如何砍掉變速箱和引擎飛輪?《Honda Fit e:HEV》與《Toyota Hybrid》油電科技較勁(二)

 

上回提到Honda《Fit e:HEV》的二項Hybrid優勢,其一是都會油耗相對優異,其二是加速性能更為出色,本回將好好解釋一下《Honda》《Toyota》Hybrid系統結構設計差異,並準備論述Fit e:HEV未來能否熱銷的關鍵點,如果您急著想知道答案,請直接跳至第三篇報,將會有詳盡的說明。

【第一回】 平均油耗26.9km/L不輸Toyota!淺談《Honda Fit e:HEV》與豐田之油電科技差異(一)

▲這是Honda之前的Hybrid系統,僅以傳統引擎架構塞入飛輪馬達,並沒有消弭飛輪與變速箱,圖中依然可以看到傳統CVT鋼帶變速系統,而且體積也不算小、重量不輕,油耗也沒有非常省,以下會有說明,如果真的很利害,就不需要大改造了!所以今日的Fit e:HEV完全不是這樣的設計,然而這有一段進化故事,第三篇會有詳解,其實源頭還有另一家日系車廠。

無飛輪、無變速箱

Honda、Toyota、Nissan之Hybrid節能關鍵

話說這世上不只Toyota與Honda有Hybrid動力,很多車廠從大到小如Ford、Hyundai、Mitsubishi、Subaru、Mercedes-Benz、BMW、Audi…通通都有Hybrid動力,在此不是指12或48V輕油電,對Toyota或Honda來說,這種雕蟲小技頂多節省5%或最多10%的油錢,可能還不夠支付更高的車價與保養費!也不保證能通過往後10年、20年嚴苛的環保法規!所以在此乃是指高電壓Hybrid或外部插電複合動力PHEV。

然而這麼多款Hybrid當中,目前僅有Toyota、Honda、Nissan、Mitsubishi等少數廠商,真的可以做到無引擎飛輪、不使用傳統變速箱的境界。這有什麼差異?首先一般乘用車引擎怠速轉速就有500~1000rpm那麼高,最佳工作轉速則是在2000~4000rpm之間,如果要用來驅動輪胎,必須要有減速齒輪機構,也就是所謂的變速箱,目前趨勢與主流為8AT或7速DCT,結構趨於複雜、齒輪數量偏高,慣性阻力與摩擦阻力不在話下,成本當然也不低,只因模組化與大量生產的緣故,所以新車售價沒有那麼高。

▲這是Toyota早期的Hybrid系統,今日則是越做越小,便於下放在Altis以下的車款,就結構設計來說算是複雜,雙馬達,再加上一組行星齒輪組,最為引擎與馬達之間的轉速與扭力調節與銜接,並達到電動式無段變速的境界,但引擎沒有飛輪,也看不到傳統4AT或是8AT變速箱,圖中的鍊帶不是CVT,而是連結差速器取代沉重齒輪的功用。

Hybrid車型

售價

長寬高mm

重量

kg

最大

功率

市區油耗

km/L

高速油耗

km/L

平均油耗

km/L

0-100

km/h

Fit e:HEV 1.5

預售

86.9萬

4054*1695*1535

1251

80kW

39.57

能源局有誤?

22.69

26.9

官方

9.4秒

Altis Hybrid 1.8

87.9~

90.9萬

4630*1780*1435

1395

90kW

24.8

23.0

23.6

約10.5秒

Corolla Cross Hybrid 1.8

90.9~

97.5萬

4460*1825*1620

1425

90kW

22.82

21.35

21.9

約11.5秒

然而只要有變速箱,就會需要引擎飛輪這東西,換檔瞬間的動力空窗期,必須藉由飛輪慣性維持引擎轉速,如果引擎轉速掉下去會怎樣?答案是換檔過程會有明顯的頓挫感受,而且容易損壞引擎與變速箱。不過飛輪與變速箱這二樣高慣性、高阻力的結構,無疑是性能與節能的大敵,但是二者卻又不能省略,於是內燃機就這樣背負著百年重擔甩都甩不掉!即便內燃機效率越來越好,但節能表現卻沒有達到線性進化,根本就是擠牙膏狀態一點一滴成長,太慢!

直到Hybrid系統出現,Toyota率先拋開引擎飛輪與傳統變速箱這二樣包袱,而且發生時間乃是在20多年前,不只是Hybrid動力先驅,更重要的是,20年前的Toyota Hybrid車款的市區油耗已經非常非常省,當年堪稱是「省到個不像話」的境界!原因其實不只是《Hybrid科技》而已,更重要的是少了飛輪與傳統變速箱二大累贅,引擎效能得以充分發揮,即便當時還沒有PHEV,Toyota Hybrid車款的能量來源全靠汽油,但油耗數據只有一般引擎車款的一半,別以為全部都是電能系統的功勞!由此不難想像少了飛輪與傳統變速箱有多麼大的差異。

▲這就是行星齒輪的結構,4AT需要2組、6AT需要三組,8AT通常需要四組,就功能來說雖然強大,但是就節能來說,越多越不利。

▲Mercedes-Benz的Hybrid系統乃是在變速箱內加入馬達設計,並沒有移除沉重且龐大的變速箱,看到這麼複雜的結構,怎麼可能談省油呢?

