時下主流汽車省油科技趨勢

記者:文/Hayabusa、整理/Ero 2008-07-09

油價高漲,老百姓還是得用車,不過如果光靠駕駛/車主平常良好的用車習慣而不去「動到車」的話,能省的油畢竟有限。車廠若是能夠生產很省油的車,甚至是使用替代能源不用油的車,那才是消費者的福氣啊。目前車廠在汽車省油與替代能源的研發上,主要是朝著柴油、混合動力、電動車、燃料電池車、生質燃料車等方向,我們在三月份的特別企畫中曾經為大家簡單介紹過這些技術的優缺點,在這次的特輯中,我們就進一步對於這些技術中的相關關鍵機構。讓大家能對於這些技術有更深的概念。

汽油「高貴」 柴油順勢殺出搶地盤

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▲BLUETEC是德國汽車工業協會的登錄商指的標,就是更潔淨的柴油動力技術

先從在歐洲風行已久,在國內則已逐步從休旅車擴及到一般房車的柴油引擎車說起吧,柴油引擎早已不是什麼新鮮玩意兒,但是為何以前多半都只在商用車、貨車上見到主要原因就在於排氣污染與震動噪音方面的問題。但是隨著科技進步,這些問題已經逐漸被改善,其中最重要的技術要算是高壓共軌噴油與壓電式噴嘴機構了。

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高壓共軌噴油簡單來說是以蓄壓方式將燃油經由金屬管(就是那個「軌」啦)分支至各個噴嘴以高壓方式噴射燃油,由於各噴嘴是獨立控制,因此可以達到相當精準的噴油。
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這其中壓電式噴嘴又扮演著相當重要的角色,這種噴嘴以1600大氣壓力以上的壓力將燃油從噴嘴上的數個微小孔穴中噴出,因為所噴出的燃油粒子比較小,所以能與空氣混合地更為完全,達到更理想的燃燒狀態。在一次的燃燒過程中可以分成3~5次來噴射燃油,對於燃燒的控制管理可以更為精確,抑制因為不完全燃燒所產生的有害物質,甚至是傳統柴油引擎車上常見的嘎拉嘎拉噪音也會小些。
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在現在的柴油動力領域中還有一種直得注意的技術就是HCCI預混合壓縮自行點火方式,這種方式是像汽油引擎一般將燃油與空氣混合的狀態下,再採取類似柴油引擎般使用可控自動點火系統的高效燃燒過程。
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可大幅減少氮氧化物的形成,達到稀薄燃燒狀態。目前已有數家全球性大車廠競相研發這種技術,其中M-BENZ曾在2007年法蘭克福車展中以F700概念車為平台展示這項技術,廠商稱之為DIESOTTO(結合Diesel柴油引擎與Otto Cycle四行程引擎之意)系統,VW所開發的系統則稱之為CCS,如果業界能夠將名稱統一起來的話,應該更有助於提高一般民眾對於它的認識。
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混合動力到底該怎麼混?

講到Hybrid混合動力,大家的基本印象大概就是在動力系統中又有引擎又有電動馬達,不過這引擎與電動馬達之間要如何分工合作呢,又衍生出不同的Hybrid系統。首先是將引擎單純當作發電機的方式,所產生的電力儲存在電池中再用來提供電動馬達驅動車輛行駛。等於是彌補電動車在充電及續航能力不足的缺點,不過由於這種方式必須在車上同時搭載電動車的系統與汽油/柴油引擎,車重與機械結構佔用太多汽車空間都是問題。

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另一種方式則是以引擎作為主要驅動源,在起步或加速時再以馬達輔助的方式,因為當起步或急加速的時候引擎運轉效率不佳,排氣污染也比較嚴重,在能夠提供穩定扭力輸出之馬達的輔助之下,引擎的環保表現會更佳,而且在重量與效率上都比前面以電動為主的方式更好。HONDA的IMA就是採用這種方式的代表例子。
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第三種方式與前一種方式相近,只是多了發電機,所以引擎輸出的動力又當作驅動力又作為發電之用。車子依據行駛狀態不同,或是只用馬達驅動、或是引擎與馬達同時驅動都可以。是最具代表性的Hybrid方式,目前市面上銷售量最大的Hybrid車TOYOTA Prius就是採用這種方式。
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發展有無限可能性的電動車

電動車是一個到現代已經相當成熟,到未來又有無限發展可能的領域,講到電動車得先提一下Inverter,這個在一般家庭電器中相當為人熟知的東西一般稱為整流器等,也就是電力變換裝置,根據使用目的的不同在構造與電路設計上也有所不同。以電動車來說對於馬達控制、可變電壓、可變周波數等控制都是它的工作,這方面技術的進步能快速帶動電動車的進化。

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輪內馬達(in wheel motor)是目前電動車發展的潮流之一,也就是將電動馬達驅動機構精簡到可以安裝在輪子中,由於電動車原本就沒有一般車子的引擎、變速箱這些機構,如果再加上電動馬達小到放在輪子裡,車內空間可想而知會寬敞許多,而且不用被「引擎室」、「行李廂」這些觀念所侷限住,在車輛設計上有更大的彈性與空間,驅動方式同樣也不用被限制於前驅、後驅、四驅,可依照行駛需求來作調整。
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不過也因為將馬達放到輪子裡,增加了下彈簧重量,所以對乘坐舒適性會造成不小影響,這點也是不能忽視的。另一個大關鍵,也就是電池的部分,現在之前包括TOYOTA、HONDA都還是以鎳氫電池為主,不過未來會逐漸轉向能源密度較高且沒有充放電記憶效應的鋰電池為主流。
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燃料電池+氫—製造與儲存是大課題

燃料電池車也是非常受到關注的汽車科技發展趨勢,燃料電池與乾電池不同,是以氫作為燃料從轉化過程中獲得電力,因為它是透過化學作用來產生,因此發電效率相當高,而且運作過程中又不會有廢氣污染、噪音震動之類的問題,其實不光是用在車子上,對應各種電器用品的燃料電池技術現在都越來越熱門了。

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講到氫這個排在元素週期表第一位的元素,除了被拿來做燃料電池很夯之外,更有BMW、MAZDA這幾家車廠以自家引擎為基礎來改變設計,變成能夠直接吃氫當作燃料的氫燃料引擎。不過以氫作為燃料在實用化的路途上還是存在幾個問題,儲存就是其中最大的問題。
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氫的密度很低,儲存時必須使用高壓儲存,現在都是以液態氫為主流。不過極低溫狀態的液態氫一旦碰到溫度上升就會汽化散失,所以氫的儲存是不可輕忽的問題,本期國外車訊單元中就有關於BMW研發新一代儲氫瓶的介紹,大家可以參考一下。


受爭議又值得期待的生質燃料

除了化學元素,車廠還把燃料的腦筋動到生物界之上,也就是以生物體(比如玉米)為原料的生質燃料,植物在成長過程中需要吸收二氧化碳,所以有人認為即使是拿來當作燃料,也不會增加地球整體的二氧化碳量。不過也由於獲得生質燃料需要消耗大量的糧食作物,因而引發了與民(尤其是未開發地區的飢民)爭糧的問題而飽受批評。生質燃料可說是最受爭議卻也最值得期待的替代性燃料。

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