，我们还面临着以原油价格上涨为代表的能源问题。因此，需要在汽车节能方面进一步改进。其他汽车汽车航空铁路航空日本美国资料来源：DOT，US/MLIT日本（单位：万分之一）亚洲欧洲北美资料来源：IEEJ亚洲/世界能源前景其他符合1973年马斯基法的CVCC发动机HC标准（7方式）马斯基法在40年中1999年末，本田汽车获得SULEV证书2002年I–VTEC发动机（SULEV）0级I级加利福尼亚（年）执行排放标准的年度汽车总数本田新汽车的排放量（吨/年）美国日本欧盟日本、美国和欧盟的汽车总数（单位：百万）本田汽车估算值2图5全球平均温度变化5.环境技术问题的变化如前所述，迄今为止，改善空气质量一直都是关心的焦点，但随着减少二氧化碳排放量的技术的发展，减少二氧化碳排放量变得越来越重要。而且，根据判断，将来需要更加重视在能源问题方面采取措施（图6）。图6环境问题的变化6.减少二氧化碳排放量的方法为了减少二氧化碳排放量，本田汽车在技术开发方面作出了以下努力：1．开发高效汽油发动机2．推广混合动力发动机3．开发在清洁性能方面与汽油发动机相当的柴油发动机。＋4．开发实用的FCV。下面，关于第1和2个问题，我打算以CIVIC和雅阁混动力车技术开发为例。温度计测量的温度与1961–1990期间平均温度的温差年数据：IPCC今天能源气候变化大气污染对该问题的关注程度可再生能源减少的二氧化碳排放量减少的排放量时间开发2005年型雅阁混合动力系统本田汽车有限公司内容提要2005年型雅阁混合动力系统开发用于增强V6豪华轿车驱动性能，同时又达到小型四缸轿车的燃料经济性。基础V63.0升发动机配备了汽缸管理系统以提高可以再生的能量，而且还采用电动机助推器扩大三缸运行范围，从而提高燃料经济性。在高压电气设备采用了新技术的IMA系统包括式样精致的变频器芯片以及采用内部永磁（IPM）转子。结果该系统将昀大功率和昀大转距分别提高了20%和26%。采用高电压驱动器的混合动力压缩机用于增加怠速停机的商业吸引力。为了弥补采用IMA系统导致的重量增加，保险杠以及一些其他部件采用了铝材以减少重量。采用这些技术的目的是提高燃料经济性从而达到与小型四缸CIVIC轿车相当的燃料经济性，即该数字在美国市内达到29英里/加仑以及在美国高速公路达到37英里/加仑。引言为了改善环境状况并减少消耗的矿物燃料资源，对拥有高燃料经济性和低排放量的汽车的需求在不断增长。因此，大量的注意力聚焦在采用混合动力系统的高燃料经济性汽车。为了响应对提高燃料经济性和降低排放量的需求，本田汽车在1999年推出了拥有超高燃料经济性的混合动力车Insight（1）（2）并在2001年推出了小型混合动力车CIVICHybird（3）。对于2005年型雅阁Hybrid，本田汽车提供的V63.0升发动机拥有可变汽缸管理系统（VCM）（4）、汽缸怠速系统并采用了五速自动变速装置，该款汽车在常用车速下拥有卓越的效率可以提高汽车在美国市场的吸引力。该汽车采用经过重新设计的IMA系统从而根据CIVICHybrid（混合动力车）装备的系统提高效率。实现高燃料经济性和开发目标过程中的问题为了使CIVICHybrid达到高燃料经济性，发动机的排量，即主要的动力源，从基础发动机的1.5升降低到了1.3升，并采用了电动机助推器系统。电动机助推器增加的动力不是设计用于增强动态性能，而是补偿降低发动机排量导致减少的功率。雅阁Hybrid采用的V63.0L发动机配备了VCM，这意味着当后面一排3只汽缸关闭时发动机在1.5升排量下有效运行。这样，从提高燃料经济性角度看，VCM获得的效果同以前通过降低CIVICHybrid发动机排量得到的效果，这样电动机助推系统增加的功率可用于提高动态性能。.因此，开发新系统的目标是采用VCM有效降低发动机排量，这样可以开发出与现有3.0升型卓越的动态性能相结合、拥有的燃料经济性与小型四缸CIVIC轿车相当的中型混合动力车（图1）。本文将讨论为了提高燃料经济性而采用的技术、IMA系统以及有助于实现燃料经济性目标和驱动性能的汽车技术。图1：性能-燃料经济性提高燃料经济性的混合动力系统和技术如图2所示，新式IMA系统采用了与CIVIC混合动力系统相同的布置和配置。将电动机置于发动机与发动机变速器之间的动力系在汽车的前部，而有高电压144V电池和动力控制设备（PCU）的综合动力设备（IPU）则在汽车的后部。该系统通过敷设在汽车前部与后部之间的三相高电压电缆实现电气连接。图3示出了动力系的外部视图。为了提高燃料的经济性，在现有怠速停机功能、动力助推器和再生系统增加了与汽缸头怠速系统一起运行的电线驱动(DBW)和转矩管理控制器。另外，电动机和高电压电气性能燃料经济性：市内（英里/加仑）其他L4其他V5设备的功率增大以提高（增强？）整个基础汽车的动态性能。图4示出了各种系统对提高基础汽车燃料经济性所作贡献的比例。对于以前的系统，提供的助推动力用于协助发动机转矩；而对于有VCM的新系统，除了该功能，助推动力还用于扩大汽缸怠速运行范围，从而进一步提高燃料经济性。为了有效利用动力，采用了图5所示的、燃料消耗昀少的驱动形式作为基本控制形式。