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笔者认为,混合动力系统应该具备以下特点:1)实用上对生态友好;2)构造简单且轻量化;3)低成本且应用广泛;4)可靠性高维护性好。如果不停止一味的依赖电池容量的做法是无法做到以上几点的。说到这里,笔者想表明的观点是:对电池容量依存度低的Mild Hybrid是最适合未来发展的混合动力系统。当然,这需要把更合适未来的变速箱一起考虑进来。
笔者首先想到的是利用电容来取代电池。混合动力系统中的电容,与将电能转化为化学能进行储存的电池不同,它可以将电能直接储存在电容器中。由于不存在转换的过程,所以电能的损失可以降到最小,因此可以将再生能源更高效地储存起来。
但问题点在于容量的多少。例如,马自达的能源再生系统"i-ELOOP",其电容容量约为6.98Wh,虽然只有普锐斯所搭载电池的0.54%,但储存能量的效率是普锐斯电池的10倍以上。可以说是在Stop&Go频繁的日本和道路状况不佳导致交通堵塞严重的新型国家中,能够容易发挥自身能力的系统。由于Mild Hybrid是以发动机为主体,由电动机做辅助支持的动力系统,所以发动机的高功率是必要条件。因此,气缸的每个容积就显得十分重要,这个值就是450cc。
如果小于这个数值,每个容积的表面积将增加使得热损失也相应增加。如果大于该数值,那么火焰传播距离将伸长,使得爆震的风险提高。以上结果会延迟点火时间点,增加运行时间,功率急速下降。如果气缸的排气量是450cc,假设气缸的半径和冲程相等,并把半径看做R的话,那么就可以根据圆柱体体积公式2πR^3=450得出缸径为83mm、冲程为83mm。
如果气缸的排气量是450cc的话,3气缸就达到了1350cc。将该发动机设定成低速型并将最大扭矩设定在1500rpm附近,通过直喷和可变吸气来变为高圧缩比・高膨胀比的话,应该可以使输出功率达到最大。如果B级车搭载NA发动机、C级车搭载涡轮增压发动机的话,相信对销量的增长也有促进作用。因为不想提高发动机的转数,所以与以上发动机相匹配的变速箱的齿轮比就必须变大。当然,如果要考虑到新兴国家需求的话,就不能使用高价的DCT和维护比较困难的CVT以及变矩器AT。
为了达到长期低转速的目的,汽车厂商决定将手动变速箱的变速时间交给驾驶者。但如果变速箱不能够及时灵敏地自动提高转速比的话,就不能达到环保的效果。其实也可以通过消去法将变速箱设定为多段AMT,但AMT在变速时,动力输出中断时间略长,于是在加速时会有种突然向前摔倒的感觉,这也是一个问题。
因此,笔者希望把Mild Hybrid的电动机放置在比变速箱更靠后一点的位置上,通过忽略扭矩的电动机来进行动力补偿。换句话说,就是在变速期间,在发动机动力无法传输到车轮上的时候,汽车可以通过电动机来行驶。这样的话,AMT方案中存在的问题就全部解决了,也满足了可靠、高效、低成本三个要求。笔者所设想的汽车由于是Giacosa型的横置FF样式,所以电动机差动齿轮的输入一侧采用了环型物体,这样的话就变成了线性电磁感应电动机。由于操控可以通过测算车轮的驱动扭矩来进行,所以也可以在牵引控制中通过增设的形式进行编入。ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元也可以用在牵引力控制系统(TCS)中。
如果想使用更高级的系统的话,可以采用两个轮毂电动机(In-wheel motor)来取代线性电动机。那样的话,既可以精确控制车轮转速,又可以在车辆转弯时,在装有轮毂电动机的车轮也可以回收电力,因此可以更加提高能源效率。总而言之,如果不能让价格降下来一切都是徒劳,笔者更支持线性电磁感应电动机。这样一来,这个动力系统的所有项目应该都可以得到满分,发动机能源再生效率得到了提升、发动机在薄弱的领域中,通过电动机的介入,也满足了"实用层面的环保要求";3气缸的少气缸设计、机械式的手动变速箱通过只带有油压作动器的AMT也满足了"简单且轻量化"的要求。
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