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創意性問題解決技巧 現代柴油引擎新科技裝置 班級:自控一乙 組別:第9組 組員:陳玟靜(4A012056) 蘇惠君(4A012092) 指導老師:瞿嘉駿 四行程柴油引擎工作原理 1.進氣行程：進汽門開啟，排汽門 關閉，進汽門約在上死點前10°～30° 開啟，吸入純空氣，在下死點後40° ～70°關閉。 2.壓縮行程：進汽門關閉，以 15～ 23 : 1的壓縮比壓縮空氣，壓縮空氣 壓力升高至30kg/cm～55kg/cm溫度升 高至500℃，此時溫度可利用來點燃 柴油。 3.動力行程：壓縮行程終了，噴入 柴油與高溫空氣接觸而自動燃燒， 燃燒最大壓力可達65～90 kg/cm。 4.排汽行程：排汽門約在下死點前 40°～70°開啟，於上死點後10°～30° 關閉，排汽溫度最高約500℃～ 600℃。 進氣 壓縮 動力 排氣 柴油引擎的優點 (1)高馬力 (2)低轉速高扭矩:加速性能優異 (3)高熱效率:達35~42%，汽油引擎熱效率為 25~30% (4)低油耗 (5)低CO2排放量 (6)耐久性佳:引擎壽命可達20萬至100萬公里意思 為若柴油引擎85公里，棄車引擎則為40~45公里。 (7)保養成本低:柴油引擎保養週期為50000公里， 汽油引擎為7000公里。 汽油引擎及柴油引擎項目對照表 項目 汽油引擎 新世代柴油引擎 燃油穩定性 易揮發 黏性高，較不易揮發 燃油安全性 相對易燃 相對不易燃 燃油單價 高 低 進氣 油氣混合氣 純空氣 點火方式 火星塞高壓電點火：由高壓線圈產生的高 壓電火花點燃已壓縮完成的油氣混合氣 高溫壓縮空氣點火：將燃油以高壓霧狀的 型態噴入汽缸中，接觸高溫壓縮空氣而自 行著火燃燒 動力行程的壓力產生速度 燃燒迅速，爆發力強 燃燒較慢，扭力較大 爆炸壓力 約 50~70 bar 約 60~90 bar 熱效率 25~30 ％ 35~50 ％ 扭力輸出 低轉速扭力小 低轉速扭力大 最高引擎轉速 約 6000~10000 rpm 約 3500~4500 rpm 溫室效應氣體 (CO2) 排放 高 低 污染性氣體排放 高 低 排氣溫度 高 低 引擎重量 輕 重 引擎壽命 相對較短 相對較長 點火系統保養週期 約 80000~100000 km 無 新車價格 較低 較高 共軌式燃油噴射系統的作用原理 在傳統柴油引擎中，柴油離開噴射泵而成為高 壓柴油後，直接頂開噴油嘴的針閥並噴入燃燒 室中，在此區間內，有許多不穩定的因素，會 影響噴入燃燒室的噴油量，這會造成不同汽缸 的噴油量有差異、噴射時間不同或出現滴油等 結果。使得傳統的柴油引擎有著諸多的缺點， 如排放黑煙、有毒的廢氣量較高等。 現今的共軌燃油噴射系統則可將上述的缺點一 一消除，因為共軌系統則採用類似汽油噴射引 擎的控制方式，高壓柴油是使用高壓泵浦來加 壓，再將加壓後的高壓柴油送到一個共同油軌 中，此共同油軌裝有調壓閥，能使其中的油壓 保持一定，將多餘的柴油透過回油管送回油箱。 再由此共同油軌連接個別的高壓油管到位於各 個汽缸的壓電式或電磁控制式噴油嘴，使噴油 嘴中隨時充滿高壓柴油。 