电动机提供的动力用于提高汽缸怠速频率。即使在系统从三缸恢复为采用原汽缸怠速形式的六缸运行时的温和加速情况下，使用电动机助推器也可以使三汽缸保持运行。监视制动压力则可以在制动期间提高发电机再生功率并启动汽缸怠速，从而提高汽车的再生能量。图6示出了加速期间发动机转矩和电动机转矩相对于动力装置中分布的总转矩的概念图。发动机和电动机的转矩分布取决于曲轴的目标转矩，同时关注能源管理系统。除了前面讨论的扩大了汽缸怠速范围，当油门踏板开度小时，该系统还减少了燃料并采用电动机转矩驱动汽车，从而进一步提高了燃料经济性。图7示出了该系统内三缸和六缸运行范围。采用电动机助推器则使三缸可以在老式型号需要六缸运行的范围内运行。图2IMA系统配置图3IMA动力装置视图图4对提高USLA4型燃料经济性所作贡献的比例图5实际驾驶时的三缸运行]图6实际驾驶期间运行形式汽车速度V63.0升I–VTECVCM发动机智能动力设备（IPU）DC无刷电动机电动机助推器再生小型5ATV63.0升I–VTECVCM发动机DC无刷电动机小型5AT市内：29英里/加仑高速公路：37英里/加仑（包括协同作用）（包括协同作用）怠速停机空气动力以前的3缸运行新开发的三缸运行时间时间3缸运行范围扩大电动机功率助推器再生发动机转矩发动机转矩动力装置转矩6缸3缸时间停止供应燃料电动机转矩电动机转矩时间助推器再生图7三缸和六缸运行动力装置配置和IMA系统发动机/变速器用作雅阁Hubrid主要动力源的V63.0升发动机配备了日本INSPIRE和美国Odyssey采用的VCM系统，它通过使一排汽缸中气门瞬时关闭以及按照驱动负荷变化采用三缸运行降低了进压排气损失。为了提高汽车在美国市场的吸引力，采用了在常用车速下拥有卓越效率的5速自动变速装置以及新开发的旋轮线电气油泵，如图8所示。该电气油泵使怠速停机系统运行时关闭的液压回路中油压保持稳定，从而保证了启动齿轮式离合器拥有刚性连接以达到平稳出发的目的（图9）。图10所示的快速反应销止离合器用于进一步提高燃料经济性。新离合器的反应时间是原型号的三分之一，所以将燃料经济性提高了大约1.9%。（图11）图8电气油泵图9IMA启动特性曲线图10高速销止离合器图11优化销止离合器的扭转震动减震器特性有电动机助推器的六缸动力装置转矩有电动机助推器的三缸6缸区3缸区发动机速度变速箱电动机旋轮线型油泵节气门(G)加速没有电气油泵有电气油泵时间：秒转矩变换器盖板销止离合器活塞隔膜弹簧涡轮机燃料经济性（英里/加仑）以前的系统快速反应的销止离合器IMA系统除了使IMA系统比CIVICHybrid采用的设备更加先进，还提高了动力并缩小了电动机、高电压电气设备和电池尺寸使它们与V6发动机和雅阁车身相称。电动机对于电动机，旧型号采用的表面永磁（SPM）转子被内部永磁（IPM）转子取而代之以便有效利用磁阻转矩（图12）。另外，内置在转子内部的稀土磁体热阻提高，其昀大能量乘积提高了大约15%。以前采用的电磁式拾波传感器已经被分解器式传感器代替。由于探测旋转转子位置的精度提高以及采用了矢量控制器，所以提高了效率。这些方面的增强使昀大转矩提高了大约26%、昀大功率提高了大约20%，并且与Civic采用的电动机相比，在所有范围内的效率提高了1–3%。（图13）。图12电动机转子视图图13电动机性能曲线高电压设备缩小IPU尺寸的目的是与增大的功率保持一致并使将在下面讨论的混合压缩机变频器可以安装在单独的高电压装置中。图14示出了IPU配置。安装在IPU的变频器中有式样精致的绝缘门电路双极晶体管（IGBT）芯片使损失减少，而采用的内置模式电容器以及元件数量的减少则使变频器的尺寸缩小了50%（图15）。DC–DC变流器中采用了数字信号处理器（DSP）。采用数字而非模拟控制器则使输出电流可以提高60%，并且设备的尺寸缩小了17%（图16）。尽管IMA系统的功率提高，但开发的新技术却使IPU体积减少了5%，甚至在安装了混合压缩机变频器时也是如此。图14IPU系统图15变频器系统视图以前的电动机转子新开发纤维绕组硅钢磁体磁体助推器启动电动机(Nm)功率助推器再生电动机速度（转/分钟）混合空调变频器进气管排气管变频器12VDC–DC变流器电动机/电池ECU电池盒以前的变频器新开发电容器电容器散热片变频器变频器散热片图16DC–DC变流器尺寸高电压电池和电池盒与CIVICHybrid中一样，采用了镍金属氢化物（Ni–MH）电池模块。与铅酸电池相比，Ni-MH电池特点是：单位功率密度更高、能量密度更高以及使用寿命更长。对于雅阁Hybrid，为了使再生功率和助推功率实现需要的增长，所以进行了修改。为了提高功率，集电器的形式修改为降低内部电阻。集电器形式发生的变化，如图17所示，使得焊接点的数量增加并使集电器中电流密度均衡，结果使内部电阻降低了大约39%。(Fig.18).为了缩小电池盒的尺寸，以前的大尺寸一体化塑料模制盒（6）被组合型电池盒取代。尺寸的缩减以及元部件组合既提高了装配的便利性，又将电池盒尺寸缩小了大约10%（图18）。图17集电器板图18电池盒对比冷却系统与CIVICHybrid一样，雅阁Hybrid中