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1、汽车专业 机械 毕业设计翻译外文翻译.txt我退化了，到现在我还不会游泳，要知道在我出生之前，我绝对是游的最快的那个 本文由888szq666贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 集成式发动机辅助混合动力系统 摘要 本论文介绍了用于设计和开发 Honda Insight 发动机的技术方法，一种新的发动机辅助混合 动力汽车， 其总开发目标是在广泛的行驶条件下达到当今 Civic 消耗量的一半， 实现 35km/L （日本 10-15 模式） ，3.4L/km（98/69/EC）的消耗量。为了达到这个目标，加入了许多用于 包装和集成发动机辅助系
2、统以及改善发动机效率的新技术， 开发了一种新的集成式发动机辅 助混合动力发动机系统。 这是结合了一种低空气阻力的新型轻稆车身开发的。 环境性能目标 也包括了低排放（日本 2000 年标准的一半，EU2000 标准的一半） ，高效率和杨回收性。对 消费的关键特性全面考虑，包括碰撞安全性能，操纵性和运行特性。 1 绪论 为减小汽车对社会和环境的冲击要求其更干净并且能量效率更高更节能， 空气质量更好。 降 低 CO2 排放问题作为全球环境焦点提出，解决这些问题的方法之一就是混合动力汽车。 Honda 已开发并向遍及全球的几大市场输入 Insight，新一代车辆设计。 Insight 将混合动力 系与
3、先进的车身技术特性相结合以符合取得实际的最高燃油经济性的总目标。 混合动力系是发动机的辅助并联平行结构，把 IMA 叫做集成式发动机辅助。此动力系将把 一个高效电动机与一个新型小排量 VTEC 发动机结合起来，很轻的铝车身，改良的空气动 力学以实现 3.4L/100km(CO2：80g/km)98/69/EC 燃油经济性。低排放性能也已达到 EU 排放 水平为目标。 除减速能的重用之外， 集成式发动机在典型的市区行驶加速时提供大助力扭矩， 显著地减小 了发动机拜师，提高了发动机效率。接近 56kW 每吨的功率/质量比保证了稳定的爬坡能力 和高速的常速行驶能力。新发动机技术包括促进高效快速的催化
4、剂活性化的一种新 VTEC （电子控制可变配气相位和气门升程）缸盖设计，促进稀薄燃烧能降低排放的新型稀 NOx 催化转化器，广泛的减摩及减重特色也用于其中。 2 开发目标及开发理念 开发目的在于达到极低燃油消耗量。我们定下的目标是当今产品 Civic 燃油经济性的两倍， Honda 的典型高燃油经济性轿车7.0L/100km(93/116/EC)， 因而 Insight 在世界汽油机轿车 中拥有最低的燃油消耗量。排放性能由于低燃油消耗量的缘故而趋于牺牲，但是，我们仍决 定配备其它大多数批量生产的汽车所具备的低排放性能，在回收性（另一重要环境问题） ， 碰撞安全性能以及操纵性和造型等汽车的基本性
5、能方面也有考虑。 综上所述， 我们的开发目 标如下： 世界最好燃油消耗性能 超低排放 超回收性 全世界最高碰撞安全性能水平 先进造型 实用特色和操纵灵敏性 舒适的带有个性使用空间的二座结构 3 降低燃油消耗量的策略 为了建立起取得低燃油消耗目标的技术途径， 我们对一辆装配 1.5L 发动机听 Civic 基型车辆 能量消耗进行细节分析。为取得低燃油消耗和其它上述目的，我们发现将目标效率如图形 1 所示粗略地分为三部分是十分有用的。划分如下： 发动机自身热效率的改善 混合动力装置制动能量再生和怠速止挡应用 降低重复和减小空气阻力和滚动阻力的车身技术 图 1. 两倍于 CIVIC 燃油经济性的目标
6、 我们开发这种新集成式发动机辅助动力系瞄准为 21 世纪汽车动力系建立一个基准。这种动 力系适合于下一代汽车， 同时达到了极低 3.4L/100km 极低的燃油消耗量和低废气排放性能。 本篇论文对新开发的 IMA 系统作了报告，包括用于 Honda Insight 的稀燃发动机，电动机功 率控制单元，蓄电池技术和废气排放控制技术。 4 IMA 系统的目的 为达到目的世界最低燃油消耗量，在开发下一代 IMA 混合动力系统时我们尽可能多地结合 已取得的技术方法。为达到这个目标，建立了以下四个系统开发主题： 减速能量的再生 发动机效率的改善 怠速止挡系统运用 动力系尺寸、重量的减小 5 1 系统结构
7、 图 2. IMA 系统 图 3IMA 系统的发动机速度 (rpm)/输出特性曲线 如图 2 所示，IMA 系统以发动机作为主动力源，加速时用电动机作为辅助动力 源。用电动机作为辅助动力源简化了整个系统并可采用轻型紧凑的发动机，蓄电 池和功率控制单元（PCU） 。 在发动机与变速器间布置了一个永磁直流无电刷电动机， 减速时为每个传动装置 计算出减速比，PCU 控制发电机发电（再生能量）对镍金属氢蓄电池充电，加 速时由油门开度，发动机参数，蓄电池充电状态计算出辅助动力提供量（此后称 辅助） ，PCU 控制蓄电池流向驱动马达的电流量。 5. 2 再生减速能量 通过回收再生减速能量可在加速时补充发动
8、机输出并减小油耗量。 减小包括发动 机摩擦损失在内的工作能量损失引起的阻力可增加可用的再生能， 尤其是使发动 机拜师减少到最小是减小摩擦的有效措施。降低发动机排量还有其它好处，例如 减轻重量增加热效率。IMA 系统通过优化发动机和变速箱参数有效地增加了减 速时的再生能量。 53 减小发动机排量 改善混合动力系燃油经济性中减小发动机排量是一个十分重要的因素。 但是现代 汽车须在广泛的动态范围内运行，减小排量就等于降低汽车的基本性能特征。如 图 3 所示的输出特性曲线，利用电动机的大转矩性能特征 IMA 系统在低速范围 内辅助发动机。电动机在低转速时能将总转矩提高 50%，IMA 系统取得了快速
