Honda第三代i-MMD概要 - 房車

Honda進入Earth Dreams世代後，共推出了三款油電混合技術：單馬達油電系統「SPORT HYBRID i-DCD」、雙馬達油電系統「SPORT HYBRID i-MMD」以及三馬達油電系統「SPORT HYBRID SH-AWD」。

http://i.imgur.com/crNl4qW.jpg

主要用於中型車以上車種的i-MMD系統，全名為「SPORT HYBRID Intelligent Multi-Mode Drive」，以「EV Drive Mode」「Hybrid Drive Mode」「Engine Drive Mode」三種驅動模式，針對各種路況提供最適當的驅動型式。

SPORT HYBRID i-MMD系統主要包括：「Atkinson循環引擎」、「整合驅動用和充電用雙馬達以及離合器的E-CVT（Electric Coupled CVT）」、「整合變頻器、電壓控制以及馬達控制的PCU（Power Control Unit）動力控制單元」以及「整合鋰電池和相關控制模組的IPU（Intelligent Power Unit）智慧動力單元」。

隨著2013年9代 Accord Hybrid 首度導入市售至今，已經發展到第三世代，並已搭載於2017年發表的10代 Accord Hybrid，以及2018年發表的第3代 Insight。歷代以來，持續針對引擎、馬達、PCU和IPU等主要部件進行改良，進入第三世代的i-MMD系統，除了將2.0L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎的熱效率突破40%，更首度導入熱效率達 40.5% 的 1.5L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎，成功將這套油電系統Downsizing。

根據《日経xTECH》的報導，由於i-MMD系統Downsizing化，成本也逐漸降低的關係，未來有機會從第四代Fit Hybrid開始，逐步導入小型車的動力編成中。

順應環保與綠能趨勢，Honda 立下「旗下四輪產品於2030年時，全球販賣台數中的三分之二為電動化車款」的目標，逐漸進化的i-MMD系統，將會在這計畫中，扮演相當重要的角色。因此本篇將會針對這套油電系統，介紹其技術架構和歷代演進。

【系統主要架構】
http://i.imgur.com/3PlES0l.jpg

■ Atkinson循環引擎：結合Honda獨創的i-VTEC技術和Atkinson循環，達成優異的熱效率。i-MMD演進至第三代，2.0L引擎的熱效率從39.1%提升至40.6%，壓縮比從13.0提升至13.5，1.5L引擎則具備同排量頂尖的40.5%熱效率。
■ E-CVT（Electric Coupled CVT）：整合發電用馬達和驅動用馬達，以及可直接傳輸引擎動力的離合器。
■ PCU（Power Control Unit）：有i-MMD系統的總教練或是領隊之稱，控管系統整體運作。整合將交流電轉為直流電並控制兩組馬達的PDU（Power Drive Unit），以及將電池電壓升壓並供應給馬達VCU（Voltage Control Unit）。在第三代i-MMD一般車型上，則將原先在IPU內的12V DC-DC轉換器整合至PCU內。
■ IPU（Intelligent Power Unit）：整合鋰電池、12V DC-DC轉換器以及相關控制ECU的電力模組。在第三代i-MMD一般車型上，原先在IPU內的12V DC-DC轉換器，則整合至PCU內，並改善冷卻系統設計，讓IPU體積更為縮小，可置於一般房車的後座下方，將尾廂容積提升至汽油車型般的水準。

【驅動模式】
http://i.imgur.com/SEJ9TXI.jpg
http://i.imgur.com/oSLAsdV.jpg

■ EV Drive Mode：起步以及引擎效率較差的行駛速域，或是在高速行駛時，電量充足的狀況下，透過鋰電池供應電力給驅動馬達的行車模式。該模式下，行駛中不使用汽油。
■ Hybrid Drive Mode：高負載行駛狀態，或是電量較低時，透過引擎的高效率區間，驅動發電用馬達。由發電馬達產生的電力，再供應給驅動馬達，實現兼具省油且有力的行駛模式。當有更高出力的需求時，電池也會加入提供電力。
■ Engine Drive Mode：高速巡航時，透過離合器直接結合引擎和傳動軸。以適合高速巡航的齒比，搭配Atkinson循環的高效率區間，實現省油的巡航過程。

http://i.imgur.com/V1Itff6.jpg

註：在Hybrid Drive Mode和Engine Drive Mode下，會針對行駛狀況，對電池進行充電，或是透過電池提供電力輔助。

【一般油電系統和i-MMD的差異】
並聯式油電（如Honda IMA）：
Honda的初代和二代Insight所搭載的「Honda IMA」系統，採用引擎為主、馬達為輔的並聯式油電。輕量、體積小等特色雖然適合小型車，但發電效率和行駛中的輔助性能有所極限。
http://i.imgur.com/ctJzAHM.jpg

