本田Insight与Civic混合动力汽车修理手册

1997年，本田公司开发出第一代混合动力系统（Integrated Motor Assist，IMA）。1999年12月，搭载IMA系统的本田Insight混合动力汽车在美国正式上市，本田汽车公司成为第一个在北美销售混合动力汽车的公司。2003年，装配第二代IMA系统的四门小型轿车Civic投放市场，深受消费者欢迎，它们均为并联混合动力汽车。

1.IMA混合动力系统和工作过程

IMA系统的主要部件包括一台1.3L、VTEC4缸汽油机，一台高功率的超薄永磁同步电动机，一台无级变速器（CVT）和一个智能动力单元（In-telligent Power Unit，IPU）。智能动力单元由一个动力控制单元（Power Con-trolUnit，PCU）、一组高性能镍氢蓄电池和1个空调控制单元组成。汽油机和电动机布置在车辆的前部，智能动力单元布置在车辆的后部，IMA系统的工作过程如下：

（1）起动加速 发动机以低速配气正时状态运转，同时电动机提供辅助能量。

（2）急加速状态 发动机以高速配气正时状态运转，此时电池会提供额外的功率给电动机与发动机共同驱动车辆，改善整车的加速性能。

（3）低速巡航状态 发动机的4个气缸阀门全部关闭，燃烧停止，车辆以纯电动状态驱动车辆。

（4）一般加速或高速巡航 发动机以低速配气正时状态运转，单独驱动车辆。

（5）减速状态 发动机关闭，电动机（此时作为一个发电机）在电动机控制传输系统的帮助下将机械能最大限度地转换为电能，储存到电池组中。

（6）停车状态 发动机自动关闭，减少燃料损失和排放。

2.发动机

2006款Civic混合动力1.3L发动机以2005款1.32L传统发动机为基础，对部件进行了改进：主要采用了可变气门配气相位和气门升程电子控制（i-VTEC）和智能化双火花塞顺序点火技术（i-DSI）以及可变气缸管理技术（VCM），实现了超低油耗，提高了燃油经济性。新系统提供了低速、高速及间歇3种模式的配气正时状态，通过4个气缸全部间歇，可以提高减速时的能量回收效率，是目前最为先进的气门控制技术。

（1）i-VTEC系统 可变气门配气相位和气门升程电子控制通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，使发动机在不同转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。在发动机低速运转时，通过主进气门和辅助进气门之间的升程差创造一个合理的涡流比，实现良好的性能。而在高速时维持了传统4气门发动机的高功率输出，从而保持了低油耗性能。

i-VTEC系统通过ECU控制程序调节进气门的开启和关闭，使气门的重叠时间更加精确，达到最佳进气、排气，进一步提高了发动机功率，而且帮助发动机在汽车减速时减少能量损失。

（2）智能化双火花塞顺序点火系统 智能化双火花塞顺序点火系统（i-DSI）把通常1个气缸1个火花塞控制点火方式改为在1个气缸上安装2个火花塞，分别设在进气侧和排气侧，缩短了燃烧室内火焰传播的时间，实现了全域范围内的急速燃烧，同时降低了燃爆倾向，使得大幅度提高压缩比成为可能，同时实现了高输出功率、高输出转矩及低油耗。本田汽车公司独有的双火花塞连续控制系统是根据发动机转速和负荷状况来编制的。当燃料化合物进入燃烧室，第1个靠近入口的火花塞点火；不久后，靠近排气口的第2个火花塞点火，促进燃烧过程。与单一的火花塞系统相比，该系统使燃烧更加完全，使发动机输出功率更大，油耗更少，排放降低。

（3）可变气缸管理技术 可变气缸管理系统是对上一代的3缸间歇系统的改进，可实现气缸全部间歇。电动机（同时作为发电机）附属在发动机的机轴上，发动机需要在减速时提供尽可能少的阻力，使电动机能够更高效地给电池充电。传统的发动机在减速时，气缸活塞的运行将提供一定阻力（或者叫做发动机制动），VCM消除了这种影响，使再生制动系统能够尽可能多地回收能量。

3.电动机

IMA电动机是一个三相超薄永磁同步电动机，安装在发动机和CTV之间，最大能够提供15kW的功率和139N·m的辅助转矩。电动机提供辅助推动力给发动机或在低速行驶状态下提供动力，也作为发电机在减速和制动时回收动能给电池充电。电动机的辅助使整车的动力性得到了很大的提高，其功率和转矩曲线如图12-46所示。

电动机使用一种最新的不对称线圈缠绕结构，这种线圈缠绕密度更大。这使得电动机最大功率和最大转矩与2005款Civic混合动力电动机相比分别增加了50%和14%，转换效率由原来的94.6%提高到96%。本田汽车公司单独研制的用于控制电动机速度的换流器与电动机的电控单元（ECU）集成在一起，采用数字式通信方式，使控制更为准确，提高了电动机的效率和混合动力系统的燃油经济性。

