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節能減碳意識高漲，加上油價不斷攀升，使得開車的負擔變得越來越沉重，若要持續享受行車便利，又要保護環境，選擇低污染、低耗能、高效率的汽車，便成了 開車族的選擇之一。近年來，引起廣泛討論的油電混合車，是一種透過「互補機制」將能源有效整合運用的環保車，它既省能又可有效降低內燃機的排污量，是目前 各種環保節能車（如氫燃料電池車或純電動車）中開發最成功的，並且已經大量生產。內燃機與電動馬達是兩種截然不同的動力系統，二者的互補特性是什麼？要如 何使它們合作運轉呢？
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結合油電兩種動力系統的優點
國立台北科技大學車輛工程系教授黃國修表示，對於車輛，好的潔淨能源必須是可循環使用、安全性高、 效率高、成本低、可精確計算殘餘量，同時可在短時間內補充能源，並在短時間內釋放能量產生動力。純電動車之所以無法普及，最重要的原因是電池充電的速度過 慢、續航力低且成本稍高，而且電池內的殘餘電量很難像汽油，可做到非常精確的計算，因此純電動車尚有許多技術待克服。
氫燃料電池車排出的廢物雖然只有水，但是氫氣容易爆炸，要如何安全地儲存、輸送是高難度的技術；若改以液態形式，又必須讓氫處在高壓、低溫的環境，因此氫燃料電池車尚無法普及。
油電混合車不單純使用某一種能源，而是結合內燃機與電動馬達兩種不同動力系統。它成功的關鍵在於兩種動力源的優缺點可以互補，達到低污染、低耗能、低噪音、續航力長、性能佳的理想效益。
舉例而言，內燃機在汽車低速時性能差、排放廢氣多，高速時性能好；而電動馬達則是低速時性能好、高 速時性能差，因此油電混合車的設計為低速行駛時只由電動馬達出力，高速行駛再啟動內燃機。和泰汽車公共關係部經理楊湘泉表示，以上述概念可得出油電車的五 個最佳行駛模式（見下方圖表）。
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影像來源：和泰汽車公司 |
齒輪組相互運轉，分配動力
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| 油電混合車系統架構簡圖，行星齒輪組將內燃機與電動馬達產生的動力傳至車輪或發電機。（影像來源：和泰汽車公司） |
黃國修說，車輛可以聰明地自動切換兩種動力，主要是軟體與硬體共同合作完成。軟體是由電腦程式控制，它會分析車子與駕駛的情況，如車速、路況、駕駛踩踏油門及煞車的力道或電池殘電量等，判斷該由內燃機或馬達工作，或兩者同時輸出動力。
硬體是由行星齒輪組構成的動力分配系統來分配動力（見右圖），可將內燃機的部份動力與電動馬達的動 力整合輸出到車輪，並將另一部份的內燃機動力分配給發電機，對電池進行充電；當內燃機不工作時，電動馬達的動力也可以單獨輸出到車輪。以TOYOTA的 「行星齒輪」為例（見下圖），最裡層是「太陽輪」，圍繞在太陽輪外面的是「行星輪」，行星輪又和「行星架」連接，所以行星輪會有自轉與公轉的運動，最外圈 齒輪是「環齒輪」。TOYOTA的動力分配系統連接方式是將發電機連接到太陽輪，內燃機連接到行星架，電動馬達與車輪連接。
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| 上圖為行星齒輪組的剖面圖，下圖為行星齒輪各組齒輪與汽車組件 相連接的方式，最內圈的太陽輪與發電機相連；中間的行星架分別與內燃機和行星輪相連；最外圈的環齒輪與電動馬達及車輪相連。三組齒輪可相互影響，因此能讓 內燃機與電動馬達個別傳送動能到車輪或發電機。（電腦繪圖／姚裕評） |
黃國修與台北科技大學車輛工程所研究生楊金晟表示，車子起步時，電動馬達傳送動力到環齒輪，環齒輪 再透過鏈條將動力傳送到車輪；一般行駛時，內燃機與電動馬達同時運作，內燃機的一部份動力經由行星架、行星輪傳遞到環齒輪，一部份動力則經由行星架、行星 輪傳遞到與太陽輪連接的發電機；加速行駛時，電池提供額外電力給連接在環齒輪的電動馬達，使電動馬達提供較大的輸出功率；煞車時，車輪轉動的動能會被回充 至與環齒輪相連接的電動馬達，使電動馬達變成發電機，產生電力回充至電瓶。當電池殘電量偏低時，內燃機產生的動能除了透過與行星架連接的行星輪傳到環齒 輪，讓車輪轉動外，行星輪也會牽引太陽輪轉動，發電機從太陽輪接受動能，轉換成電能儲存於電池。簡而言之，行星齒輪是透過齒輪組相互運轉，將電動馬達與內 燃機產生的動力適當地傳到車輪或發電機。
楊湘泉表示，一般汽油車行駛10萬公里共需耗費約1萬公升的油，但油電混合車約只需要5000公升的油，平均可節省50%油耗；再以廢氣排放來看，油電混合車行駛10萬公里所排放的CO2也 比一般汽油車少了7.5公噸，總廢氣排放量則減少80%。由此可知，油電混合車確實有助於減少溫室氣體的排放及石油使用量。黃國修表示，車輛屬於移動污染 源，它所排放的廢氣不能被集中處理，因此更潔淨的低碳能源車輛必然是未來的趨勢。在台灣，工研院、中科院、台北科技大學車輛工程學系等單位，正分別提供不 同技術與業界合作，如裕隆集團、東元電機等，冀望開發出更具效能、更少污染的油電混合車。由此可預期，在越來越多人開始重視地球環境，單純只用汽油引擎的 車輛將逐漸淡出我們的生活。
