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Toyota THS II vs Honda IMA 同樣是Hybrid,到底有何不同?

2018.10.17  作者:文章授權/日本內外出版社 譯寫/王以平  

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1.原來Hybrid是日本發明的?
2.THS II和IMA的動力分配不一樣??
3.兩家皆為鎳氫電池但容量和出力有差別?
4.THS II沒有變速箱?IMA用扭力轉換器?


Toyota THS II是以動力分配機構結合汽油引擎、馬達、發電機,動力組合的方式有純引擎、純馬達、引擎加馬達,有時引擎只在運轉發電機時才會啟動。

Honda IMA是在引擎飛輪位置插入薄型馬達,將曲軸直接連結馬達,在加速或上坡需要較大動力時,馬達才會介入輔助,不需要專設發電機,就能將動力回生給電池充電。

THS II和IMA的動力分配不一樣?
 
Toyota油電混合動力系統THS II的一大特色是具備動力分配機構,以行星齒輪為主,結合引擎、馬達、發電機,因應行車狀況切換成單獨功能或協同運作,基本模式有純引擎驅動、引擎加馬達動力、純馬達驅動共三種分配。若電池電力充足,就提高馬達的輔助比例,若電力不足,就將引擎的動力分配給發電機,THS II的最大特徵是引擎與傳動軸的運轉並不連動,並將油電混合系統總體的動力輸出給傳動軸,而最新版本的THS II會在引擎高轉速時介入差速機構來增強扭力。
 
Honda IMA較為簡單,在原本引擎飛輪的位置插入薄型馬達,馬達與曲軸直接連結,通常以引擎驅動,在加速或上坡需要較大動力時才以馬達輔助。IMA並無動力分配,單純藉由馬達動力進行加乘的方式較容易理解。


THS II –以行星齒輪為主的動力分配機構結合引擎、馬達、發電機,電池電力充足時,僅以馬達行駛,電池電力不足時,引擎除了行駛之外還負責運轉發電機充電。


IMA–沒有動力分配機構,加速或上坡等高負載時為了彌補引擎動力而增加馬達運轉,馬力曲線平行上昇,而扭力表現也是馬達的特色,從低轉速域開始就很充沛。

Hybrid還有分串聯和並聯?
 
油電混合動力粗分為串聯與並聯兩大類。串聯式的引擎不連接傳動軸,引擎只是為了帶動發電機給電池充電而運轉,系統只以馬達驅動傳動軸;並聯式則有引擎─變速箱─傳動軸、馬達─傳動軸這兩條連接路徑,能夠隨時切換純引擎驅動、純馬達驅動、引擎加馬達驅動這三種運作模式。
 
Toyota的THS II是兼具串聯與並聯各自特徵的「串並聯方式」。此外,Nissan Fuga採用的是並聯式加雙離合器,起步用的離合器兼有緩衝的功用,讓動力切換時更加平順。

兩家皆為鎳氫電池,但容量和出力有差別?
 
對於油電混合動力系統而言,強力的電池是必要條件,要能方便的充電和高效的放電,並且還要解決成本的問題,所以Toyota THS II和Honda IMA一開始就選擇鎳氫電池(部分Prius率先採用了鋰電池)。


THS II代表車款Prius搭載的鎳氫電池,28個六電池模組產生201.V,再昇壓至650V以供應馬達,使用差速齒輪將高轉速的馬達予以減速之後,能發出高扭力。

由於彼此的傳動系統不同,對於電池的要求也大相逕庭。THS II因為還有純馬達行駛的模式,基於馬達會頻繁的介入,所以必須具備高電壓大容量的電池,以Prius為例,電壓由28個的電池模組產生201.6V,再由昇壓系統提高到650V,以供馬達高轉速運行。


由於馬達純粹只是輔助,因此不需要大容量電池,IMA的Fleed Hybrid由84個電池結構產生100.8V,但少了Toyota的昇壓功能,體積更小又不犧牲乘坐空間。

