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汽車柴油引擎的優(yōu)缺點

發(fā)布時間:2010年02月20日 00:00 作者:佚名 來源:客車網[cpehywm.cn]

   柴油引擎(Diesel Engine),又名壓燃式發(fā)動機,是內燃機的一種。其主要特征為使用壓縮產生高壓及高溫點燃氣化燃料,而毋須另外提供點火。柴油引擎使用的原理稱為狄塞爾循環(huán),為德國工程師魯道夫·狄塞爾(Rudolph Diesel)在1892年所發(fā)明?,F時大部份的柴油引擎使用的燃料為柴油,但狄塞爾的發(fā)明原意是可以使用不同種類的燃料。事實上,他在1900年的世界博覽會上展示他的發(fā)明時,使用的燃料是花生油。


   柴油引擎的歷史

 

   在機械工程學的定義中,凡利用熱能而產生動力的機械,統(tǒng)稱為熱機(Heat Engine),而熱機又分為內燃機與外燃機兩大類。引擎是屬于內燃機的一種,燃料在熱機內部燃燒產生熱能,再將熱能轉變?yōu)闄C械動力者,例如汽油引擎、柴油引擎、燃器渦輪機等都是。在一般常見的引擎中,又分為利用點火器(如火星塞)點火的火花點火(SI)引擎,及利用高壓高溫空氣使燃料燃燒的壓縮點火(CI)引擎。汽油引擎屬于火花點火引擎,柴油引擎則屬壓縮點火引擎。

 

   1876年時,德國人奧圖(Nikolaus Otto)發(fā)明了第一具四行程內燃引擎。當時許多工程師都致力于內燃機的發(fā)展,但是多以火花點火引擎為發(fā)展方向,如Mercedes-Benz的創(chuàng)辦人戴姆勒,正是將汽油引擎應用于車輛的始祖。但由于汽油在如此高溫高壓下,會產生猛烈的爆震,因此后來選定了當時不受重視的柴油。柴油因不易點燃不能作為火花點火引擎燃料,并且柴油點燃后會產生黑煙,也不能像煤油般作為照明燃料,所以在那時不受重視。但是柴油安定不易爆震的特性,正好可作為壓縮點使用。

 

   第一具壓縮點火引擎于1892年問世,但由于當時柴油引擎在發(fā)展初期技術尚未成熟,盡管它有不錯的熱效率及省油性,在當時卻很難與技術以達成熟的汽油引擎相互競爭。直到美國Cummins公司在1924年時,將供油噴射泵應用于柴油引擎上,解決了以高壓空氣供油方式的不穩(wěn)定運轉,并首度將柴油引擎裝于卡車上,奠定了車輛使用柴油引擎的基礎。1936年,柴油引擎也搭載于Mercedes-Benz 260D,這也是柴油引擎應用于轎車的濫觴。

 

   雖然早期的柴油車因為噪音以及黑煙的排放,而多用于大型車輛及機具的使用上。但正因為柴油引擎的扭力大且省油的特性,使得在共軌直噴與可精確供油的壓電式噴嘴技術成熟后,柴油引擎變得更適合小行車使用。對于積極尋求替代能源的現今,柴油引擎雖不是終極的解答,但是柴油引擎的省油特性,可作為十分合適的過渡方案。

 

   柴油引擎的效率較佳、因此可以減少二氧化碳排放,但污染較高(例如長碳鏈有機化合物燃燒后易產生主要以碳粒為主的懸浮微粒(SS));使用高質量(超低硫)的柴油與較新的引擎及污染控制科技可以降低許多污染,但是直到近期的最新科技才能讓柴油汽車符合美國的環(huán)保標準。

 

   20世紀90年代意大利飛雅特汽車發(fā)明創(chuàng)新的高壓共軌(High Pressure Common Rail)柴油引擎,用電子手段精確控制進入氣缸的柴油供給量和供油時刻,并高度加壓,使其霧化更佳,燃燒更完全更干凈,噪音與震動也大幅減少,成為新一代柴油引擎的標準設計。法國最大石油公司TOTAL被媒體質疑為何2008年獲利良好卻仍裁員時表示,因為法國的柴油汽車愈來愈多,石油使用量實際上已減少[來源請求]。

 


   提到柴油引擎,很多人的印象就是大卡車用的油、會排放黑煙對環(huán)境有害,還有噪音擾人,在過去這都是真的,許多國家亦因環(huán)保問題在1995年開始禁止柴油小客車的生產與進口。那你一定覺得奇怪,那為什么這兩年在電視上、路上都會看到一堆柴油汽車呢?那是因為在2002年加入世界貿易組織,因此必須要重新開放柴油小客車的市場。

 