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| Hybrid Engine Vehicle 中文翻譯：「混合式引擎汽車」、「混合動力車」、「油電混合車」
Toyota Prius引擎與馬達等電動元件結合方式的解剖圖 首先得談目前遍佈全球的內燃機引擎（汽油／柴油引擎）的優缺點： 優點：馬力大，技術成熟，擁有遍佈全球的燃料供應及車輛維修體系。 缺點：噪音大，污染空氣，低速運轉時汽油／柴油燃燒不完全，燃料利用率很差，暖車及怠速時則純粹是浪費燃料。在走走停停的市區裡，交通越擁擠，平均能量利用率越低而且排氣污染越嚴重。 雖然內燃機效率不佳，但因汽油及柴油的能量密度遠高於當今最佳的蓄電池及氫燃料電池，所以傳統汽車的續航力大致令人滿意，並風行於全世界。問題是傳統汽車風行才一個世紀，地球的石油蘊藏量就已亮起了紅燈。近年來油價節節高升，汽車又是空氣污染及溫室效應氣體的主要來源之一，儘量儘快地減少耗油已是勢在必行，不論用什麼方式都好。如果有人還認為「本大爺／小姐有的是錢，就算油價再漲十倍，我還是要開豪華（耗油）車！」，這種想法可能再過五年就不可行了*，因為一旦省油又省錢的新世代汽車普及後，不但屆時汽車製造業將缺乏意願生產豪華又耗油的傳統汽車，各國政府還可能會立法「嚴懲」堅持浪費燃料的車主們。〔註：本來我想寫十年，但據報導，全世界第２大的科威特Burgan Greater油田產能已經開始下跌，而最大的沙烏地阿拉伯的油田已經開始灌水「擠」石油後，就改為五年。換句話說，當初某些專家預測2005年左右全球石油產量將達到頂峰，從此開始下跌並最終枯竭的可怕預言已經實現了。根據全世界最大石油公司Saudi Aramco的一位前副總裁Sadad Al-Husseini推測，如果情況不改善的話，到了2030年，得有10個全新的沙烏地阿拉伯的油田才能應付全球的需求。〕 Toyota Prius的Hybrid系統示意圖之一 相對地，以電動馬達驅動的汽車有如下優點：(1) 車輛靜止時馬達可以完全靜止，不浪費能量。(2)以電流大小來調節馬達出力，控制機構簡單，而且沒有汽油／柴油低速運轉時燃燒不完全而效率低落的情 形。(3)整體結構比汽油／柴油簡單，活動零件較少，使用壽命較長。(4)操作時可以非常安靜〔註：遊戲場的碰碰車很吵是錯誤的示範。〕。 |
Toyota Prius的Hybrid系統示意圖之二
全文摘自：科技明星-從複合引擎至鋰電池
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LPG 油氣雙燃料車
近年來，政府積極推廣油氣雙燃料車（即俗稱的瓦斯車），透過補助、增設加氣站等方法，希望車主將現 有的汽油車改裝成可以使用低污染的液化石油氣（liquid petroleum gas, LPG）。LPG車的優點除了燃料價格比汽油低之外，污染也相對較低，根據環保署委託專業單位測試後發現，由汽油車改裝而成的LPG車在一氧化碳 （CO）、碳氫化合物（HC）分別有71%、89%的減量效益，在揮發性有機物VOC、臭氧O3以及主要的溫室氣體CO2 等，也各有54%、97%及14%的減量效益。
LPG車屬於複合動力車，同時使用汽油與液化石油氣兩種能源。國立台北科技大學車輛工程系教授黃國修表示，LPG車與油電混合車不同，並非利用電動馬達和汽油引擎交互驅動，它的動力完全來自汽油或LPG提供燃料至同一個引擎，但二者不會同時進入汽缸燃燒。
油、氣選擇是透過切換裝置的改變，目前LPG車已經進步到汽油與LPG兩種燃料可以做自動切換的技 術，由於LPG在高溫時燃燒效能較佳，因此車子啟動時，先使用汽油系統；當引擎溫度達到設定值時，才切換至LPG 燃料；當燃料耗盡，再自動切回汽油燃料。若切換至汽油，則將油箱的汽油送進噴射器，噴出霧化汽油與空氣混合至汽缸，燃燒爆炸產生動力；若切換至LPG，須 先由氣化器將裝在高壓儲氣瓶的LPG液體減壓變成氣體，再進入混合器與空氣相混後噴入汽缸。
LPG車自1995年即核准上路，但因「瓦斯車」之名而讓民眾不安。黃國修表示，只要管路安裝正確，並不會有安全疑慮，發生爆炸意外大多是駕駛沒有找合格車廠改裝所導致。LPG車在2007年5月底已由環保署正名為「油氣雙燃料車」。
圖為汽油與LPG燃料的供應流程。當切換至汽油時，汽油會從油箱流出，經噴射器加壓變成霧化汽油，噴入汽缸；切換至LPG燃料時，則由儲氣筒送出液態燃料，至氣化器減壓變成氣體，在LPG混合器與空氣依一定比例相混後，進入汽缸。（電腦繪圖／姚裕評）
摘自:科學人雜誌網站
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