串聯式油電：
一般常見的串聯式油電系統，基本上以引擎驅動發電馬達，將電力提供給驅動用馬達，再將動力傳輸至車輪。在時常走走停停的市區，行駛過程中發電可以非常有效率。但在高速巡航或是低負載的狀況下，和串聯式相比，引擎直接驅動車輪的方式，還是較為高效率，這是目前串聯式油電所需面對的課題。
http://i.imgur.com/TrjftB8.jpg

SPORT HYBRID i-MMD：
Honda的著眼點，是將一般串聯式油電較不擅長的低負荷區域，提高效率。透過獨家的直接連結離合器設計，在市區行駛時，引擎可結合發電機發電，高速巡航等低負載路況時，引擎可直接傳輸動力給車輪。藉此從根本解決串聯式油電所面對的課題，並提供EV、Hybrid以及Engine等三種動力模式，讓i-MMD車款能因應各種路況，可以是電動車、油電車以及汽油車。
http://i.imgur.com/QBB3NlZ.jpg

【搭載車款】
一般版本：
Accord Hybrid
Odyssey Hybrid
STEP WGN Hybrid
CR-V Hybrid（首度將AWD導入i-MMD系統）
Insight

http://i.imgur.com/Cl4T5Pw.jpg

Plug-in版本：
Clarity PHEV（首度導入1.5L引擎）
9代 Accord Plug-in Hybrid（已停產）

http://i.imgur.com/HsvpBAe.jpg
http://i.imgur.com/ZNsLzht.jpg

■ 歷代i-MMD簡介
【第一代】
2012年，Honda發表了第一代SPORT HYBRID i-MMD系統，並於2013年隨著Accord Hybrid正式推出。有別於以往引擎為主、馬達為輔的Honda IMA油電系統，這回的i-MMD系統，改由馬達領銜主演，熱效率達38.9%的2.0L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎則擔當所謂的名配角。

http://i.imgur.com/xuNjJ6q.jpg

為了追求省油表現和爽快的駕馭感受，Honda為i-MMD系統設計了高扭力、高輸出以及體積精巧的馬達，其中的定子也採用有利於縮小體積的分布繞線方式。透過可發揮「magnetic torque（定子和磁石間，相吸和互斥時產生的扭矩）」以及「reluctance torque（定子吸引鐵芯時產生的扭矩）」最大值的磁路設計和獨門的磁石配置，達成307 N-m的高扭力表現。

http://i.imgur.com/CZJD8yc.jpg

而藉由升壓器可提供最大700V的驅動電壓，讓這組輕巧馬達具備124kW的高輸出表現。此外，由於可針對行駛狀況進行升壓調整，使得i-MMD系統從市區 到高速行駛等駕駛域，皆能保持在高效率行駛狀態。

http://i.imgur.com/GowHnuJ.jpg

為了確保馬達的高輸出與高扭力性能，並穩定的面對各種行車情境，在線圈上端的適當位置設計了冷卻油管，採用油冷系統為馬達進行冷卻。

http://i.imgur.com/lEs5Kkp.jpg

Honda在馬達的開發設計上，針對材料部份，一直以希望減少重稀土元素的使用為目標。自2008年起，鋱元素的使用量已達成零含量，更進一步朝減少使用鏑元素邁進。針對過往鏑元素散布在本體各處的磁石，這次的新技術已可將鏑元素僅使用於磁石表面，大幅降低重稀土元素的用量。

