撰文:張為揚,攝影:Mercedes-Benz 提供
2010/11/18,點閱 45,609

在環保議題越來越受重視的今天,各家車廠無不卯足全力開發替代性能源方案,Mercedes-Benz 當然也不例外,除了積極研發目前相當熱門的 Hybrid 混合動力系統,成功推出 Mercedes-Benz S400 Hybrid 環保旗艦,並透過 CGI 缸內直噴等技術,減少現行汽油引擎的二氧化碳等氣體之排放外,也已針對零廢氣排放的 E-cell 純電動引擎與 F-cell 燃料電池引擎,投注大量心血,展現了 Mercedes-Benz 對於環境與未來的責任。

混和動力系統現身:Hybrid

對於替代或過渡性能源的開發,其實 Mercedes-Benz 早在 100 多年前就已開始進行,最早應可回溯至 Daimler-Motoren-Gesellschaft(DMG)的子公司於 1907 年在維也納所推出、由 Porsche 車廠創辦人:Dr.Ferdinand Porsche 所研發的 Mercedes Mixte 混合動力引擎,動力來源為一具汽油引擎和一個電動馬達;自此之後,Daimler AG 的研究中心不但打造了超過 20 輛以上的混和動力系統概念車及各式研發車輛,包括:Smart HyPer 和 Mercedes-Benz Atego 等,但 2008 年 9 月推出的 S400 Hybrid,並於 2009 年推出小改款車型後,才正式讓 Mercedes-Benz 首度跨足 Hybrid 混和動力車款的生產。

Porsche 創辦人:Dr.Ferdinand Porsche 曾經在 Mercedes-Benz 前身、DMG 之分公司任職時,研發出圖中這輛全球第一款 Hybrid 混合動力車:Mercedes Mixte,以一具汽油引擎和輪內的電動馬達為動力來源。

Hybrid 油電混合動力系統,顧名思義,代表著其動力系統中有 2 種以上的動力來源,讓使用者能夠混合使用。現有的 Hybrid 系統,大多以汽油引擎與電動馬達搭配,以提供更佳的使用結果,而 Hybrid 系統的出現,便是在汽油引擎動力與純電動動力之間搭起一座橋樑,希望透過汽油容易補給與電動馬達高效率的優點,提供一個良好的過渡解決方案。講到 Hybrid 系統,目前大家較為熟悉的,莫過於 Toyota 集團的 THS 動力系統,且市場上目前大多數車廠所推出的 Hybrid 車型,多是取得 Toyota 技術授權所生產的產品,技術來源依舊是 Toyota 集團。

Mercedes-Benz 於 S400 Hybrid 上所搭載的這套 Hybrid 系統,是以 S350 所使用的 V6 引擎為基礎,並加入一具電動馬達,且無時無刻均同步運轉,能提供較平順的輸出。

THS 系統以並聯式的架構為基礎,引擎動力與馬達動力分別傳遞至變速箱後,透過控制系統,決定 2 種動力系統輸出的模式,可以純電動驅動、純汽油驅動,或兩者同時驅動,取得最好的動力表現。所以一般行駛狀況下,車輛會以純電動驅動起步,並在適當的時機切換至汽油引擎驅動,或是兩種動力同時輸出,且在時速拉高至汽油引擎效率良好的範圍後,再切換至汽油引擎驅動模式,以求得最良好的綜效。這樣的系統,在使用上的確在油耗上有著極佳的表現,但不論是哪一輛 THS 系統的產品,在電動切換至汽油的模式時,都會因為動力切換的狀況,而略有震動。

透過一具3.5升V6引擎和一組鋰離子電池馬達系統的發功,S400 Hybrid不但可輸出高達299匹的最大馬力,最大扭力也有39.3公斤米之譜。

相對於 THS 系統的並聯式設計,Mercedes-Benz 的工程師則是採取完全不同之串聯式設計,讓動力表現有著截然不同的結果,以 S400 Hybrid 為例,便是配置 S350 上所使用的 V6 引擎為基礎,在引擎與變速箱之間加入了一具扁平圓盤狀的引擎,這具馬達的轉子,與 V6 引擎的曲軸及變速箱的輸入軸是固定在一起的,因此並無法像並聯式的 THS 系統一般,可選擇只運轉引擎或馬達,而是無時無刻均同步運轉。因此只要踩下油門,V6 引擎與馬達都會開始運轉,提供 S400 Hybrid 動力,補足引擎低轉速不佳的效率,以達到節能減碳的目的。

