打造节能车 省油技术面面观

因为油价持续高涨,全球汽车市场都面临了销售压力,为了要活络新车的销售,车厂相对需在节能方面下工夫,而设计一部省油车所投入的技术,并非单纯仅动力部份而已,複杂的程度远远超乎你我的想像。

在油价、物价都造成大家的生活负担之下,新车销量的锐减本属意料中之事。再往中古市场瞧,大排气量、大型车体的车款根本乏人问津,而小型车则相对买气甚高,这与新车的走势相同,所以现阶段车厂纷纷着重小车的开发、生产,主要目的是希望能带起大众的换购潮。

举例来说,过去红极一时的SUV已逐渐被Compact SUV取代,同时高顶的掀背小车也成为市场上的宠儿,它们的共同特色就是给你够用的空间但很省油!车型的转换可说是新车发展的大方向,由此再去细分各个环节之于节能的设计,最后聚沙成塔展现低油耗诉求,两大重点即在于轻量与高效率输出。

打造节能车  省油技术面面观

车身
轻量化与空力并重

当前的新车销售趋势是小车当道,小型车为何能省油说穿了就是“轻”!车身轻量相对于动力的负载便能减低,进而可达成省油的目的,这道理再简单不过,同时轻量化的效果与引擎节能不相上下,但複杂与困难的程度远远超过后者。

一部汽车的组成零件超过二万个,加上配备愈来愈丰富,要有效减轻车重自然得从每个部分下手才能达成。在此为最大宗组件的车体,目前多採用质轻、刚性充足的高张力钢材製作,辅以局部铝或塑钢材质的钣件,而最重的引擎并开始小型化且为全铝合金打造,如此对前后平衡、降低重心都有不小帮助。

轻量化除利于加速、降低油耗外,包括转向、煞车、乘坐舒适性皆会随之提昇,故铝合金的底盘也逐渐流行,以铝合金製的悬臂为例,由于簧下荷重的减轻,避震器的负载相形更小,所以能强化操控并减少震动。此外,像轮圈的轻量化效果更是明显,除能为簧下负荷的减重加分外,还具有降低因惯性造成不利迴转的重要意义,此原理与更换轻量化飞轮后,就能使引擎的反应更好相同。煞车系统一样是这个道理,所以超跑常见使用碳纤维或铝合金中心盘的碟盘,组合镁合金製超轻量轮圈的设计。

另一方面,新一代车款常是A柱倾斜、顶部为弓形的流线外观,此目的则是降低空气阻力,特别是在高速时可减少动力负荷,所以目前即便是SUV,风阻係数多半已降至0.34以下。附带一提的是,以往大多为内嵌式的轮毂轴承,现在泰半是大型的内嵌式,这也与减低摩擦耗损有关,甚至高性能的四驱、后驱跑车,连中传轴都採用轻量的碳纤维/功夫龙製品,而最近轮胎还流行一种「Energy」的节能胎,读者亦可顺道了解一番。

Energy胎的特色是轻量、摩擦係数较低且寿命长(可使用六万公里以上),同时可容许较高的胎压,故对于省油性有一定程度的贡献。虽然其乘坐起来感觉较硬且抓地力较差,但由于新一代车款很多都标配循迹控制系统,故实际对操控的影响并不大,目前欧洲的国民车几乎全面採用Energy胎,由此就不难想见它的节能效果。笔者要提醒大家的是,想省油轮胎别换太宽、胎压记得充饱!

打造节能车  省油技术面面观风阻係数对于高速油耗也有相当的影响,因此流线化的车身亦属设计重点。打造节能车  省油技术面面观採用高张力钢材製作车体除有利于轻量化外,更高的强度也有益于操控与安全防护。打造节能车  省油技术面面观轻量化胎圈、碟盘是降低迴转阻力的好帮手,而且能明显减轻悬吊的负荷。

传动
多档位时代来临

汽车省油关键之一的动力输出,最后是由变速箱转化为实际加速力,因此其所扮演的角色可说相当重要。在最近的变速箱发展中,不论是手自排或自手排都是六档起跳,而且已经出现八档设计,同时七档式样愈来愈普及,所以档位的增加当然也利于性能、油耗表现。

我们先谈到异军突起的自手排,其特点就是手排的构造加入电子系统控制,因此不论省油性与加速感都相当优异,尤其在换档更快、更顺的双离合器出现后,性能上已然达到最高点,故此类变速箱也绝对是未来的趋势。至于手自排的进化其实亦不惶多让,在加入全离合锁定功能之下,动力的损耗相对可降至最低,而小车常见的CVT搭配,由于无换档损失且工作转速低,平顺度与油耗均让人称讚,所以连Hybrid车型同样爱用此设计。