http://i.imgur.com/JYm9mia.jpg

由於從低速域至高速域的行車過程中，基本上都是由馬達負責驅動，因此在i-MMD系統當中，引擎轉為支援馬達發揮最大性能的輔助角色。這具專為i-MMD系統設計開發的2.0L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎，結合Honda獨創的i-VTEC技術，使「Atkinson循環」更能發揮出更為優異的熱效率，創造出兼具省油表現和高輸出的極致性能。無論是在Hybrid Drive Mode或是Engine Drive Mode，皆能提供高效率的行駛表現。

http://i.imgur.com/18r3K7n.jpg

透過Honda獨創的VTEC+VTC技術，實現有助於提升熱效率的「Atkinson循環」。和僅有VTC機構的Atkinson循環相比，結合i-VTEC技術，更能發揮Atkinson循環的優勢。由於VTEC使用了針對「汽門揚程量」與「汽門正時」的兩組凸輪，除了具備Atkinson循環本身低油耗的優勢，更能在需要充沛動力時，提供高出力的表現。再藉由電子化VTC針對進氣閥門相位，進行連續控制，讓VTEC和Atkinson循環的效果更為提升。

http://i.imgur.com/bzi1M4W.jpg

在VTEC可變汽門正時與揚程機構中，「省油用凸輪」具備了較廣的作用角，讓進氣閥開啟時間較長。進氣閥延遲關閉的關係，一部分汽缸內的混合氣體會回到進氣口內，形成膨脹比較壓縮比大的「Atkinson循環」，提升省油性能。而「出力用凸輪」則能讓氣門較使用「省油用凸輪」時早關閉，增加空氣進氣量，並提供適合提升出力的汽門正時。

http://i.imgur.com/8dsd9bK.jpg

在電子VTC連續可變汽門正時控制機構的部分，將一般使用油壓進行凸輪相位連續調整的「VTC」電子化，並安置於進氣端凸輪。當省油用凸輪運轉時，讓進氣閥延遲關閉，增加Atkinson循環的熱效率提升效果，並在氣門提前關閉時，增加冷卻 EGR的導入量，針對駕駛情況，提供最適當的正時控制，提升省油性能。而當出力用凸輪運轉時，可針對低轉速域以及中高轉速域，進行最適當的氣門正時控制。透過VTEC的連動，不只能在各種行駛狀況下，保持高效率運作，同時實現與「SPORT
HYBRID」相呼應的高動力性能。此外，由於VTC作動改為電子化，在引擎剛啟動等低油壓狀況下，也能進行汽門正時的控制，確保引擎剛啟動後保持高效率。當引擎啟動的時候，在壓縮行程中延遲氣門關閉時機，進行減低缸內壓力的排壓動作，降低啟動時的振動，讓行駛體驗更為順暢。

為了讓燃燒過的氣體以再循環的方式，作為進氣氣體的一部份，針對為廢氣進行減低NOx的EGR系統中，導入了EGR冷卻器。除了防止廢氣在冷卻至約100℃的高負荷狀態下易產生爆震現象，也降低了冷卻損失。此外，由於廢氣再循環的效果，可增加節流閥開度，對降低pumping loss也有顯著的成效。

http://i.imgur.com/Tjmz1dS.jpg

這具全新開發的引擎，將冷卻泵浦改為電子化，讓冷卻水流量不必伴隨引擎轉速，進行更為緻密的溫度管理，有助於提升熱效率。此外，由於採用EPS、電動空調的關係，省去了附件皮帶，降低摩擦損失。

http://i.imgur.com/HuOeCXU.jpg

在高速巡航時，透過「引擎直結離合器」將引擎輸出軸直接連結傳動軸，以「Engine Drive Mode」進行驅動。藉由適合高速行駛的最佳齒比，發揮Atkinson循環的高效率運轉效果。

http://i.imgur.com/NgfZGhU.jpg

有i-MMD系統總教練或領隊之稱的PCU，負責直流電與交流電的轉換，以及兩具馬達的控制。整合了PDU、必要時提供驅動電壓700V升壓控制的VDU，以及控制馬達的ECU。跟過往的IMA相比，提供10倍以上的高輸出，並在升壓迴路中，以直接水冷方式為散熱片基座進行冷卻，提升冷卻效率。是一個集合複數機能且體積小的控制模組，並可安置於引擎室內。

