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關鍵報告省油版 高油價時代系列講座 Part 2.替代能源萬歲 從法蘭克福、東京車展看汽車未來之路

2007.12.29  作者:車訊網  

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電影「變形金剛」裡提到,現今廣泛使用的高科技產品如F117隱形戰機、電磁爐及微波爐的關鍵技術皆來自外星人,這雖然只是虛構情節,但如果真有可能,你希望外星人會提供哪種交通工具?磁浮車還是飛碟?這等有空再慢慢討論,不過從近期油價上漲的幅度來看,找尋新的替代能源已成為不能迴避的切身話題,因此趁法蘭克福及東京車展發表的最新科技概念,探討未來的汽車發展方向!

石油從1970年的每桶1.8美元到現今近百塊美元,漲幅將近54倍。 

相信再過沒多久,石油價格將超過每桶一百美元大關,相對也使得全球民眾的生活負擔與經濟壓力驟增,但油價快速飆升的原因是什麼?是各大產油國的油田已抽不出油了嗎?

非也,每次總歸咎美國與伊朗的糾紛、中東地區政局動盪等似是而非的理由,但實際上有哪個產油國在近期中斷原油的供應?

沒有,一個都沒有,這些國家反而因此賺取比以往更多的錢與利益,而這些皆要全球民眾買單,因此我們認為近期這波漲幅根本就是各產油國私下串連的抬價行為。

當然,上述只屬於個人觀點與質疑,但實際上目前最具影響力的OPEC石油輸出國組織(Organization of Petroleum Exporting Countries),也從未提出讓人信服的理由,只能說在這個石油主宰一切的時代,產油國對影響世界的能力有更深刻的認知,未掌握到石油的國家就只有任憑宰割的分,甚至連世界強權-美國也不例外。

實際上,石油早在二次世界大戰便首度展現其關鍵性地位,德國之所以在盟軍成功登陸諾曼地後不到一年便宣告戰敗,取得石油的管道被切斷是主因之一,車輛、坦克、戰鬥機在沒有油的情況下形同廢鐵,手持步槍的士兵面對重裝甲也只有投降的分。現在的時空環境雖不同於過往,但仍得面對油價高漲的威脅與另一個看不見的敵人,就是地球暖化。 

東方與西方的科技觀點與差異:柴油與Hybrid的分歧點。

今年九月舉辦的第62屆法蘭克福車展喊出「See what’s driving the future」的口號,我們也見到各車廠針對環保議題的共同對策-Hybrid油電複合動力,此架構將成為次世代德系車款的動力機構。而一個月後的東京車展則以「Catch the news. Touch the future」為方向,從名稱可看出其焦點仍在於新車,各車廠推出的概念車則放眼於未來的汽車型態,並非短期內可實踐的動力架構。

從上述兩大車展可看出雙方對未來仍存有不同觀點,但這樣的歧見並非首次。聯合國在1992年通過的「氣候變化綱要公約」促成了1997年「京都議定書」,迫使各車廠加快新一代環保動力的研發速度,Hybrid油電複合動力、電動車、Hydrogen氫氣、Full Cell燃料電池等技術皆在此時萌芽。

柴油引擎運用的範圍愈來愈廣,甚至還跨入房車賽的領域,但即便是柴油仍躲不過高油價時代的壓力。

但這些技術尚未成熟到可立即量產的階段,因此歐系車廠當下選擇可立竿見影的柴油引擎,藉由較低的油價與省油的動力特性達到經濟訴求,亦讓柴油車在歐陸市場掀起熱潮。

日系車廠在當時的代表作為Mitsubishi CDI缸內直噴汽油引擎與Toyota Hybrid油電複合動力,其中首部量產的Hybrid油電複合動力車Prius更成為最具環保意念的代表作。

其藉由電動馬達、鋰電池與小排氣量引擎的組合,在維持既有的動力特性之外,大幅降低油耗與CO2的廢氣排放,唯一的缺點僅在於稍高的製作成本,而這也是歐系車廠過去並未考慮Hybrid的主因。

目前的柴油引擎雖然可排放出乾淨的廢氣,但主要是靠高成本的碳微粒過濾器,後續的維修成本仍需消費者買單。

如果將柴油引擎與Hybrid油電技術結合,豈不是更省油!其實很多人老早就想到這點,但礙於各車廠近年對協力廠商的依賴性愈來愈重(能大幅降低研發成本),沒有價格合理且技術成熟的零組件供應商,車廠並不會貿然推出科技性過高的車種。

