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2012年9月21日 星期五

豐田油電車變速箱與一般車變速箱的差異

 油電車的內部設計與現行車完全不同,雖然一樣吃汽油、入檔踩油門車子就跑、踩煞車就停,但內部的工作原理與設計完全是全新的觀念,尤其是變速箱雖說是無段變速但又與一般無段變速又不一樣~
一般傳統無段變速箱是用鋼帶推動(類似速克達機車的兩個會調整的皮帶盤傳動方式)使用專用的無段變速油,而油電車的變速箱裡多了兩個電動馬達又使用一般變速箱用的WS自排油(非無段用TC油),這是一個很重要的保養重點,保養廠或車主若不清楚規格就亂亂換油就好玩了;油電車開起來與一般車感覺完全不同,一般車子入檔等紅綠燈若不踩緊煞車車子還是會有力量往前動,而且入檔靜止時還是會感覺壓縮機運轉、引擎的抖動、變速箱蠕動;而油電車入檔等紅綠燈引擎是熄火的所以不會有引擎的抖動,冷氣由高壓電供電的變頻壓縮機運轉所以也沒有壓縮機運轉的抖動,放開煞車起步時煞車開關電腦會送信號給電動馬達這時變速箱才有受力慢慢推動輪胎,所以原地時也沒有變速箱入檔時的抖動與蠕動衝力~


油電車引擎是先連接一個馬達(MG1)然後接齒輪箱最後再接一個二號馬達(MG2),MG1是啟動馬達也是發電機(充電給車尾高壓電瓶或直接供電給MG2驅動輪胎)、MG2是驅動馬達驅動輪胎前進與後退也是發電機(車輛減速時對車尾高壓電瓶充電);油電車是屬於環保車而不是性能車,所以油電車上會有許多油耗的訊息讓車主玩省油遊戲,引擎發動時機、電動馬達的運轉時機完全由電腦精密監控,因為有不少精密的控制與設計當然也要小心保養與駕駛,多做功課是很重要了。




上圖左邊為PRIUS二代的變速箱、右邊為PRIUS三代的變速箱,變速箱左側是MG1、右側為MG2,MG2較大因為他要直接驅動輪胎用的。兩個馬達中間夾的就是齒輪箱,二代是用鍊條配合行星齒輪驅動的、三代與現行大部分由電車都改用行星齒輪式(取消了鍊條直接齒輪驅動)~
這是行星齒輪的基本工作原理請自行連接 http://www.moxproject.info/prius/psd.aspx
行星齒輪的作用蠻複雜的,但利用小齒輪帶動大齒輪達到減速、利用轉速差改變轉速達到換檔的效果,又沒有自排離合器片與扭力接和器來損耗動力,行星齒輪與油電車的電動馬達搭配起來真是絕配。PS油電車引擎與馬達間有一片類似手排車的離合器片,是用來切換引擎動力用的~(圖一與下圖應該能清楚看到離合器片)


說到絕配還有引擎的設計,油電車是用阿金森循環(atkinson)引擎他有低油耗高效率的燃燒膨脹比,但低速起步卻無力所以無法用於一般汽油車,所以油電車能用電動馬達起步剛好能彌補阿金森引擎的缺點,加上中高速有良好的油耗與燃燒,所以又是一絕配~ 至於引擎理論等日後有機會與題材時再向大家報告。 



上兩圖拍攝自日本豐田博物館,油電車變速箱解剖圖~


各式油電車所用的引擎與變速箱展示~左邊為前輪傳動的四缸引擎、中間是四輪傳動的V6引擎、右邊為V8後輪傳動系統
常有人說多花十幾二十萬元買油電車省下來的汽油與維修成本會不成比例??!!但目前環保課題是碳足跡能減少多少(節能減碳不是節能省錢),而不是少花多少錢來開車,開車本來就不環保但是能節能減碳就是環保的第一課,像以前的化油器車子一樣的CC數卻沒有相當的馬力與油耗,所以就推出噴射系統來改善油耗與馬力,一台車多了噴射系統少說多貴上10萬;高級汽油含鉛會汙染環境所以推出無鉛汽油與觸媒轉換器(觸媒能將有毒廢氣催化成較無毒成分,而鉛會阻塞觸媒,所以無鉛汽油需與觸媒搭配),而一段觸媒少說也要3~5萬元,這都是為環保所必須犧牲的花錢設備,所以油電車的推出不外就是另一個汽車工業的進階與轉型。
汽油引擎發展到此效能已接近頂點,已沒有多少再進步的空間,油電車應該是下一階段的主流,一公升汽油能多跑個幾公里、一樣的里程能減少碳排放,這都是目前溫室效應的主要課題!!車子加滿一桶45公升汽油發票底部會多一行字"本次加油會產生大約100公斤的CO2",這不可怕嗎??
又常聽說油電車修起來很貴,沒錯油電車裝配了一些高階的電子設備換掉修起來確實很貴,但例行性保養花費幾乎與一般汽油車沒兩樣,車沒壞根本沒需要修理(除非車禍撞壞核心零件),若油電車故障率高推出這十幾年來早就謠言滿天飛了還能賣到破百萬輛??況且豐田汽車還會推新車型將以前設計的缺點改進,又不是十年來都是用相同的設計與版本來賣新車;也有人說油電車的高壓鎳氫電瓶一個要十幾萬壞了划不來,但目前台灣更換的例子只發生在泡水與車禍而損壞(計程車有慢慢聽到約15~20萬公里後有損壞的災情,小弟的推測應該是計程車幾乎是全天市區慢速使用沒有休息導致大電瓶加速老化,一般自用車用於上下班電瓶還有休息),而且和泰公司很有誠意的對豐田車延長電瓶保固而且用成本價5~6萬元來賣給車主(LEXUS還是用原價沒折扣),但以該電瓶的設計與正確的使用方式它的壽命與車子同壽可以用到車子報廢也沒問題,原廠可是有這自信的~


上圖鎳氫電瓶體積、重量、功率也一直再改進,可不是原地踏步~


黑色的是1997年初代電瓶重76KG、每公斤輸出功率280W(總功率21.28KW);銀色的是目前新款電瓶重量39KG、每公斤輸出功率540W(總功率21.06KW),功率差不多但減重將近一半。


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