由於鋰離子電池的體積較目前常見之 Hybrid 車款所搭載的鎳氫電池小很多,所以 S400 Hybrid 的車內空間,和一般 S350 汽油引擎車款幾乎完全相同。

在驅動模式下,馬達的轉子與外圈之間,是以非接觸性的磁力,為引擎連動的傳動軸施加額外的扭力,沒有任何機構切換連動的問題,自然也不會出現運轉的振動,而這正是 S400 Hybrid 不會出現動力切換頓挫的原因。

而且與 THS 系統所採用、體積龐大且重量較重的鎳氫電池不同,Mercedes-Benz 的 S400 Hybrid 是世界上首款搭載鋰離子電池的量產 Hybrid 車,擁有電池較輕、體積較小、效能更佳的優點,讓這顆鋰電池能裝置在引擎室中原有的電瓶位置,無須佔據 S-Class 的後行李廂空間,且電池還可提供電動馬達和空調系統壓縮機電能,並能透過交流/直流轉換器連接車上的 12 伏特供電系統,提供電力予頭燈及車內各項舒適配備。

Mercedes-Benz S400 Hybrid

動力來源

油電混合動力車

馬力輸出

299hp(總和輸出)

扭力輸出

39.3kgm(總和輸出)

最高時速

250km/h(電子限速)

能源消耗

7.9L/100km

二氧化碳排放量

186g/km

至於動力系統方面,S400 Hybrid 則是透過一具 3.5 升 V6 汽油引擎與油電混合模組整合,讓 S400 Hybrid 平均油耗每 100 公里僅需 7.9 升燃油,同時,行駛每公里僅有 186 克的二氧化碳排放量,也創下同級距車款的最低紀錄。此外,S400 Hybrid 還能輸出 279 匹最大馬力,連結於引擎與變速箱間的電動馬達則可額外輸出換算後約 20 匹的馬力,使得總馬力輸出可達 299 匹,最大扭力亦高達 39.3 公斤米,是環保、舒適與豪華透過 Hybrid 油電混合系統成功結合的最佳範例。

由於擁有電池較輕、體積較小、效能更佳的優點,所以S400 Hybrid不但性能表現不俗,且油耗表現出色、二氧化碳排放量低,是同級豪華房車中最環保的選擇。

此外,Mercedes-Benz 近幾年也已著手研發 Plug-in Hybrid 插電式油電混合系統,且預計下一代 S-Class 豪華房車就會有量產 Plug-in Hybrid 環保車型,並於 2009 年推出 S500 Plug-in Hybrid 概念車,搭載可充電的鋰離子電池,可使用一般 3.3kW 的家用插座,且只需 4.5 小時,即可將空電池電力充飽,以純電力驅動模式行駛 30 公里。動力系統則是由 3 個關鍵組件結合而成,包含新一代缸內直噴 3.5 升 V6 汽油引擎、可產生 60 匹馬力的 Hybrid 模組,以及擁有 10kWh 容量的鋰電池,搭配 7 速自排變速箱,除了擁有平順的加速反應之外,0~100km/h 的加速成績也只需要 5.5 秒,值得期待。

「柴」夠清淨:CDI

堪稱車壇柴油引擎技術領導者的 Mercedes-Benz,其實早在 1923 年即率先推出了搭載柴油引擎的卡車,接下來更於 1936 年推出全球首具排氣量 2,545c.c. 的直列 4 缸柴油引擎,並應用在全世界首部柴油小客車 260D 上,成為當時暢銷車款,而 1978 年 C111-III 概念車,更以平均時速 325km/h,打破了 9 項世界速度紀錄。

誰說柴油引擎就只能搭載在笨重的休旅車上,1978 年 Mercedes-Benz 所推出的 C111-III 柴油引擎概念車,便以平均時速 325km/h,打破了當年 9 項世界速度紀錄。

除了在性能方面的表現,Mercedes-Benz 在 1983 年所推出的 190D,率先採用靜音柴油引擎,大幅提昇柴油引擎運轉寧靜度,在 1985 年更研發出全球第一套碳粒子過濾系統,這套有效過濾碳微粒分子的高科技,車界在環境保育的努力上跨出一大步。