9、重启和不可思议的平滑启动成果。 高转速范围时用电子控制可变配气相位和气门 升程发动机提高输出。因此保证了足够的峰值功率，便可用一个新的 1.0L 小排 量发动机。 54 稀燃发动机运行 基于节气门开度，以电动机辅助，创造出十分线性的转矩特性，由此改善了操纵灵活性。除 此之外，电动机辅助在中载条件下可扩大稀燃运行范围，显出了新开发稀烯发动机的潜力。 55 怠速止推系统 制动时停止发动机而不是怠速空转也是减小消耗量的有效措施。 如图 4 所示， 为了以最小消 耗量重启发动机，发动机须在打火前通过集成式发动机快速转到 600rpm 或更高的的转速。 加上发动机停止运行空转省油，可以使消耗量最小。在执
10、行怠速止挡时须注意许多问题，包 括判断驾驶者停车趋向，重启准备，提供减速平滑感，发动机停止时最小化车身振动。 Figure 4.Time (sec) The number of cranking in the engine start 图 4 起动电机的转矩 5 电动机辅助机构 6 1 开发目标 通过限速 IMA 电动机功能在阻力和再生两方面，确立的开发主题以取得以下两点： 简单紧凑结构 系统重量不大于整车质量的 10% 62 直流无电刷电动机 薄且紧凑的直流无电刷电动机具有发动机辅助和能源再生功能安装在曲轴上（图 5） ，加速 时辅助电动机是减小消耗量的十分有效的措施。这是一种高效、紧凑、轻
11、型、永磁型三相同 步电动机，最大输出功率为 10kW。除了开发技术以减轻重量、提高效率之外，我们也尽可 能把电动机做得最薄以获得紧凑的动力系。 熔模铸造法用于转子， 靠安装在曲轴上的弯曲而 旋转。与正常铸造产品相比取得了高强度更轻的重量。转子磁铁方面，对 HONDA EV PLUS 的烧结钕磁铁作了进一步的改良，扭转强度提高了近 90%，热阻也得到改良。这种设计也 使电动机无需冷却系统。 发明了一种有凸极集中绕组的可拆式定子结构并用于减小电动机的 轴向宽度。比传统波形绕法，如图 6 所示。除此之外，从铜极引出的集中配电母线卡环可用 于向定子两端线圈供电的线束固定， 这使结构变得极简单紧凑。 这
12、些改良得到了一个厚度仅 60mm 的极薄电动机，与传统技术相比在厚度减小了 40%。 图 5 电机剖面图 Wave winding 图 6 绕阻比较 Salient pole winding 图 7 电机的剖视图 63 镍金属氢蓄电池 镍金属氢蓄电池用于存储和为电动机辅助提供电力。这是一种先进的蓄电池，它安装于 HONDA EV PLUS 电动汽车上， 已经在高能蓄电池中取得了成就。 这种混合动力汽车蓄电池 以稳定输出为特色，而不管蓄电池充电状态如何，且在应用中十分耐用。蓄电池是 20 个模 块的集成结构，每个模块包括以网格状串联的 6 个 D 型单电池，这 120 个 1.2V 的单电池全
13、部以串联方式联结形成了总电池容量为 144V 的容量。 64 功率控制单元（PCU） PCU 精确控制电动机辅助/再生并向 12V 动力源提供动力，它具备内置冷却功能。这就使其 有一轻型， 有效紧凑的结构。 使用高效率冷却肋片和镁冷却套集成的购销风冷系统使重量显 著减轻。驱动马达的变压器是 PCU 内部最重要的元件，将开关元件集成为郑重三相交流的 单独模块，而在 EV PLUS 上都是分立的。驱动电路最小分并以高密度集成为 IC。这些改良 不仅使重量显著减轻，也改变了功率转化效率，更好的是，采用高效相控驱动电动机降低了 发热量，使其可以用轻型简单的风冷系统。 Figure 8.Inverter
14、 Cut view of PCU Heat Sink case 图8 7 发动机 71 开发目标 为了在广泛的工况下获得低油耗以下四点作为开发主题： 热效率改善 减小机械损失（与传统设计相比小 10%） 减小尺寸和降低重量（同类产品中最轻） EU2000 标准的一半 72 发动机总观及其规格 发动机规格如表格 1 所示，其主要新特色和他们的目的如表格 2 所示。首先，配备 IMA 系 统的汽车以接近 1000cm3 的排量为最佳，因此选择了 3 缸发动机以使燃烧室的面容比最小， 并减小机械损失。 73 油耗 由于在低转速时电动机辅助加强和 VTEC 发动机充足的峰值输出功率使得在电动机辅助动
15、力系中可以大大地减小发动机排量。 这款发动机的一个重要特色是通过稀燃技术而有显著的 改善的燃烧率。 采用了包括进气涡流口新气缸内强化涡流技术以达到这点， 通过改良指示效 率而获得的紧凑燃烧室和高压缩比对其也有帮助。 这导致了与传统稀燃发动机相比更短的燃 烧时间，在更高的空燃比下使其在更稀的范围内燃烧，显著地降低了油耗。这种强涡进气口 和紧凑的燃烧室结果是在传统 VTEC 稀燃技术上的革新。传统 VTEC 发动机中，涡流是靠 在低速工况下关闭一个进气阀门产生的， 然而在新发动机中进气阀和进气口被排式竖直结构 以在可燃物流向气缸时产生强涡流。 传统 VTEC 结构中进排气摇臂各由独立的摇臂轴支撑，
16、如图 10 所示，新 VTEC 机构将其合 成一根单独的摇臂轴，显著地减小了尺寸，还将气门角从 460 减小为 300，容许强旋涡形气 门及更紧凑的燃烧室。 图 9 发动机的侧视图 图 10 气缸的剖面图 74 减小机械损失 除了改良指示热效率，减小机械损失对改善燃油经济性也很重要，为了达到这个目标，采用 了以下低磨擦技术： 同轴滚子 VTEC 机构 活塞微波纹处理 偏置气缸结构 低张力活塞环 连杆渗碳 同轴滚子 VTEC 结构 Honda S2000 大功率跑车发动机） （ 技术向单凸轮轴 VTEC 机构的改进。 通过凸轮轴上的摇臂滑动区域使用滚针轴承可将凸轮轴驱动机构损失减小 70%。另外