▲Subaru也有Hybrid動力,因油耗成績不容易通過台灣Hybrid車款補助門檻,所以遲遲未能導入台灣,顯然如果不能拿掉飛輪與變速箱,根本不可能達到Toyota或是Honda那般出色的油耗成績,並輕易通過優惠補助門檻。

*為何之後也有非常多的廠商推出Hybrid動力,但是油耗成績都不如Toyota出色?因為多數車廠並沒有拿掉飛輪與變速箱,有此二大累贅,汽油Hybrid的油耗成績最多媲美柴油引擎,不可能追平Toyota或今日的Honda。

*在此為何還要兜一大圈討論飛輪和變速箱?因為以前的Fit Hybrid仍有這二樣東西!Honda僅將馬達設置在飛輪上而已,後端還有一個傳統的CVT變速箱,充其量只是「塞入馬達」便宜行事的動力改造,非全新設計與嶄新思維的Hybrid動力。但今日的《Fit e:HEV》真的拿掉了飛輪與變速箱,所以油耗成績才會如此出色,方能直接挑戰Toyota!所以Fit Hybrid為何要改名為Fit e:HEV?因為是不同世代、不同設計,必須加以區隔。

Toyota Hybrid多了一組行星齒輪

Fit e:HEV沒有任何變速齒輪機構

單就Hybrid機械結構設計來看,Toyota《Altis Hybrid》與《Corolla Cross Hybrid》為了在任何速度與各種引擎轉速下都能進行「純電、油電、純油」等不同模式切換,因此設計出一套略顯複雜的機械結構,不但具有雙馬達設計,而且還有一組行星齒輪,作為引擎與馬達間的轉速和扭力調節,慣性與摩擦阻力雖然沒有傳統變速箱那麼大,但是Fit e:HEV並沒有這項設計,馬達動力就是直輸給發電機,90km/h以上則是直輸給輪胎,沒有變速箱也沒有行星齒輪。

因此論及慣性與摩擦阻力,Fit e:HEV比Altis Hybrid或Corolla Cross Hybrid更有優勢,這也是Fit e:HEV市區油耗相當出色的關鍵之一。補充說明:4AT內有二組行星齒輪、6AT內有三組行星齒輪、8AT內有三~四組行星齒輪,增添任何行星齒輪組都有增加阻力的疑慮。

但究竟是Toyota的多功設計較好?還是Honda的簡化結構較棒?其實沒有定論。整體來說,Toyota因為引擎動力可以隨時輸出至輪胎,因此適合配置大馬力引擎,發展「性能Hybrid」相對受歡迎。

至於Honda的新世代Hybrid系統,就算配置大馬力引擎,市區低速行駛依然只能當發電機使用,無法將扭力直接輸出至輪胎,所以似乎沒有發展大功率Hybrid的絕對必要性,通常都是當「實用型都會節能車款」使用,發展方向沒有那麼寬廣多元。但是Honda的結構相對簡單,有助於壓低成本,異地生產也相對容易,體積與重量也相對輕盈,容易下放於小車當中。但是Honda發展初期,因產量與產能都不能和擁有20多年歷史的Toyota相比,所以Fit e:HEV的售價不算和藹可親,不過仍在可接受範圍內。

然而Honda與Toyota的Hybrid系統之所以這麼省油,另一個原因在於二者都採用了「進氣汽門延遲關閉」系統,也就是所謂的《米勒循環》設計,可以大幅提升壓縮比,增進引擎的熱效率,不過最大功率將會比同排氣量引擎更小,不一定適合應用在非Hybrid動力一般市售車上面。

然而米勒循環科技乃是Mazda的專利,雖已過期,但容易產生拾人牙慧的負面印象落人口實,所以Toyota與Honda都宣稱這是Atkinson阿金森循環,但這絕對不是真正的Atkinson循環設計,純粹是一種「聽不懂就覺得很厲害」的感受!這就是行銷與包裝。更詳細的引擎結構先不在這裡談論,以免節外生枝過於冗長無法結案,之後將和Nissan的可變壓縮比引擎一起討論,至於下回合將會論斷Fit e:HEV未來銷售命運之關鍵點。

▲Honda的e:HEV心一代Hybrid動力採用模組設計,體積小,重量輕,可以輕易塞入小車的引擎室,異地生產也相對容易,但初期因產量與規模限制,成本難以壓低。

▲Toyota的Hybrid系統比較容易調校成性能版本,如RAV4 PHEV就是一個例子,可惜導入台灣大約要200萬元,相信許多消費者都會直呼~為何不直接買特斯拉電動車!

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