原廠於 1983 年所推出的 190D,率先於柴油引擎內導入靜音設計,大幅提昇了柴油引擎運轉的寧靜度。

1997 年 Mercedes-Benz 和 Bosch 合作發表了 CDI 同軌式直噴柴油引擎,並於 2000 年推出動力強悍的 4.0 升 V8 柴油引擎,以全新的共軌技術及高效率直接噴油系統,將柴油引擎的動力向上提升 30%,扭力也大幅挺進 100%,2002 年 9 月所發表的 C30 CDI AMG,結合了高馬力及高扭力,更改變了世人過去對柴油車款的偏重實用的印象。

2002 年 9 月原廠推出 C30 CDI AMG,搭載一具 2.9 升柴油渦輪增壓引擎,結合了高馬力及高扭力,可輸出 231 匹馬力,改變了世人過去對柴油車款的偏重實用的印象。

而由 Mercedes-Benz 在 2005 年所推出的第 3 代 CDI 共軌直噴柴油引擎,除了動力與油耗效能的大幅提升之外,更率先將高研發成本的長效型碳粒子過濾器(DPF-Diesel Particulate Filter),列為 40 多款市售柴油車型的標準配備,在排氣管中加裝碳粒子過濾器之後,除了可有效去除廢氣中超過 95% 的碳粒子,更具備了極低污染的優良表現,也讓 CDI 引擎成為目前最環保的柴油引擎之一。

引進缸內直噴技術:CGI

除了推出 S400 Hybrid 豪華旗艦,以 Hybrid 油電混合動力系統來有效降低車輛的廢氣排放和油耗表現外,針對目前最普遍搭載的傳統汽油引擎,Mercedes-Benz 則是祭出了 CGI BlueEFFICIENCY 技術,以 CGI 缸內直噴渦輪增壓引擎(CGI:Stratified-Charged Gasoline Injection)來應戰,並配合車身等部件的輕量化設計,以及車身空力效應的提升,竭盡所能地完成「綠化」的目標。

儘管已成功量產 S400 Hybrid 油電混合動力車款,但針對目前仍最普遍的傳統汽油引擎,Mercedes-Benz 也發展出 CGI BlueEFFICIENCY 技術,以缸內直噴渦輪增壓引擎來減少能源的損耗。

以國內目前總代理已上市的 E250 CGI BlueEFFICIENCY Coupe 為例,搭載的動力系統便是 Mercedes-Benz 新一代鋁合金 1.8 升直列 4 缸渦輪增壓 CGI 引擎,搭配了更精準的缸內直噴供油技術,利用高壓噴油嘴直接將燃油注入引擎汽缸內燃燒室,根據精密計算並輔以 140 bar 供油壓力,可讓稀薄燃油與引進燃燒室內空氣充分混合,進行均勻燃燒模式(DEH,空燃比 14.7:1),達到最佳的燃燒效果,可使引擎反應更為靈敏。且相較過去排氣量相近的 1.8 升直列 4 缸機械增壓汽油引擎,還提升了高達 12% 的燃油經濟效益,且由於採可變汽門設計,能有效降低運動阻力,具備低轉速高扭力、低維修成本等優點。此外,這具引擎還具有 204 匹的最大馬力,0~100km/h 加速僅需 7.4 秒,極速則可達 247km/h,出色的性能表現,讓它甚至具有媲美柴油引擎的強悍扭力與燃油經濟性,且保有汽油引擎的馬力延展優勢。

搭載新一代鋁合金 1.8 升直 4 缸內直噴 CGI 渦輪增壓引擎的 E250 CGI BlueEFFICIENCY Coupe,可讓稀薄燃油與引進燃燒室內空氣充分混合,達到最佳燃燒效果,且具備低轉速高扭力、低維修成本等優點,並可輸出 204 匹最大馬力,0~100km/h 加速僅需 7.4 秒。

工程師們還發現,控制引擎熱能對於燃油經濟性有著極為正面的效果,因此特別在引擎噴射供油處導入電子溫度控制系統,可根據駕駛模式、周圍溫度與其他參數,即時控制系統溫度,使其時時處於最佳工作溫度狀態,可有助於燃油經濟的精準控制。Mercedes-Benz 所推出的 CGI 缸內直噴渦輪增壓技術,可說是現今效能最出色的小排氣量引擎,不但能擁有充沛的動力表現,且兼顧了節能環保,展現了愛護環境的最大誠意。