17、，将 VTEC 开关活塞加入滚针轴承内轴同时减小了尺寸与重量。 图 11 VTEC 滚子剖面图 活塞微波纹处理由创造微波表面的活塞裙部处理组成， 它提高了油膜抑制性能， 使用低摩擦 损失机油时将减小近 30%的摩擦，这些功效开发了 标准相符的 0W-20 级低 粘度油，其摩擦减小效用是发动机马达试验测量的，测试结果如图 12 所示。现今发动机技 术中，HTTS 处于极限摩擦值进精度为 7.5Mpa，同先进低摩擦发动机结合应用，极限值比 当今的发动机低得多。如图 13 所示，低摩擦技术大大地减小了发动机的总摩擦力。总的来 说，与传统 1.0L 发动机相比降低了 10%以上。 图 12 摩擦减小中
18、的极限 图 13 发动机摩擦 75 减小重量 总观了发动机中几乎所有零件结构和材料，带着创造世界 1.0L 产品中最轻的发动机目的， 减轻重量甚至延伸到了骨架式结构技术和材料技术领域， 如用于 S2000 的连杆渗碳。 表面强 化处理大大加快了发动机的营运速度，我们以此为 IMA 发动机制造出更细的连杆，与传统 连杆相比重量减轻了近 30%。 图 14 磁性油底壳 大多数油底壳是用钢板或铝合金制造， 传统的镁材料已经有高温机油承受能力的问题， 与传 统材料相比，能在 1200C 以上温度承受显著落差的蠕变强度，我们开发的新型铝制的底壳 （图 14）能承受高达 1500C 的蠕变强度。油底壳用有
19、铝制垫片的钢制螺栓固定以防止电蚀。 此油底壳经铝制的轻 35%，在重量的减轻是与两金属比质量相比的 为进一步扩大 塑制零件的应用，塑制材料在进气歧管、缸罩、水泵、皮带轮等进气系统零件中得到采用， 这些变化使发动机自重小于 60kg 是世界 1.0L 产品中最小的。 76 废气排放性能 本发动机采用能同时达到稀燃和低排放的技术，显著地降低了 NOx 排量，排气系统发动机 后置改善服燃烧（图 15） 。除此之外，将排气歧管集成在缸盖上，新开发了一种能在稀燃工 况时吸收 NOx 的催化剂，能降低 NOx 排放。 Figure 15. Section view of emission system 图
20、 15 排放系统的剖面图 761 集成排气歧管和缸盖 传统缸盖每个气缸独立的排气门，在缸盖上再安装一排气歧管将这些排气门合起来。如图 16 所示，Insight 缸盖有内置的排气门合并的结构，大大地减轻了重量。小小的热辐射表面 减小了废气热损失，使催化过程更早进行。 图 16 气缸盖主视图 762 稀 NOX 催化剂 Insight 催化系统包含了 NOX 吸附材料的三元催化转化器，如图 17 所示。 Figure 17. Exhaust gas purification mechanism 图 17 废气净化装置 在稀燃工况下，废气中的 NOX 被催化剂吸附。传统三元催化在稀燃工况下，能小量
21、降低 NOX，把大部分 HC、CO 氧化成 CO2 和 H2O。由于废气中有大量的氧，所以相对少地降低 NOX，大部分 NOX 都存储于吸附材料表面。在理论空燃比和更高时，废气被阻挡，利用 HC 和 CO 作为还原剂将吸附的 NOX 还原为氮， 同时吸附过程也在进行。 因此， 利用有 NOX 吸附作用的三元催化器可有效地降低 NOX、HC 和 CO。此催化剂在稀燃和理论配比工期况 下表现出良好的转化性能，在 NOX 吸附量满载前有必要再生大气。稀燃时催化剂直接吸收 NOX，在理论配比时将 NOX 还原为无害的氮排出，此催化剂以稀燃工况直接吸附 NOX 于 表面为特征，而不是作为化合物吸附于表面
22、内，方便了减小转化，提供了更高的高温承受能 力。此催化器将稀燃工况下的 NOX 排量降低了传统的 1/10。值得一提的是其吸附转化性能 对燃料中硫含量十分敏感，因为硫会与 NOX 争夺吸附空间。传统催化器在稀燃运行时基本 没有降低 NOX 排量，因此需减小稀燃范围以降低 NOX 排量。此催化剂确保了稀燃工况下 改善燃油经济性，达到了 EU2000 标准，是遵守世界排放标准的高效稀燃发动机。 7 结论 本论文总观了新开发电动机辅助混合动力系， 对其各元件及效率与排放性能作了描述。 此动 力系同时满足了极低油耗和低排放，达到了轻型紧凑的质量，我们相信此系统能推动 21 世 纪的汽车技术。 Deve
23、lopment of Integrated Motor Assist Hybrid System: Development of the Insight, a Personal Hybrid Coupe Kaoru Aoki, Shigetaka Kuroda, Shigemasa Kajiwara, Hiromitsu Sato and Yoshio Yamamoto Honda R&D Co.,Ltd. Copyright ?2000 Society of Automotive Engineers, Inc. ABSTRACT This paper presents the technic
24、al approach used to design and develop the powerplant for the Honda Insight, a new motor assist hybrid vehicle with an overall development objective of just half the fuel consumption of the current Civic over a wide range of driving conditions. Fuel consumption of 35km/L (Japanese 10-15 mode), and 3
