《TOYOTA Hybrid科技》優劣分析(四)外部插電《RAV4 PHV》節能+性能 通殺!

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▲以結構來說,e-CVT適合發展外部充電式Hybrid車款,如RAV4 PHV,可兼顧油耗與加速表現。有人開始期待RAV4 PHV了嗎?0~100km/h僅區6秒喔!

上三回分別介紹了01. Honda CR-V Hybrid原廠稱之為「e:HEV」的油電混合動力科技結構與運作,還有Toyota、Subaru、Nissan等「對手們」的架構及平均油耗比較。02. 縱橫20年的Toyota Hybrid科技「引擎+雙馬達+行星齒輪組」結構篇。03. 複雜的Toyota Hybrid系統運作分析但尚未完全剖析完畢。最終回(四)除了要將Toyota Hybrid結構運作完整解釋清楚之外,並加上優缺點分析。

《CR-V Hybrid》油耗不輸《RAV4油電》(一)您所不知的《Honda黑科技》

《CR-V vs RAV4 油電爭霸戰》(二)縱橫20年的《Toyota Hybrid黑科技》

《CR-V Hybrid》vs《RAV4 Hybrid》(三)油電混合動力《Toyota黑科技》

▲這也是Toyota e-CVT的結構解說圖,引擎單向離合器改為一般離合器,相對於H廠、N廠的設計「更難被理解」!

▲經過多年演變,結構越來越小,但散熱則是另一個疑慮,所以Toyota Hybrid車款的加速性能,向來都沒有調得很強悍,以免減損壽命。

▲e-CVT早期使用鍊條帶動傳動系統,之後改為齒輪帶動,並有效縮減馬達體積,20年來不斷在改進,加速反應也越來越線性。

獨家「B檔」但不是您想的那樣!

在第三回的報導當中,介紹了Toyota e-CVT Hybrid科技的「前四種」行駛模式,如欲深入瞭解請看第二、三回之科技報導,至於「第五、第六、第七種模式」就是本回的分析重點:

一  MG2做功「純電」行駛模式  馬達運作相對省電

二  MG2+MG1做功「高功率純電」行駛模式  動力更大但相對耗電、僅於必要時使用

三  MG2+引擎做功 油電複合「固定齒比」行駛模式  主要應用於都會區中低負荷行駛狀態相對節能

四  MG2+MG1+引擎做功 油電複合「無段變速」行駛模式  可對應各種速度與高負荷需求但相對耗能

五  引擎+MG2做功、MG1發電 油電複合「充電」行駛模式

當電池模組電力低於約30%以下,此時就需要引擎帶動MG1發電機為電池模組充電,為了避免過度消耗電池模組的電能,MG2馬達功率輸出會適時調降,甚至「罷工」都可以!成為純引擎驅動狀態,除非重踩油門,否則MG2不會強力介入車輛加速,此時主要動力來源為引擎。

為了同時滿足電池模組充電與車輛加速動力,此時引擎轉速會持續拉高,甚至達4000rpm以上,乘客可能會聽到較明顯的排氣聲浪、也可能會感受到輕微震動(車型不同感受也不同),而且引擎轉速「不一定」會隨著車速波動,此刻絕對是Toyota e-CVT Hybrid系統最吵、最不舒適的一刻。所幸Toyota引擎的運轉精緻度都設計的不錯,加上電池模組容量不像PHEV車款那麼大,充電時間不需要太長,「吵一下下」不會令人太煩躁。當然啦,如果是Lexus豪華車款,噪音與震動問題就會變得非常輕微,並不會對乘客造成舒適方面的困擾。

六  MG2馬達轉換發電機「回收減速動能」模式

此點其實不需要說明!因為所有的Hybrid系統都有這項功能,就是回收減速或下坡動能,此乃Hybrid動力之所以省油的關鍵之一。方法很簡單,就是當駕駛者鬆開油門、驅動輪馬達不需要做功時,系統就會讓驅動馬達暫時轉換成發電機,藉此回收減速動能。

如此一來,油電車爬上山所消耗的動力,下山時不就「通通補回來了」?全部儲存在電池模組之中,這樣不就超省油?這只是理想狀態,實際上差得遠!首先,馬達當發電機使用時,發電效能並不好(第三篇報導有解釋),所以Hybrid車輛於上坡所做的功,下坡過程並無法被有效回收,所以各車廠幾乎都不提供「動能回收效率」相關數據,因為…真的不高、會被打臉、不如緘默!