實現零排汙概念:F-cell

燃料電池是目前最先進的車用替代能源科技之一,Daimler AG 集團則是開發這項科技的濫觴,至今已投資約 10 億美元,且早在 1994 年便開始利用 NECAR 系列概念車款,證明這項動力系統的技術可行性,並於 2002 年生產了 30 輛採用燃料電池的 CITARO 市區巴士,在歐洲 10 家公共運輸業者提供車隊服務,另外自 2004 年起,又打造了 3 輛燃料電池巴士在澳洲服役。此外,Mercedes-Benz 也於 2004 年與中國大陸的研究發展部簽約,並運交多部 CITARO 型燃料電池市區巴士,在北京市區試行駛,嘗試解決市區巴士二氧化碳等廢氣的排放問題。

Daimler AG 集團是最早開發燃料電池的車廠,且早在 2002 年便生產了 30 輛採用燃料電池的 CITARO 市區巴士,並在歐洲 10 家公共運輸業者提供車隊服務。

由長期的規劃上來看,無庸置疑地,燃料電池應該是最環保的動力系統,因為燃料電池是以氫為燃料,利用氫氣與大氣中的氧氣產生化學反應與電流來驅動電動引擎,是真正的零廢氣排放動力。但直到使用氫氣的燃料電池動力系統可達量產階段之前,汽、柴油或 Hybrid 混合動力系統仍會是汽車市場的主流,尤其是柴油引擎科技的進步,已使得引擎在兼顧環保與節約能源有更好的表現,而且 Hybrid 混和動力系統也已能有效提升廢氣排放與油耗表現,是邁向零污染前的重要過渡解決方案之一。

2009 年初,Mercedes-Benz 還與德國辛德芬根廠內超過 150 名實習生與建教合作生,打造了 F-cell Roadster 這款極具環保創意與優雅古典氛圍的概念車。
Mercedes-Benz 於 2009 年生產了 200 輛 B-Class F-cell,並於 2010 年投入歐洲與美國市場,透過實際試駕來測式燃料電池系統在未來的可行性。

至於 Daimler AG 集團 F-cell 燃料電池系統的開發現況,除了 2007 年與冰島 Landsvirkjun 和 Reykjavik Energy 兩家能源公司合作,以 A-Class F-cell 進行了為期 1 年的燃料電池測試計畫外,2009 年初,Mercedes-Benz 還與德國辛德芬根廠內超過 150 名實習生與建教合作生,綜合各項專業領域的技能,共同打造了一輛 F-cell Roadster 這款極具環保創意與優雅古典氛圍的概念車,並在 2009 年生產了 200 輛 B-Class F-cell,並於 2010 年投入歐洲與美國市場,透過實際試駕來測式燃料電池系統在未來的可行性。

B-Class F-cell 搭載一具可提供 136 匹馬力輸出的電動馬達,性能表現約與現行 2.0 升汽油引擎相當,換算後每 100 公里僅需 3.3 升柴油的低耗能標準,且可自行打開「油箱蓋」來加氫。

B-Class F-cell 搭載的是一具可提供 100kW(換算後約 136 匹與 29.5 公斤米)輸出的電動馬達,性能表現約與現行 2.0 升汽油引擎相當,具備約 400 公里的續航力,以及換算後每 100 公里僅需 3.3 升柴油的低耗能標準。此外,與 2004 年推出、Mercedes-Benz 的第一輛 F-cell 試做量產車款:A-Class F-cell 相比,B-Class F-cell 不但燃料電池體積大幅減少了 40%,效能卻提升 30%,且減少了將近 30%的耗能。而且還考量了乘載與乘坐空間的實用需求,能完整支援 4 名成人乘坐與 416 公升的行李容積,兼顧了環保節能與車輛的實用性。

Mercedes-Benz B-Class F-cell

動力來源

燃料電池動力車

馬力輸出

136hp

扭力輸出

29.5kgm

最高時速

170km/h

能源消耗

相當於燃油 3.3L/100km

二氧化碳排放量

0

續航力

385km

鋰離子電池效能

1.4kWh/35kw

低溫發動

可至攝氏負 25

邁向電動化世界:E-cell

僅管充電站的設立還有許多待解決的問題,但與 F-cell 燃料電池車同屬「零廢氣排放」電動車,也是目前不少車廠努力的方向,且近年來也已有不少電動車,如:Tesla Roadster 等的陸續上市,逐漸炒熱了這個環保新趨勢。因此在 F-cell 燃料電池系統上已有所斬獲的 Mercedes-Benz,也開始投入電動車的開發,期望可以在燃料電池系統與電動車的領域都拿下龍頭的位置,以先進且相當成熟的 E-cell 電動系統,扮演好先驅者的角色。

