近年來台灣汽車市場有幾項重大改變,其一是重新開放柴油動力車款上市,其二就是Hybrid動力車款的導入,兩者都具備傑出的節能與環保功效。放眼國內車壇,最早搶灘者TOYOTA Prius與FORD Escape Hybrid(採用TOYOTA的Hybrid技術),目前Hybrid市場有愈來愈熱鬧的趨勢,如TOYOTA導入三代Prius,之後將再接再厲引進Prius c與Prius Plus-in,高級品牌Lexus旗下Hybrid車款則是全數到齊,CT200h更創下月銷售破百輛的佳績!HONDA不甘示弱,除了既有的Insight之外,近期更引進動感十足的CR-Z,未來不排除導入Civic Hybrid,其他品牌如M-BENZ、BMW等也都有Hybrid車款供消費者選擇。然而Hybrid真的是低污染、低油耗的萬靈丹?以下將就國內現有的Hybrid車型進行動力系統的優劣分析。
Hybrid系統概略可分為串聯式、並聯式、混聯式三種設計,串聯式設計就是「增程車」所採用的架構,以小排氣量引擎驅動發電機,發電機與電池系統供應馬達電力驅動車輪,引擎並沒有直接驅動車輪。目前國內並沒有串聯式Hybrid車型上市,近期將導入國內的車款為AUDI A1 e-tron增程車,因此關於串聯式Hybrid系統將於最後討論,首先來瞧瞧並聯式Hybrid設計。
並聯式設計的定義,就是馬達與引擎可以同時間輸出扭力於輪胎上,目前國內車壇上,最具代表性的並聯式Hybrid車款為HONDA CR-Z,採用1.5L小排氣量汽油引擎,電動馬達直接配置在引擎的飛輪位置,引擎與馬達之間沒有離合器,引擎轉速就等於馬達轉速,搭配手排或CVT無斷變速系統,引擎運轉時,馬達擔任動力輔助地位,一起將扭力輸出至變速箱。
此設計的優點為結構簡單,研發與製造成本較低,減速時,馬達亦能充當發電機,回收減速動能,亦具備怠速自動熄火功能,對於節能亦有不小的貢獻。但缺點是馬達體積小、功率低,僅能擔任動力輔助,不能獨挑大樑,車輛靜止時,無法單靠馬達驅動車身前進,必須啟動引擎一起帶動車體,不能像電動車一樣以純電力行駛數公里。CR-Z僅能在低速、低負荷條件下,以純電能狀態行駛幾秒鐘,在行駛過程中,引擎幾乎都處於運轉狀態。相較下,混聯式設計具備較大的彈性,不但能靠純電力行駛數公里,在低負荷狀態下,引擎可長時間處於熄火狀態,因此論及節能功效與寧靜度表現,CR-Z依然不及採用混聯式設計的TOYOTA Prius。實際駕馭,其實CR-Z開起來的感覺,就像是一部排氣量1.8L的三門掀背車,熱血的排氣聲浪依然存在,絲毫沒有「電動」氣息,與Prius可說是背道而馳,但是在激情之餘,仍可兼顧油耗表現。
Hybrid油電混合動力大觀(中)
本篇將要述說混聯式Hybrid系統,無庸置疑,目前僅有TOYOTA、VW Group、M-BEZN、BMW等少數大規模汽車集團擁有此技術,然而目前價格最平易近人的混聯式Hybrid車款,無疑就是TOYOTA Prius,其重要科技不只在Hybrid系統,其引擎設計更具有與眾不同的獨特性。
Prius在變速箱內安裝兩只電動馬達,再加上Atkinson循環引擎的助力,以及0.25Cd超低風阻外觀,平均油耗達到優異的26.3km/L水準。
話說HONDA CR-Z是一輛「開不出電能感」的運動型Hybrid掀背車,然而HONDA也是針對並聯式Hybrid系統,走出一條節能+性能「中先偏右」的獨特風格,然而Prius則是一輛走左派溫和路線的油電混合動力車,在述說科相關技之前,首先來探討一下何謂混聯式Hybrid(即Full Hybrid系統)。基本上,並聯式架構雖然是引擎與馬達一同將扭力輸出至變速箱,但是在馬達並無法單獨驅動車輛前進達數公里,還是要靠引擎的功率輸出才能正常行駛,混聯式設計則不然,在靜止狀態,Prius可以切換成純電能模式行駛,引擎完全不需要啟動,可以當作純電動車使用,進出室內停車場完全不會排放廢氣,光此優勢就打死並聯式設計!