相信某些讀者可能會這樣想:為何不在輪軸上加個「發電機」,專門回收減速動能,絕對比馬達充當臨時發電機來得有效率不是嗎?其一,小功率發電機成效不彰、大功率發電機成本偏高。其二,重量與慣性阻力都會變高,難道還要額外加上一組離合器?那成本不就更高。其三,就算有專門發電機回收減速動能,但電池模組容量不夠大也沒用!比如說上坡開了10公里,結果下坡僅3公里電池模組就已「滿電」開始打飽嗝!其餘7公里下坡所發的電不知道要存哪裡?除非您相信世上真的有電光人…

對車廠來說,與其再加上一組高功率發電機,不如加大電池模組比較實際,換句話說,不如直接發展可外部充電的PHEV,方能回收更多下坡減速動能。

七  MG1發電+MG2放電+引擎煞車 「陡下坡專用」B檔減速放電模式

幾乎」所有的汽車媒體,不論大小或專業,不論是平面還是數位或是名嘴,都說B檔具有「強化下坡動能回收的功效」,真的是~錯!錯!錯!

那汽車媒體為何會這麼說?因為在試車簡報時,講師確實曾這麼說過,媒體就信以為真囉!反正是官方的說法,就沒有明確查證,加上e-CVT Hybrid稍嫌複雜,許多汽車編輯就算看了也未必能懂,最後造成這樣的結果並不意外但純屬意外。當然啦,官方講師並沒有說Toyota的Hybrid車款會飛天、潛水、遁地…反正沒人會信!

Toyota Hybrid車款所配置的B檔,主要功能是在下坡過程提供更強勁的「滑行阻力」,類似純油動力車款的「引擎煞車」,目的在於「行車安全」,並沒有強化發電的效能。相反地,B檔具有消耗電池電力的能力!因為B檔的工作原理,乃是將MG1發電機轉為馬達使用,帶動引擎於不供油狀態下空轉,消耗電能並增加e-CVT系統的摩擦阻力,達到更強的下坡滑行阻力,降低煞車耗損與過熱等問題與危機。

下坡狀態啟動MG1馬達消耗電能還有一個目的,就是避免電池模組過度充電、產生高熱、減損壽命,有趣吧!這也是電池模組容量不夠大的煩惱!

還有,馬達與驅動輪處於經常性接合狀態的e-CVT系統,不能以驅動輪貼於地面長途拖行,會造成馬達持續發電,電池模組會過度充電產生高熱而毀損,甚至會有「起火燃燒」的可能性!相信Nissan e-Power與Honda e:HEV也有類似的禁忌。

B檔建議僅在「長途陡下坡」使用!畢竟是MG1當馬達消耗電能,外加引擎空轉「減損陽壽」的自尻作法!運作方式帶有武俠小說中「七傷拳」的奧秘,經常使用難保不會有內傷疑慮!

▲B檔位乃是以MG1發電機充當馬達使用,帶動引擎空轉消耗電能並增進系統摩擦阻力,於陡下坡行駛時減少煞車使用機率,屬於安全設計,並沒有「增進下坡動能回收效率」這種事!99%的汽車媒體都曾做出錯誤的報導!

▲e-CVT的行星齒輪組包在MG1馬達內部,結構複雜、精密,設計與調校困難,想要修改也難!

▲因體積龐大、結構複雜、成本偏高,所以e-CVT不容易下放於小車身上,但全新的Toyota直三引擎將帶來轉機,之後再來分析。

整體來說,Toyota的e-CVT Hybrid系統的最大缺點就是結構相對複雜,介紹Honda e:HEV油電系統時,只用了「第一篇」就解釋完畢,但「二~四篇」通通都在講e-CVT,說真的,編輯表示有點累,邏輯不易,論述架構難掌握,相信讀者讀起來也不輕鬆,這樣還不夠複雜嗎?

複雜的缺點就是體積大、系統重、成本高、產能低、調校費時、修改不易、散熱難處理,如果未來要用這套Hybrid系統取代從大到小所有的燃油引擎,工程相對浩大、投資相對驚人、時間相對吃緊。

e-CVT的次要缺點就是行星齒輪組帶來較大的慣性與摩擦阻力,如果要達到優異的油耗成績,必須使用「節能功效更為優異的引擎」。如此一來,不只是引擎成本相對高,還有一個問題就是這具節能引擎「能不能兼顧加速性能」?事實上Nissan e-Power剛上市時,銷售量之所以能貼著Toyota Hybrid動力車款窮追猛打,有一個重要因素就是e-Power車款「加速更快」!關於節能引擎設計,在下回的「Honda CR-V Hybrid系統優劣分析」一併說明,這篇拖很長了!

那e-CVT的優點呢?那就是在多數情況下,都容易達成純電、純油、油電等相輔相成之功效,配上省油但排氣量並不算小的2.5升Dynamic Force引擎,可以輕易發揮優異的加速性能,而且可以在純油或純電緩緩行駛狀態,一下變成「油+電」複合動力戰鬥狀態,並能對應各種引擎轉速與車輛時速,發揮空間寬廣,節能之餘,還能有效增進駕馭樂趣。此外對應上坡路段,油+電的加速反應更是直接又順暢。有人開始期待RAV4 PHV了嗎?0~100km/h僅區6秒喔!

《CR-V Hybrid》油耗不輸《RAV4油電》(一)您所不知的《Honda黑科技》

《CR-V vs RAV4 油電爭霸戰》(二)縱橫20年的《Toyota Hybrid黑科技》

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