不但早於 2009 年 11 月便曾經推出過 Smart fortwo 的電動版本,並生產 1,000 輛之多,2010 年 12 月,Mercedes-Benz 還繼 2009 年底推出 B-Class F-cell 燃料電池車後,再以旗下 A-Class 掀背車為基礎,生產 500 輛 A-Class E-cell 電動車,為旗下替代能源產品揭開新頁

Mercedes-Benz 不但早於 2009 年便曾推出 Smart fortwo 電動版本,2010 年 12 月還繼 2009 年底推出 B-Class F-cell 燃料電池車後,再以旗下 A-Class 掀背車為基礎,生產 500 輛 A-Class E-cell 電動車。
A-Class E-cell 能利用一般 230 伏特的家用插座進行充電,或透過路邊停車位旁的充電站充電,且充電 8 個小時就能讓 A-Class E-cell 擁有 100 公里的續航力。

以 5 門版 A-Class 為基礎打造的 A-Class E-cell 電動車,不但並未因為動力系統更動而犧牲車內空間,擁有相同的行李箱容積,且搭配可傾倒的後排座椅。動力方面,A-Class E-cell 的動力來源來自於一具擁有 95 匹馬力、29.5 公斤米扭力的電動馬達與小型鋰電池組,能在 5.5 秒由靜止加速至 60km/h,極速則是被限制於 150km/h,最遠能巡航行駛超過 200 公里。此外,除了透過充電站充電外,A-Class E-cell 也能利用一般 230 伏特的家用插座進行充電,且充電 8 個小時就能讓 A-Class E-cell 擁有 100 公里的續航力,市區通勤綽綽有餘。

早在 SLS AMG 正式發表前,Mercedes-Benz 便曾經在 2009 年曝光過一張 SLS AMG E-cell 電動車的底盤結構圖,並在 2010 年 6 月正式推出 SLS AMG E-cell 原型車,且宣告最快 2014 年便會上市

另外,如果你以為 E-cell 只能運用在 A-Class 這類小車的話,那你可就大錯特錯,因為 Mercedes-Benz 在 SLS AMG 新世代鷗翼超跑正式發表前,便曾經在 2009 年 7 月預先曝光過一張 SLS AMG E-cell 電動車的底盤結構圖,並在 2010 年 6 月,正式推出 SLS AMG E-cell 原型車,並宣告最快 2014 年便會上市。

外型與一般 SLS AMG 相差無幾的 SLS AMG E-cell 原型車,動力來源為 4 具配置於輪組附近的電動馬達,所搭載的鋰電池模組則是由 Mercedes-Benz 與 Evonik Industries AG 所合資的 Deutsche Accumotive GmbH & Co. Kg 公司所提供,電壓高達 400V,馬達轉速可達 12,000rpm,且具備煞車動能回收機制,並擁有專屬水冷系統,可提供充分的散熱效果。

SLS AMG E-cell 原型車的動力來源為 4 具配置於輪組附近的電動馬達,搭配體積較小、重量較輕的鋰離子電池模組,電壓高達 400V,馬達轉速可達 12,000rpm,且具備煞車動能回收機制,最大馬力預估約526匹。

至於 SLS AMG E-cell 原型車的輸出功率,換算後為 526 匹最大馬力與 88.8 公斤米的最大扭力,與目前市售 SLS AMG 的 571 匹/66.3 公斤米輸出相比亦不惶多讓,並可輕鬆於 4 秒內完成 0~100km/h 的加速,極速限制在 250km/h,續航力則約為 150 公里,一但正式量產上市後,便可實現超級跑車零排汙的終極目標。

Mercedes-Benz SLS AMG E-cell

動力來源

電動車

馬力輸出

526hp

扭力輸出

88.8kgm

最高時速

250km/h(電子限速)

二氧化碳排放量

0

續航力

150km

另外,Mercedes-Benz 也正於其他歐洲車廠研擬制訂統一的充電插頭、插座規格,期望能夠統一電動車插座與插頭的規格,讓電動車產品在未來能夠更加便利、普及,並分別與 Renault-Nissan 集團、研發電動車有成的中國比亞迪(BYD)簽署合作備忘錄,宣佈將共同進行電動車研發,並成立全新的電動車品牌:深圳比亞迪‧戴姆勒新技術有限公司(Shenzhen BYD Daimler New Technology Co. Ltd,),進行電動車研發工程,繼續朝向汽車零排汙的目標前進,帶頭善盡做為世界公民的責任。