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图12-46 混合动力功率和转矩曲线

注：1lbf=4.44822N；1ft=0.3048m；1HP=745.7W。

4.电池

电池是混合动力系统的一个重要环节，储存电力的多少直接影响到汽车的续航里程。新的混合动力系统采用最新研制的高效镍氢蓄电池，它比上一代提升了30%的蓄电能力，电池电压由144V升高到了158V，专门设计的电池箱外形紧凑，冷却性和减振性也更好，为电池长期稳定地工作提供了保证；采用全新的松下双模包装，与前代相比减轻了重量，增加了电流的效率，体积减小了12%，节省了更多的空间。

5.混合式空调压缩机

Civic的车内空调采用专门设计的“混合式”空调压缩机，可以由发动机或电动机驱动，也可以由两者一起驱动。当发动机不工作时，电动机就可以驱动这个小巧的空气压缩机继续工作，保证车内的温度。如果外面温度特别高，需要高速制冷，单靠电动机驱动已经不行，发动机系统会自动起动，将冷气源源不断地供到车内。当车内温度已经稳定到最佳水平时，发动机又会自动关闭，从而减小油耗。

6.再生制动系统

IMA电动机能够在制动、稳定行驶、缓慢减速或滑行时作为一个发电机，通过再生制动回收动能和以电能的形式将这些能量存入电池中。当制动时，制动踏板传感器给汽车IMA计算机IPU一个信号。计算机激活了制动系统制动主缸中的伺服单元，使机械制动和电动机能量回馈之间的制动力均衡，得到最大的能量回馈。本田汽车公司原来的IMA系统是事先固定制动能量分配比率，低于最大能量回馈，而且没有可变的比例；新系统更少依赖传统制动系统，并且减少了发动机的能量损失，能量回收能力比2005款Civic增加了70%，而且燃料供给更加节约。

7.系统控制

IMA系统的功率是通过智能动力单元（IPU）控制的，其安装位置在后轮座下，IPU由动力控制单元、一个可再充镍氢蓄电池模块和一个制冷单元组成。

动力控制单元作为IPU的核心部分控制着电动机辅助功能，制动回馈和电池（包括IMA电池包和12V电池）充电、放电。动力控制单元通过节气门开度、发动机参数和电池包的荷电状态来决定电能辅助的多少，其主要组成部分有电池监控模块（Battery Condition Monitor，BCM）、电动机控制模块（Motor Control Module，MCM）和电动机驱动模块（Motor Drive Module，MDM）。第四代IMA系统使用最新的计算机芯片技术，动力控制单元的反应时间比以往的任何一代都要快。而采用最新开发的逆变器和DC-DC转换器帮助IMA系统全面提高了其最大功率。完整的制冷系统降低了由电流进、出电池包产生的热量，制冷系统模块安装在电池箱外部，内部箱体中的空气不断从后座下的通风管内溢出。

（1）电池监控模块 电池监控模块（BCM）监控的电池信息主要有SOC、电池保护需求信息、电池温度等。通过温度传感器、电压传感器和电流传感器监控主体电池，测定充放电比率，且将信息提供给BCM。BCM控制IMA电池在理想的状态（20%～80%）下工作，同时防止额外的电量消耗和电池过充。电池监控模块同时控制着电池制冷风扇的运行。

（2）电动机控制模块 电动机控制模块（MCM）控制着电动机的各种行为，是一个低压的计算机，主要功能如下：

1）与发动机控制模块通信，决定车辆的运行状态，同时将系统中检测到的问题传输给ECM。

2）与电池监控模块通信，获得电池模块的荷电状态。这个信息用于保护电池模块和保持适当的充电平衡。

3）与仪表板连接，始终显示IMA系统条件和运行状态的信息。

4）电动机驱动模块接收电动机的整流信息，通过电压转换模块控制电动机功率逆变器。

（3）电动机驱动模块 电动机驱动模块（MDM）控制电动机辅助发动机并给电池充电，可实现电流在电动机和电池之间的双向传递。其内部主要为一个逆变器和电压控制单元。在电动机处于辅助状态时，能量由电池模块通过逆变器转换从直流电变为三相交流电传给电动机。同时，MCM收到3个电动机整流传感器反馈的信息，得到电动机的状态信息，通过在准确的时间控制三相电流的相位来确保电动机的正确运行。电压转换模块收到的MCM命令，通过控制绝缘栅双极晶体管的开启和关闭来满足系统的要求。在制动时，电流从电动机到电动机控制模块，电动机产生三相交流电，通过逆变器转化为直流电后给电池充电。