25、.4L/100km (98/69/EC) was realized. To achieve this, a new Integrated Motor Assist (IMA) hybrid power plant system was developed, incorporating many new technologies for packaging and integrating the motor assist system and for improving engine thermal efficiency. This was developed in combination wi
26、th a new lightweight aluminum body with low aerodynamic resistance. Environmental performance goals also included the simultaneous achievement of low emissions (half the Japanese year 2000 standards, and half the EU2000 standards), high efficiency, and recyclability. Full consideration was also give
27、n to key consumer attributes, including crash safety performance, handling, and driving performance. 1. INTRODUCTION To reduce the automobiles impact on society and the environment requires that it be increasingly cleaner and more energy efficient. The issues of energy conservation, ambient air qual
28、ity, and reduction in CO2 emissions are increasing raised as global environmental concerns. One solution for dealing with these issues is the hybrid automobile. Honda has developed and introduced to several major markets worldwide the Insight, a new generation of vehicle design. The Insight combines
29、 a hybrid power train with advanced body technology features to meet an overall goal of achieving the highest fuel economy practical. The hybrid power train is a motor assist parallel configuration, termed IMA for Integrated Motor Assist. This power train combines a highly efficient electric motor w
30、ith a new small displacement VTEC engine, a lightweight aluminum body, and improved aerodynamics to realize 3.4L/100km (CO2:80g/km) on 98/69/EC fuel economy. Low emissions performance was also targeted with emission levels achieving the EU2000. In addition to recapturing deceleration energy, the int
31、egrated motor provides high torque assist during typical urban driving accelerations. This allows a significant reduction in engine displacement and higher engine efficiency. Sustained hill climbing performance and high speed cruising capability are assured by a power-toweight ratio of approximately
32、 56kW per metric ton. New engine technology includes the application of a new VTEC (Variable valve Timing and valve lift, Electronic Control) cylinder head design promoting high efficiency and fast catalyst activation, and a new lean NOx catalyst system which promotes lean burn combustion and a redu
33、ction in emissions. Extensive friction and weight reducing features are also applied. 2. DEVELOPMENT TARGETS AND CONCEPT Development was aimed at the achievement of extremely low fuel consumption. We set a target of twice the fuel economy of the current production Civic, Hondas representative high f