因此從今年德系品牌大秀Hybrid油電複合動力的態度可明顯看出,協力廠本身的技術與供貨能力已達到成熟階段,可與柴油引擎結合之外甚至還突破原有的工作模式,讓Hybrid技術發揮到淋漓盡致。

Hybrid油電複合動力系統的架構主要在引擎與變速箱之間加入電動馬達作為低速行車的動力源,目前有分成馬達與曲軸連結及動力轉換器兩種形式,此次德系車廠所採用的系統大多為直接連動方式,可減低機械架構的複雜度,但相對電動馬達也需承受較高的動力負荷。

Porsche、Audi與VW短期內便會陸續推出Hybrid複合動力的量產車款,但此次法蘭克福車展最受關注的仍是雙B。M.Benz展出的幾部Bluetec Hybrid車型引起全場所有媒體記者的興趣,但僅提及此動力預計在2010~2011年間付諸量產而未提供任何資料,因此焦點遂集中在BMW的Efficient Dynamics身上。

這套系統仍維持典型的Hybrid油電複合架構,低速行駛時可選擇只使用電力或讓電動馬達與引擎一同作動以增強扭力之外,電動馬達甚至還可作為煞車之用而突破既有的思考模式。

此次法蘭克福車展成為德系品牌的Hybrid秀,Porsche在開展前便搶先發表Cayenne Hybrid。


法蘭克福與東京的科技觀點:德系Hybrid對日系氫氣Hybrid。 

新一代引擎雖擁有極高的製作水準與技術層面,但工作原理仍與一百多年前的概念相同,引擎的發展至今幾乎已達到瓶頸。單就工作效能來看,引擎是一種效率極差的動力源,因為每桶石油只能提煉出50%的汽柴油,而注入引擎燃燒所產生的能量只有1/3用在推動車輛前進,其他皆屬毫無用處的熱能與廢氣,但至今仍未出現與引擎製作成本相近且可靠的動力機構,因此短期內還無法將引擎送進博物館,只能從周遭著手以放大其效能。

要提昇燃油的工作效能除了引擎本身之外,重量與傳動系統是兩項主要關鍵,但車重會影響到安全、行車品質與製作成本等因素,於是傳動系統遂成為近年研發的重點。

Hybrid稱得上是智慧型傳動系統的延伸,Toyota在這方面的經驗已超過十年,加上此次法蘭克福車展到處可見Hybrid機構,可看出下一個十年將是油電複合動力的時代。

Hybrid之所以受到重視,主要藉由電動馬達與引擎的雙重組合及相互分工,起步與低速以馬達驅動,引擎只在中高速率使用亦可擔任蓄電力不足時的發電機用途。此架構可避免引擎處於起步、加速等容易產生嚴重耗油的工作環境,讓燃油達到最高的工作效能。

而BMW發表的Efficient Dynamics概念,以更具創意的Active Hybrid技術引爆話題。此系統讓駕駛者能在低速及市區行車時,可自行選擇以馬達驅動或引擎與馬達同步作動,後者可大幅強化低速扭力,而另一項功能是在引擎運轉狀態下執行減速動作時,控制系統甚至可命令馬達逆轉而抵消前進的能量,大幅減輕煞車系統的工作負擔,效能比現行的Hybrid系統更加周全。

BMW此次發表Efficient Dynamics概念,在X6 Concept身上裝設Active Hybrid系統而引起關注。

Active Hybrid在引擎與變速箱之間裝設兩具電動馬達,一為發電機、另一具驅動ECVT無段變速箱。變速箱內設置兩套具有低速與高速換檔模式的可變普力模組,並附上齒比鎖定功能以產生更高的傳輸效率。

另外,加上BMW已廣泛裝設於量產車的煞車能源回收系統,藉智慧型電力模組IAC(Intelligent Alternator Control),讓煞車也能夠產生電力而減少20%的廢氣排放與燃油消耗。