多档位的好处主要是齿比分布可更为绵密、广泛,以七速为例在第三档开始就能进行逐渐加密的设定,使高速状态的推力更顺、更饱满,而且超比甚多的第七档巡航转速不到2000rpm,不论舒适或省油性都非六档所及。再者,其直接退档功能也让再加速更见犀利,同时七档变速箱非常适合搭配小排气量引擎,只要这具引擎的扭力峰值域宽广即可。

事实上柴油车也需要多档位的密齿比设定,此乃其输出特性是转速较低的短程动力带,故六或七档变速箱可让有效速度域延伸。附带说明的是,以往因使用寿命有限或扭力对应较小的CVT变速箱,现在由于捨电磁离合器改为扭力转换器构造,加上传输钢带经过大幅强化,所以使用车型愈来愈广泛,且出力的限制不似以往,就连大扭力的柴油引擎都能与之搭配。

在此之中,双离合器手自排为何多数为湿式构造?原因是这种设计非常耐用,同时具低噪音、接合柔顺等特点并可供大马力引擎使用,主要缺点则是加入润滑系统后变速箱体积会加大许多。最近VW已推出新一代的乾式双离合器手自排,且前进档位还增加至七速,优点为动力传递直接且轻量化,只可惜目前还不能匹配高输出引擎,如果这问题能获得解决的话,未来绝对会大幅提昇传输效率,我们期待这一波革命能尽快到来。

打造节能车  省油技术面面观有着起跑控制功能与换档拨片的双离合器自手排,除利于加速及油耗表现外,驾驶乐趣甚至比竞技车种还高。打造节能车  省油技术面面观双离合器自手排是变速箱中最具效率的设计,预排功能使之换档速度超快,且手排的Base也没动力损失的问题。打造节能车  省油技术面面观湿式双离合器自手排变速箱的缺点是体积过大,但它可对应大马力引擎。

动力
小型高效率为主轴

在汽车节能上扮演主要角色的动力源,儘管最近发展替代能源系统蔚为风潮,诸如油电混合、生质燃料、LPG天然气、燃料电池、氢气内燃机等等,但牵涉到相关的配套措施,未来15~20年内仍为汽、柴油动力的天下,所以各家车厂仍不断在燃油引擎上做改良。

关于燃油引擎在近来的进化上,小型、轻量、高效率是一致的发展方向,就连柴油柴擎都採用铝合金缸体,同时以喷射压力2000bar、燃压200bar的第四代共轨直喷系统为主轴,搭配大小串联的序列式双涡轮后不但扭力惊人,甚至马力都能领先同排气量的汽油动力。

在汽油动力方面,目前的乘用车引擎纷纷针对腰下惯性组件轻量化,以及追加机油喷嘴强化润滑性,藉此降低摩擦耗损来取得节能的优势,并且还广泛採用可变气门正时外加扬程控制的设计。如此不但对提昇马力、维持扭力有益,更重要的是在轻负载状态下可大开节气门直接从进气门吸气,因而能减少吸气阻力和活塞上下运动的效率损失,进一步达成燃烧效益的提高。

再过来以利用排废气压缩进气的涡轮增压,在小排气量引擎上的运用亦日益增多,但这属于提昇扭力与降低油耗的「辅助」设计,因此多半为轻增压设定。其中Turbo还非常适合与缸内直喷做结合,且不会发生冷却不足的问题,而实际上汽油缸内直喷也开始採用Piezo压电式喷油嘴,匹配200bar的高压喷射压力,故不论燃烧、热效率都有很大进,油耗同时比第一代减少10%。

汽油缸内直喷主要以稀薄燃烧特点,第一代系统的缺点是只能在轻负载和低速状态下作动,但第二代在高转速与超过120km/h的高速下,一样能进行14.6的理想空燃比控制。另外,M.Benz前阵子发表的Diesotto引擎,以结合汽油、柴油动力双重特点的可变压缩比为概念,加上涡轮增压、自动点火控制(CAI)与缸内直喷技术后,有极佳的油耗表现与动力输出,相信这会是未来最佳的内燃机节能方案。

最后,购车时引擎的选择非常重要,建议请先想清楚自己的需求与使用路况,如此方能发挥实用效率,就像如果多数是在市区行驶的话,那幺柴油动力便英雄无用武之地,倒不如汽油缸内直喷会有更佳表现,所以多研究型录做功课才是王道!

打造节能车  省油技术面面观新一代的柴油共轨直喷引擎多搭配大小序列式双涡轮,因此全转速域的反应更好且顺畅,效率甚至高过汽油动力许多。打造节能车  省油技术面面观缸内直喷是汽油引擎节能的救赎,第二代200bar系统也可在高转速重负载下进行稀薄燃烧。打造节能车  省油技术面面观Diesotto引擎在高转速才进行火星塞燃爆,其余的中低转速则为高压自燃方式,故可说是可变压缩比的概念实践。