http://i.imgur.com/mMbI5tR.jpg

整合鋰電池、12V DC-DC轉換器以及相關控制ECU的IPU，主要負責馬達的電力供應，並釋出輔助電力，以及儲存發電馬達產生的電力和動能回收電力。當中的高輸出、大容量鋰電池，性能較過往的鎳氫電池大幅提升，透過獨家技術，降低內部阻抗，提供過往IMA系統約3.5倍的出力密度，以及約1.7倍的能量密度。因此，除了提高EV Drive Mode的頻率，提升省油表現外，也讓行駛感受有良好的回饋感。

http://i.imgur.com/OxFtAIs.jpg

主要諸元（LFA- MF8）
2.0L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎
排氣量(cc)：1.993
缸徑×衝程(mm)：81.0×96.7
壓縮比：13.0
最大輸出(kW[PS] /rpm)：105 [143] /6,200
最大扭力(N-m[kgf-m]/rpm)：165 [16.8] /3,500 - 6,000

馬達型式：MF8 交流同步馬達
最大輸出(kW[PS] /rpm)：124 [169] /3,857 - 8,000
最大扭力(N-m[kgf-m]/rpm)：307 [31.3] /0 - 3,857

動力用主電池(種類/個數)：鋰電池/72
綜效輸出：146 kW（199 PS）


【第二代】
2016年，第二代i-MMD系統隨著9.5代Accord Hybrid正式推出。包含引擎、E-CVT、PCU以及IPU等部件皆進行改良，使得綜效輸出從146 kW（199 PS）提升至158 kW（215 PS），並首度導入SPORT模式，除了維持優異的省油表現外，更增添駕駛樂趣。

2.0L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎方面，最大輸出從105 kW [143 PS]提升至107 kW [145 PS]，最大扭力則從165 N-m提升為175 N-m。

http://i.imgur.com/egSZnaR.jpg

馬達部分，透過線圈繞線方式以及構造的改良，體積較前代縮小了23%，而動力輸出和扭力也有顯著的提升。最大輸出從124 kW提升為135 kW，最大扭力則從307 N-m提升至315 N-m。

http://i.imgur.com/nkLODC6.jpg

引擎直結離合器則提升了容許負載上限，讓動力提升的引擎更能發揮性能。

PCU部分，重量減輕27%、體積縮小約23%、功率密度則提升了25%。

http://i.imgur.com/tPBQfVd.jpg

IPU在硬體部件的組成和輸出跟前代相同，但體積縮小了30%以上，重量減輕約13%。

http://i.imgur.com/G0wDRT3.jpg

主要諸元（LFA-H4，CR-V為 LFB-H4）
2.0L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎
排氣量(cc)：1.993
缸徑×衝程(mm)：81.0×96.7
壓縮比：13.0
最大輸出(kW[PS] /rpm)：107 [145] /6,200
最大扭力(N-m[kgf-m]/rpm)：175 [17.8] /4,000

馬達型式：H4 交流同步馬達
最大輸出(kW[PS] /rpm)：135 [184] /5,000 - 6,000
最大扭力(N-m[kgf-m]/rpm)：315 [32.1] /0 - 2,000

動力用主電池（種類/個數）：鋰電池/72
綜效輸出：158 kW（215 PS）


【第三代】
2017年底，第三代i-MMD系統同樣伴隨大改款Accord Hybrid正式登場。2.0L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎的熱效率從39.8%提升至突破40%，並首度導入無重稀土元素的雙馬達，降低成本和重量。而原先在IPU內的12V DC-DC轉換器整合至體積和前代相同的PCU內，並改善IPU冷卻系統設計，因此讓IPU體積更為縮小，可置於一般房車的後座下方，將尾廂容積提升至汽油車型般的水準。

http://i.imgur.com/RK2tOii.jpg

在準備進入2018年的前夕，一般版本的i-MMD系統有了新的變革，Honda宣布第三代Insight將重新問世，首度導入熱效率達40.5%的1.5L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎。