34、uel economy car at 7.0 L/100km (93/116/ EC). As a result, the Insight has the lowest fuel consumption in the world, among gasoline passenger cars. Exhaust emission performance often tends to be sacrificed for the sake of low fuel consumption. However, we also decided to match the low emissions perfo
35、rmance achieved by other mass production cars. Consideration was also given to recyclability (another important environmental issue), crash safety performance, and the basic car characteristics including handling and styling. Summarizing the above, our development targets were as follows: ? The best
36、 fuel consumption performance in the world ? ? ? ? ? Ultra-low exhaust emissions Superior recyclability The worlds highest level of crash safety performance Advanced styling Practical features and responsive handling Comfortable two-seat configuration with personal utility space 3. POLICIES FOR FUEL
37、 CONSUMPTION REDUCTION In order to establish the technical approach for achieving the fuel consumption target, we conducted a detailed analysis of the energy consumption of the base car, a Civic equipped with a 1.5 liter engine. We found that it was useful to divide the targeted efficiency gains rou
38、ghly into thirds, as shown in Fig. 1, in order to achieve the low fuel consumption and numerous other above-mentioned goals. These divisions are as follows. ? ? Improvement of the heat efficiency of the engine itself Recovery of braking energy and employment of idle stop using a hybrid power plant ?
39、 Car body technologies including reduction of weight and reduced aerodynamic and rolling resistance. Figure 1. Target of double the fuel economy of CIVIC Aiming to establish a benchmark for 21st century automobile power trains, we developed this new Integrated Motor Assist power train. This power tr
40、ain simultaneously achieves both extremely low fuel consumption of 3.4L/100km, and low exhaust gas emission performance, befitting a next-generation car. This paper reports on the newly developed IMA system, including the lean burn engine, electric motor, power control unit, battery technology, and
41、exhaust emission control technology used in the Honda Insight. 4. AIM OF THE IMA SYSTEM While developing this next-generation IMA hybrid system, we incorporated as many currently achievable technologies and techniques as possible, in order to achieve the worlds lowest fuel consumption. The following