M.Benz以Bluetec柴油技術與Hybrid系統結合,可展現更高的燃油工作效率,預計2010~2011年間開始販售。

至於日系車廠方面,此次東京車展的多款概念車在科技層面上並未有顯著突破,僅秀出設計師對未來個人交通工具的概念與前衛機能,受到高度關注的Honda CR-Z與Lexus LF-Xh亦並非車上配置的Hybrid動力,而是外型。

造型亮眼的概念車CR-Z,傳承過去CR-X小跑車的概念捲土而來,車上配置與Civic Hybrid相同的複合動力系統。

論設計,此次Suzuki的複合式交通工具Sustainable Mobility(Pixy+SSC)、休閒運動貨卡X-Head與Daihatsu MUD Master-C四驅休閒Minivan等概念車的創意頗受青睞,但話題一轉到環保,值得一提的作品並不多,僅Mazda Premacy Hydrogen Hybrid讓人眼睛一亮。

這部家庭Minivan配置一具源自RX-8 Hydrogen RE的氫燃料轉子引擎,並加入Hybrid複合動力系統而展現更高的工作效能。以氫氣為動力的轉子引擎除了具備CO2零排放的環保訴求之外,在目前氫氣站數量仍非常稀少的前提下,車內配有切換裝置而能夠回復原本的汽油系統。

此次Premacy Hydrogen Hybrid因為複合動力的加入,在節能、環保雙重特點下大幅增加續航力,Mazda甚至還打算在明年將Premacy Hydrogen Hybrid付諸量產,此動作格外令人期待。

就此次德日雙方秀出的技術層面來看,德系在Hybrid方面的大動作超乎預期,而早一步跨入Hybrid領域的日系車廠,感覺似乎被預料之外的高油價及對手也玩起Hybrid而亂了方寸,僅靠一些如同玩具且量產可能性幾乎等於零的概念車與Nissan GT-R充場面,科技層次仍停留在上一屆車展的水準。

LPG瓦斯系統雖被視為過渡性產品,但能沿用既有引擎的特性不失為減低購油成本的折衷方案。

改裝廠AC Schnitzer打造的這部瓦斯車GP3.10可輸出552匹馬力,展現媲美超跑的高性能。

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未來的方向:Hybrid油電複合、電動車、Hydrogen氫氣、Full Cell燃料電池?

石油總有用完的一天,因此油價在未來只會愈來愈貴,千萬別奢想會有降價的可能。不過人的耐性總有一個限度,如產油國繼續毫無節制的漫天喊價,甚至影響到汽車製造廠的生存空間(第一次石油危機便搞倒了多家車廠),把車廠惹毛了的結果就是大家都不玩汽柴油引擎,轉而生產以電力、Hydrogen氫氣或Full Cell燃料電池為能源的車款,看OPEC到時候能把石油賣給誰!

當然,目前還尚未達到攤牌的關鍵點,車廠對未來的動力源也尚未達到共識,但如就現行已知的新系統加以評估,100%生質燃油、Hydrogen氫氣、Full Cell燃料電池與電動車是目前較為可行的四大主軸。 

高性能車種向來是車迷關注的焦點,Mitsubishi此次焦點全放在第十代Lancer Evolution X身上。

其中Hydrogen氫氣與生質燃油可沿用引擎與Hybrid複合動力技術,而電動車及Full Cell燃料電池的技術雖然也達到成熟階段,但受限於電池的取得成本過高而停滯不前,因此只要關鍵技術得到突破,很快就可立即量產而降低民眾對燃油的依賴性。

就各車廠近期的動作來看,Full Cell燃料電池感覺似乎已被打入冷宮,過於複雜的機械架構與高成本,讓車廠將目標轉往Hydrogen氫氣與電動車,其中Volvo在法蘭克福車展推出的ReCharge,成熟概念讓電動車的發展又燃起了希望。

Subaru為在WRC取得優勢,高性能Impreza WRX STI是該廠重點。

從技術層面來看,ReCharge基礎架構雖與過去的電動車雷同,但藉由電力為主、汽油引擎為輔的概念,以四具置於車輪之中的電動馬達為動力,電量充飽時的續航力可達到一百公里之外,還可使用家裡的電源插座進行充電。

而配置在車上的生質汽油引擎則被當作驅動發電機之用,只在電力耗盡時才會運轉,因此其平均每行駛100公里只消耗1.9公升汽油,就算油價再貴也很難影響到ReCharge。看起來是一個不錯的方案且能立即量產,只要能降低電池的取得成本,相信此系統的發展將非常看好。

