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好好認識柴油引擎

好好認識柴油引擎
好好認識柴油引擎

VW柴油引擎事件持續延燒,並且在國際間引發連鎖反應,造成VW股價下跌、德國汽車走勢疲弱。在臺灣,這些事似乎沒有造成嚴重的影響,我想,與其關切賠償金,不如好好認識裝在自己車上的柴油引擎。

沒有火星塞 純粹高壓縮

進氣、壓縮、燃燒、排氣,四個過程讓燃料產生動力,這就是內燃機的原理。在燃燒行程方面,汽油引擎採用火星塞點火,讓壓縮過的混合油氣燃燒。反觀柴油引擎沒有使用火星塞,而是運用高壓縮,讓燃油產生自燃(沒錯!就是電影狄仁傑演的自我燃燒),這就是柴油的動力來源。

柴油引擎的由來

1876年,德國工程師Rudolf Diesel發明柴油引擎。最早使用的燃料是花生油,是土地種植出來的燃料,但成本太貴,很難與汽油競爭,後來使用原油提煉出的柴油。

柴油引擎有什麼優點?

剛說過了,柴油引擎運用高壓縮比讓燃料自燃,進而產生動力,所以扭力強勁,而且不需要高轉速就可以釋出最大扭力,起步好、荷重量高,非常適合高負載行駛。

因為低轉速高扭力,柴油引擎不需要重灌油門就可以湧現充足的力量,因此比汽油引擎更省油。再加上柴油費用也比汽油便宜,尤其是需要長途駕駛、燃料費用昂貴的歐洲,性價比高,柴油引擎是汽車的動力主流。

柴油引擎有什麼缺點?

柴油引擎當然有缺點,最引人詬病之處就是排污嚴重,還有運轉噪音吵雜。

傳統的柴油引擎採用間接噴射設計,引擎監控系統也不夠成熟,沒辦法做好噴油量、噴油壓力及時間控制,所以柴油引擎的燃燒效率不佳,排黑煙、引擎吵雜是家常便飯。當過兵的君子們,一定對於冬天要加溫才能啟動,跟在後面行軍一路吃黑煙的五噸車印象深刻。

缸內直噴+渦輪增壓+精密電腦=柴油引擎三法寶

以上柴油引擎的老問題,目前已獲得長足改善。汽車科學家積極發展高壓共軌直接噴射系統,首先運用超高壓力泵浦(壓力甚至超過2000bar),讓柴油徹底霧化成細微顆粒。

接著再透過設置在汽缸頭的噴油嘴,此乃缸內直噴供油系統,如此一來,就可以把柴油直接送到燃燒室(產地直銷的概念),燃燒效果倍增。還有,再搭配渦輪增壓,讓混合油氣產生更高的壓縮,最後,運算精準的新世代引擎監控系統更是功不可沒。

以上科技產物,讓柴油引擎擺脫種種負面包袱,因此,越來越多消費者開始接受柴油車,柴油車也成為歐洲車廠的熱門商品。

柴油引擎環保嗎?

剛剛漏了一點,使用缸內直噴、渦輪增壓、精密電腦之後,柴油引擎仍然會冒黑煙,為了根治這項柴油引擎的先天問題,科學家發明了DPF(Diesel Particulate Filter)碳微粒過濾器。內燃機的污染氣體大致上分為CO、HC、CO2、NOx、PM,柴油引擎的PM懸浮微粒排放量嚴重,這正是噴黑煙的主要原因。儘管柴油引擎使用新科技,提升了燃燒效率,但是在起步或大腳油門時仍然會噴煙。

因此新世代柴油車款在排氣管中段額外加裝DPF碳微粒過濾器,原理很簡單,就是二次燃燒。DPF碳微粒過濾器是高溫的網狀結構,可以攔截PM懸浮微粒碳,燃後再次燃燒,如此一來,就能解決黑煙的問題了。

SCR尿素選擇性觸媒還原系統

運用DPF碳微粒過濾器解決了M懸浮微粒排污的問題,接下來還要面對NOx排污。

目前,市面上出現一項名為SCR(Selective Catalytic Reduction)尿素選擇性觸媒還原系統,簡稱SCR系統。這是為了因應Euro 6歐盟六期環保法規而生的環保系統。什麼是SCR系統?

簡單來說,SCR系統就是在排氣中「噴尿素水」,把一種無毒透明液態尿素(AdBlue),經過電腦精密計算後以專門系統噴在排氣管之中,因為尿素可以把NOx進行分離、重組,即可轉化為無害人體的水與氮,如此一來,即可大幅降低氮氧化合物NOx的排放量,讓地球上的生物活得更健康。

全球最低壓縮比的柴油引擎

高壓縮比是提升柴油引擎的關鍵,來自日本廣島的Mazda卻有不同看法。在全新SKYACTIV概念中,Mazda工程師竟然逆向操作,發展出全球最低壓縮比的SKYACTIV-D柴油引擎。一般柴油引擎壓縮約16:1~18:1,SKYACTIV-D柴油引擎則為14:1。Mazda運用輕量化機件,再搭配Piezo壓電式噴油嘴及VVL可變汽門揚程系統,大幅提升燃燒效率。此外,降低壓縮比之後,引擎本體與運轉機件就可以做得輕盈一點,金屬使用量減少,即可節省製做成本,一舉數得。

你需要柴油車嗎?

重點來了,你真的需要柴油車嗎?這才是最重要的課題吧。當你去歐洲留學、居住,想要買車的時候,歐洲車商通常會問你「打算開多少里程數?」,如果是10~20萬公里,車商會建議你買汽油車;要開20~30萬、甚至40萬公里,你才需要柴油車。

柴油引擎的優點是低轉速、高扭力、低油耗,但是造價貴、環保設備複雜也是不爭的事實(DPF與SCR都是耗材)。再說,新世代渦輪增壓汽油引擎也做到2000rpm內輸出最大扭力,已具備濃厚的柴油引擎特性。

如果你自己一個人、小家庭、市區代步,其實不需要柴油車。做為君子,要學學歐洲人的務本思維才對。

看更多精彩內容詳見本期的君子雜誌

  • 君子雜誌 2015-12-14
關鍵字: 柴油引擎壓縮
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