42、 four system development themes were established in order to meet this target. 1. Recovery of deceleration energy 2. Improvement of the efficiency of the engine 3. Use of idle stop system 4. Reduction of power train size and weight 5. OVERVIEW OF THE IMA SYSTEM 5.1. SYSTEM CONFIGURATION As shown in
43、Fig. 2, the IMA system uses the engine as the main power source and an electric motor as an auxiliary power source when accelerating. Using a motor as an auxiliary power source simplifies the overall system and makes it possible to use a compact and lightweight motor, battery, and power control unit
44、 (PCU). Figure 2. IMA System A permanent magnet DC brushless motor is located between the engine and the transmission. When decelerating, the rate of deceleration is calculated for each gear and the PCU controls the motor to generate electricity (recover energy), which charges a nickel-metal hydride
45、 battery. When accelerating, the amount of auxiliary power provided (hereafter called assist) is calculated from the throttle opening, engine parameters, and battery state of charge. The PCU controls the amount of current flowing from the battery to the drive motor 5.2. RECOVERY OF DECELERATION ENER
46、GY Recovering deceleration energy through regeneration makes it possible to supplement the engines output during acceleration and reduce the amount of fuel consumed. Reducing resistance due to running losses, including engine frictional losses, increases the available energy for regeneration. In par
47、ticular, minimizing the engine displacement is an effective means of reducing friction. Engine displacement reduction also has several other benefits, such as weight reduction and increased thermal efficiency. The IMA system effectively increases the amount of regeneration during deceleration by opt
48、imizing the engine and transmission specifications. 5.3. REDUCTION OF ENGINE DISPLACEMENT Reducing engine displacement is a very important factor in improving fuel economy of a hybrid drive train. However, modern automobiles have to perform over a wide dynamic range. Reducing the displacement is equivalent to lowering the basic performance characteristics of the car. As shown in the output characteristics graph in Fig. 3, the IMA system assists the engine in the low rpm range by utilizing the hightorque performance characteristic of electric motors. The motor can