Daihatsu推出的MUD Master-C概念車吸引許多記者駐足,微型四驅Minivan的運動概念符合現今消費需求。

Suzuki的X-Head小貨卡以休閒運動專用車款為主要訴求。

BMW與Mazda則是Hydrogen氫氣動力的兩大推手,BMW早在去年便發表與量產車相同標準的Hydrogen 7,而Mazda則在今年初販售RX-8 Hydrogen RE。

相較於生質燃油或Full Cell燃料電池,Hydrogen氫氣由於取得途徑簡單且不受環境限制,只要地球有水就能夠從中取得氫氣,因此即便該系統在安全考量下需要細膩且嚴謹的加氣步驟、液態氫價格稍高於現行汽柴油且續航力略短,但BMW仍積極投入Hydrogen的推廣工作,著眼點應仍放在排除石油的可能性。

此技術還能與Efficient Dynamics概念結合,藉Active Hybrid帶來的電力輔助將可大幅提昇Hydrogen氫氣引擎的續航力。

BMW於去年便持續推動Hydrogen氫氣計畫,這部Hydrogen 7雖未公開販售,但實際上已達量產車標準。

至於100%生質燃油?由於這些從植物淬鍊而出的酒精在注入引擎燃燒後,產生的二氧化碳濃度比汽柴油還高,且需求量增加後會造成物價的大幅波動。

如美國便因為以玉米製作生質汽油,使產地價格提高了八倍,對車廠來說除了得背負更多社會壓力之外,使用生質燃油的動力品質較低並增加通過環保排放標準的難度,因此許多車廠對此興趣缺缺。

從上述分析可看出,電動車與Hydrogen Hybrid有可能會成為未來20年間的技術發展重點,因此Hybrid在這段期間將大行其道。如果二十年後所有的汽車都改用電力或氫氣為動力,是否有可能改善愈趨於惡劣的環境與暖化現象?

這或許要等到30~40年後才會知道,但地球畢竟是目前僅知唯一適合人類生存的環境,為了讓下一代子孫享有乾淨的空間,我們只能說:研發這些新系統的工程師們,少給我偷懶,還有空看雜誌,趕緊去工作!

據說下一代RX-7雛型的概念車-大氣,以低風阻的流線造型而與環保扯上一點邊。

此為移動式的液態氫補充站,由於該裝置目前尚處於測試階段,因此協力廠商Linde特別製作移動式充填站替Hydrogen 7補充液態氫,且BMW目前亦未販售Hydrogen 7,僅以租借方式提供特定對象使用,由於其機械架構非常複雜且需格外注重安全,再加上液態氫的售價並不低於汽柴油,因此仍需經過一段時間的市場考驗。

此次東京車展最受關注的重點就是Nissan GT-R,即便環保為近期各車廠的科技發展重點,但GT-R高人氣的知名度與強悍性能依舊讓全場觀眾陶醉,並將環保與科技議題完全淹沒。不過車上採用的一些創新概念如與引擎分離放置的全時四驅變速箱及六速自手排系統仍具有極高的可看性。

Honda是目前唯一仍積極推展Full Cell燃料電池系統的車廠,除了先前已達量產標準的FCX之外,此次在車展現場也展出了大型的系統結構,讓民眾對Full Cell燃料電池的架構與作動方式有更進一步的認知。

環保風也吹進了賽車界,Hitachi日立此次展出的全電動Go-Kart小型賽車讓人眼睛為之一亮,其電動馬達直接放在後軸上方,而蓄電池則放滿駕駛座兩側,感覺雖然仍保有重量分配的均衡性,但身旁被如此強勁的電力所包圍,在競賽過程中可能也會對車手帶來不少壓力。

結語-生命自會找到出路

1886年,全球第一部汽車的出現取代了馬匹而成為主要交通工具,當年一桶石油的價格不到一塊美金,120年後的今日,每公升汽油的價格達到台幣30元、日本約為日幣150元、美國每加侖約三塊美金(每公升約台幣25.8元)。

面對這樣一個高油價時代,政府提出的建議是少開車、多使用大眾交通工具,其實這不用說大家都知道,民眾本身自然會有因應之道,但政府與主管單位的對應法則在哪裡?這倒是我們非常感興趣的議題。

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