IMA沒有專屬發電機,馬達的輔助也比THS II小,所以不需要大容量的電池,以Fleed Hybrid為例,七個12電池的模組產生100.8V,也不需昇壓。Prius的馬達出力達到60kw,Fleed Hybrid則為10kw,彼此的出力不分優劣,只是需要的電池容量不同而已,但IMA系統的總體積當然會比較小。

THS II—發電機加回收作充電
IMA—僅回收作充電
 
將多餘放出的能量轉變為額外的能量,這就是回收的理論。汽車在煞車時會放出熱能,差速器運用馬達將放出的熱能轉換為電力。由於THS II兼具馬達和發電機,回收時使用馬達,踩下煞車踏板時當然不在話下,放開油門滑行以及下坡時也能進行回收控制。


電池充電不足時,引擎會帶動發電機,加上減速及下坡時進行回生充電,因此常時在進行能量管理。

THS II的回收不跟引擎運轉連動,而IMA回收時則是引擎休止,全部汽缸的氣門皆關閉,這時引擎沒有泵壓流失,引擎煞車的作用無限降低,才能提高回收的效率,由於IMA沒有專屬發電機,電池的充電完全依賴回收,因此需要高效率的回收過程。將全汽缸休止運用於Honda的VTEC時,由於所有氣門關閉,照理說應該會增加阻力,但是密閉的空間會產生將活塞往下推的力量,因此整體阻力趨近於零,比起汽缸不休止時的泵壓流失約降低了70%


沒有專屬發電機,回生時以馬達當做發電機、為電池充電。為了提昇效率,回收時所有汽缸皆休止,以降低泵壓流失。

THS II沒有變速箱?
IMA用扭力轉換器?
 
THS II沒有傳統汽車使用的變速箱?這恐怕是愛車人士也不知道的事情,那在中高速域以純引擎行駛時要如何「變速」?答案就隱藏在由行星齒輪所構成的動力分配機構裡。

沒有傳統引擎那樣的變速箱,取而代之的是由行星齒輪構成的動力分配機構,根據發電機的電氣負載來控制恆星齒輪,以進行變速。

行星齒輪當然具備變速功能,但THS II沒有傳統自排那樣的煞車和離合器,這要如何控制行星齒輪呢?由恆星齒輪直接控制發電機,對恆星齒輪施以反作用力,就能控制行星齒輪運轉,這種控制除了在純引擎行駛外,加上馬達驅動以及回收時皆能運作,非常的複雜,而油門踏板僅控制油電混合系統的總出力,並不能控制引擎轉速。


具有跟一般引擎車相同的CVT變速箱,而CR-Z還有配備手排的版本,油門踏板深淺同比例連動引擎轉速,擁有自然的駕駛感受。

相較之下,IMA則較容易理解,馬達僅擔任類似渦輪增壓或機械增壓的功能,通常需要有變速箱,而Fleed使用的是CVT,CR-Z則在CVT之外還有6速手排版本,引擎轉速與油門踏板深淺連動,駕駛感受很自然。

Honda IMA朝向新領域進化
Fit Hybrid油耗36.4km/L
 
Honda Fit大改款時首度在油電混合動力車上配備雙離合器變速箱,離合器分別配置於1、3、5、7的奇數檔以及2、4、6的偶數檔,馬達連接奇數檔的離合器,使用1、3、5、7檔的齒輪,以進行純電動行駛或引擎輔助行駛。油電混合動力系統基本上跟以往的IMA同為單馬達,但採用鋰電池取代鎳氫電池,增加純電動模式的續航距離,因此在日本JC08測試模式下的油耗也從原本的每公升26公里大幅提昇至36.4公里。


Fit的油電混合動力將馬達與雙離合器予以一體化,齒輪檔位有7段,其中僅有奇數檔位跟馬達轉軸連接,進行輔助和回收。


2013年大改款的Fit Hybrid,擁有豐富空間的同時,外觀也變得更具侵略性,成為高人氣的車款。

 

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