新/舊柴油引擎噴油系統進化差異 傳統柴油引擎 新世代柴油引擎 高壓柴油產生方式 噴射泵或單件式高壓噴射器 高壓泵浦 柴油計量方式 機械式油量計量裝置依轉速及負荷 接收來自各個感知器的訊號，判斷 進行預設的噴油量調整 引擎目前的工作狀況，如轉速、負 荷、是否處於爆震、急加速、減速、 廢氣排放情形等，再控制噴油嘴於 正確的噴油時機噴入正確的噴油量 噴射階段 單階段：僅主噴射 多階段：先期噴射、主噴射、後期 噴射使燃燒能更漸進且完全 噴油嘴內之壓力變化 因柴油壓力與燃油噴射同步，故引 擎轉速升高，噴油量增加時，噴射 壓力會隨之升高，但噴油一結束， 噴油嘴的噴射壓力會立即下降 柴油壓力由高壓泵浦加壓，並以調 壓器維持在一定的高壓與燃油噴射 為獨立分開，故噴油結束後，噴油 嘴內的壓力仍會保持高壓。 燃燒及廢氣排放情況 引擎轉速的高低，影響燃燒情形甚 先期噴射可提升汽缸內之溫度及壓 大，故燃燒效益變動大，進而造成 力，此穩定的壓力可使主噴射時的 較嚴重的空氣污染 燃燒效益提升，並使馬力加大，再 以後期噴射強迫汽缸內的氣體完全 燃燒，減少空氣污染 VGT渦輪增壓系統 傳統的渦輪增壓器，由於 排氣渦輪之葉片的角度是 固定的，進入排氣渦輪帶 動葉片的廢氣以固定的角 度吹向排氣渦輪葉片，因 為引擎低轉速時的排氣速 度不夠快，使油門踩下瞬 間的引擎加速性有暫時的 遲鈍，稱為渦輪遲滯。 VGT 可變幾何渦輪增壓 器既可改善低轉速時的渦 輪遲滯現象，也可兼顧引 擎高轉速時的增壓需求。 各廠柴油引擎應用-Ford TDCi柴油渦輪共軌噴射系統 Ford TDCi 柴油渦輪增壓共 軌噴射採用最新的共軌供 油系統，完全消除了舊世 代柴油引擎的缺點。共軌 設計，可使各氣缸間的噴 射壓力及噴油量誤差接近 零，噴油壓力及柴油的預 先加溫均使噴入燃燒室內 的柴油更能夠充份霧化使 燃燒效益提升，。 TDCi 亦使用VGT 改善低 轉速時的渦輪遲滯現象， 使得引擎不必加大排氣量， 即大幅提升馬力及扭力。 Ford 2.0 DOHC 16V 共軌渦輪柴油引擎 各廠柴油引擎應用-Benz Xdi第三代增壓共軌系統 Ssang Yong 汽車與 Benz 合 作的血統，用壓電式噴油嘴 取代電磁式噴油嘴，輔以可 變式供油壓力，提高了控制 的精確性；同時引擎的管理 系統搭載的是 32 位元 ECU 並搭配強勁的渦輪增壓系統， 使引擎的動力強勁且油耗更 低；此外，以熱質能 氣流感 知器及推進壓力感知器來增 進空氣進氣效率，使引擎燃 燒更完全、乾淨，更通過了 歐洲第四期的排放標準。 低轉速高扭力特性，輕易的讓超過兩噸重的 車身與載重登上險坡。 各廠柴油引擎應用-VW Tdi渦輪增壓柴油直接噴射系統 VW TDI 渦輪增壓柴油直接 噴射與一般的共軌式柴油引 擎最大的差異在於 VW TDI 不使用高壓泵浦來產生高壓 柴油，而改採用將泵浦整合 在噴油嘴上的「整合泵浦式 噴油嘴」當柴油形成高達 2050 bar 的高壓後，直接 由噴油嘴的 5 孔噴口噴入燃 燒室中，這種方式可讓燃油 與空氣的霧化效果更為良好。 直接噴射的優點在於能精準 地計算燃油量，並且在正確 的時間精確地進行噴射，不 但性能更好，而且降低排放 污染。 VW Golf 1.6 TDI TL 柴油引擎車輛使用建議 (1)機油使用:要使用標示為 API 機油 CD、CE、CF 等 之等級的機油，等級開頭字母為 C 才是供柴油引擎使 用；而開頭字母為 S 者為汽油引擎用。 (2)保養方式:柴油微粒過濾器－應依車廠建議的期間 進行檢查或更換。 (3)燃油添加:部份柴油引擎所使用的壓電式噴油嘴， 其噴油孔徑相當細小 (120~150 μ)，且構造非常精密。 稍微不良的油品就可能會堵塞噴油孔，而使噴油嘴損 壞及發生燃燒不正常的狀況，而噴油嘴通常均所費不 貲，故此點不可不慎。