再者,CR-Z的並聯式設計,馬達與引擎之間沒有變速或離合機構,引擎轉速就是馬達轉速,混聯式設計則不然,馬達與引擎之間不會相互牽制,轉速可以不同步引擎轉速愈高功率愈大,馬達則是以低轉速、大扭力見長,混聯式設計可以發揮兩者的最佳運轉功效,因此在節能方面,並聯式設計始終不是混聯式的對手。然而混聯式設計結構極為複雜,研發單位必須具備獨立研發多檔位自排變速箱的能力,此外還要精通馬達等相關科技,此外再加上高昂的製造成本,因此目前混聯式Hybrid車款相當稀少。
Prius以傳統自排行星齒輪變速箱為基礎,在齒輪組上巧妙地配置大小兩顆電動馬達,小馬達負責啟動引擎與發電,大馬達負責功率輸出與回收減速時的動能(同樣具備發電機功能),變速箱可說是Prius的科技核心。然而在引擎部分,Prius可說是暗藏玄機!一般的汽油引擎都採用「Otto循環」設計,就是基本的進氣→壓縮→點火膨脹→排氣等四個循環,曲軸必須旋轉兩圈才能完成(720度),然而Prius則是採用「Atkinson循環」,運轉方面也是按照上述四個步驟,但是曲軸只要旋轉一圈(360度)即可完成四個行程。此外,在壓縮過程中,藉由進氣端氣門延遲關閉設計,將燃燒室中部分燃油氣體「擠回」進氣歧管,製造膨脹比大於壓縮比的特性,保有高壓縮比+長衝程活塞的特性,加上稀薄燃燒技術的運用,有效提升燃燒效率,但是又不會產生擾人的爆震問題,因此Prius並未藉助缸內直噴科技,已將壓縮比調高為13:1,缸徑×衝程=80.5×88.3mm,引擎運轉效率相當優異。
然而Atkinson循環引擎毫無缺點?答案當然是否定的,否則市售引擎早就全面拋棄Otto循環設計,事實上,Atkinson循環引擎結構不但複雜,且不適合高轉速運作,亦不適合增壓架構等大扭力輸出,僅適合用在Hybrid動力,配合馬達的扭力輸出,以中、低轉速運行,排氣量雖然達到1.8L,比CR-Z還大,但是引擎最大馬力僅有100hp,相當於1.6L引擎。論性能,CR-Z比Prius更富有駕馭樂趣,並非TOYOTA不想在加速方面多所著墨,而是受到結構上的限制。
然而Prius平均油耗表現達到26.3km/L(經濟部能源局實測數據),目前是台灣節能車型第一把交椅,比CR-Z的21km/L更為優異。雖然說Prius破百萬的價格,如果平日行駛里程不夠長,就經濟方面來看依然不划算,然而接單價台幣87萬元的Prius c就具有高度競爭力,油耗表現更勝Prius!因此不論是Prius或是月銷售破百輛的CT200h,在Hybrid節能車型上都只是個開端,未來TOYOTA勢必會將此科技下放到更小的車上,再加上Plug-in的應用,達到真正符合經濟效益的環保車,挾帶混聯式Hybrid+ Atkinson循環引擎科技,面對歐洲的柴油動力Hybrid車型也毫無懼色!
Prius c以台幣87萬元接單價切入國內市場,價格相當具有競爭力,對於經常與車為伍的業務從業人員而言,無疑是生意上的一大幫手。
Prius c排氣量比Prius更小,節能功效更為優異,加上更低廉的價格,上市後的銷售成績引人注目。
Hybrid關鍵科技除了引擎與馬達間的匹配問題外,電池的發展也是重點,待日後加以詳述。