http://i.imgur.com/sHW6RPc.jpg

2.0L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎部分，以Honda首具熱效率突破40%的2.0L汽油引擎為目標，進行開發。除了同樣使用Atkinson循環和冷卻EGR系統之外，將進氣閥門改為鏡面處理、排氣閥門改為封入納元素的閥門，讓壓縮比從原先的 13.0 提升至 13.5。而為了降低熱損失，採用能產生高EGR化、高流動滾流進氣口設計，實現高速燃燒。其他引擎構造，則降低曲軸、活塞、凸輪軸等活動件的機械磨耗損失，並進行引擎的最佳化，讓這具引擎的熱效率提升至40.6%。

http://i.imgur.com/CPy0AZd.jpg

而在1.5L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎方面，主要針對熱效率改善、燃燒改善、降低摩擦力以及輕量化進行設計。

http://i.imgur.com/o5bTxas.jpg

透過高流動滾流進氣口設計，更容易升成強大的滾流，讓缸內氣體流動和空燃比的均質度獲得改善，有利於急速燃燒。為了降低冷卻損失並提升熱效率，汽缸頭和活塞設計為能最佳化S/V比（表面積/容積）的燃燒室形狀。當氣門開啟時機延遲時，降低排氣損失，而關閉時機提早時，則減少內部EGR，創造有利於Atkinson循環的高膨脹比。針對爆震改善的部分，在汽缸套與汽缸套間設置間隙，提升冷卻效果，並在排氣閥中空部為填入納元素，有利於抗爆震。

為了降低摩擦損失，汽缸內部採用進化型平頂珩磨工法，導鏈和搖臂添加PTFE（氟素樹酯），並使用超低緊迫油封。而活塞使用適合HPDC（High Pressure Die Casting）高壓壓鑄的新開發材料，進行有利於輕量化的設計，實現同缸徑中世界最為輕量化的活塞。此外，藉由汽缸頭薄型化和凸輪軸中空徑擴大，也有助於引擎本身的輕量化工程。

馬達部分，首度使用完全不具有助於確保耐熱性的重稀土元素（鋱、鏑）的銣磁石。為了解決耐熱性，採用了軸芯冷卻方式，由轉子的轉軸供應ATF冷卻油，以離心力原理將磁石進行冷卻，並結合過往從定子上方滴油的冷卻方式，提升馬達整體的冷卻性能。

http://i.imgur.com/jcmMWVL.jpg

在IPU（Intelligent Power Unit）的部分，藉由鋰電池模組體積縮小化、各部件設計更為緊湊、冷卻系統最佳化，並將DC-DC轉換器整合至位於引擎室的PCU（Power Control Unit）模組內，讓IPU總體積縮小了32.1%，重量也減輕了10%，同時可以讓IPU模組設計於後座下方，使Accord Hybrid具備 549L 的行李廂空間（Insight為519L），並支援 6/4 分離椅背傾倒。

http://i.imgur.com/lDAOvFt.jpg
http://i.imgur.com/8w8Lt9H.jpg

■ 2.0L 版本（LFB-H4）
2.0L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎（LFB）
排氣量(cc)：1.993
缸徑×衝程(mm)：81.0×96.7
壓縮比：13.5
最大輸出(kW[PS] /rpm)：107 [145] /6,200
最大扭力(N-m[kgf-m]/rpm)：175 [17.8] /3,500

馬達型式：H4 交流同步馬達
最大輸出(kW[PS] /rpm)：135 [184] /5,000 - 6,000
最大扭力(N-m[kgf-m]/rpm)：315 [32.1] /0 - 2,000

動力用主電池（種類/個數）：鋰電池/72
綜效輸出：158 kW（215 PS）


■ 1.5L 版本（LEB-H4）
1.5L DOHC i-VTEC Atkinson循環引擎（代號 LEB）
排氣量(cc)：1,496
缸徑×衝程(mm)：73.0×89.4
壓縮比：13.5
最大輸出(kW[PS] /rpm)：80 [109] /6, 000
最大扭力(N-m[kgf-m]/rpm)：134 [13. 7] /5, 000

馬達型式：H4 交流同步馬達
最大輸出(kW[PS] /rpm)：96 [131] /4,000 - 8,000
最大扭力(N-m[kgf-m]/rpm)：267 [27.2] /0 - 3,000

動力用主電池（種類/個數）：鋰電池/60
綜效輸出：113 kW（153 PS）

--