   在禁止柴油小客車的這段期間,國外的發(fā)展已經可用如火如荼來形容。全球柴油汽車最普及的地區(qū)為歐洲,目前歐洲的柴油汽車比例已高達50%左右,同時亦有持續(xù)向上成長的跡象。德國國內在2004年的柴油小客車產量為240萬輛,要較2003年成長11%,五年來則成長了50%。2005年前三季,德國生產的柴油小客車在西歐地區(qū)銷售成長11%,在當地市占率高達47%。到2005年下半年,法國、比利時等歐洲國家的柴油車銷售占有率甚至高達60%-70%。

 

   柴油汽車在歐洲的高市占率主要是因為新一代柴油引擎的改良,使其揮別過去環(huán)境殺手的惡名,現在反而成為環(huán)保的尖兵。而爲什么舊式的柴油引擎會排放黑煙并制造有害氣體呢?柴油引擎不像汽油引擎使用火星塞來點燃引擎,而是靠較高的壓縮比來壓縮空氣,以壓縮空氣產生的高溫來直接引燃噴入汽缸的柴油,因而容易因霧化不足造成燃燒不完全。這個問題在1998年時獲得初步的解決,經由德國兩大公司Bosch及Mercedes-Benz合作開發(fā)的「共軌噴油」技術,使得柴油引擎燃燒不完全而造成環(huán)境污染的問題有所改善。

 

   所謂共軌噴油就是柴油引擎的每一排汽缸共享負責噴油的軌道。噴油軌是由一具超高壓力的噴油幫浦控制,相較于過去的獨立噴油嘴設計,其結構及重量已簡化及減輕,在數千Bar的高壓噴射之下,在汽缸動力行程內分多次噴油,因而可消除大部分的噪音和震動,也讓柴油引擎的出力增加許多,提升每個汽缸中的混合油氣霧化效果,大幅改善燃燒效率,空氣污染因而得以降低。

 

   小客車用柴油引擎排放的二氧化碳(CO2)量較汽油引擎低,但是氮氧化合物(NOX)量以及廢氣中的微粒含量較高,必需使用高效率的觸媒轉化器及微粒過濾裝置來改善,柴油精煉的程度不如汽油,內部化學成分較復雜,燃燒出的廢氣有害物質較多,對人體的影響仍須進一步研究。隨著柴油引擎抑制排放污染技術的進步,與傳統(tǒng)柴油引擎相比,氮氧化物已減少93%,懸浮微粒子則已減少91%,絕大部分新一代柴油引擎都已符合EURO IV廢氣排放標準。

 

   除了環(huán)保之外,我們再來談談新一代柴油引擎的其它優(yōu)點:

 

   1.      柴油引擎的高壓縮比可提高引擎的熱效率,使油耗與經濟性表現較汽油引擎佳。拿同排氣量的車輛來做比較,以BMW320為例,配備汽油引擎的車輛平均油耗為11.2 km/L,但柴油引擎則為17.5 km/L。

 

   2.      大部分柴油引擎均配備渦輪增壓器,因此引擎在低轉速即擁有高容積效率,可產生高扭力與承載較大的負荷。扭力表現亦優(yōu)于汽油引擎,充足的扭力使車輛易于行駛顛簸路面。

 

   3.      過去與汽油引擎相比,柴油引擎震動及噪音都較大,但近年來的設計已經大大降低這些缺點。

 

   4.      由于壓縮比設定較高,柴油引擎結構強度的要求因而較高,制造成本亦因此較高。但另一方面來想,柴油引擎因而較為堅固耐用,一般其使用壽命約是汽油引擎的三倍。

 

   5.      因工作轉速較低,汽缸燃燒溫度因而較低,因此相關零件的耗損速度緩慢,故障率亦較汽油引擎為低,故在保養(yǎng)及維修方面可省下不少費用。

 

   6.      柴油因精煉的時間及程序較汽油為簡化,因此價格相對較低。目前國內超級柴油與95無鉛汽油每公升大約有四元的差價,經濟效益要較汽油引擎高。

 


   至于缺點的部分,若比較相同車型搭載同排氣量的不同形式引擎,其動力表現已相當接近,柴油引擎車型性能稍差,但油耗經濟性較佳,由于柴油引擎精密度要求較高以及排氣污染控制系統(tǒng)較復雜,一般而言,柴油引擎車型的售價比汽油引擎車型高出約一成。新一代的柴油引擎,在各種高科技的輔助之下,其馬力輸出已經有長足的進步,但是油門反應與操控的靈活度仍較汽油引擎差,歐日各大車廠研發(fā)之新一代高性能柴油引擎的動力表現與汽油引擎已經相當接近,與傳統(tǒng)柴油引擎相較之下已有顯著的進步,但普通版本的柴油引擎因重視實用性,其性能表現與同級汽油引擎仍有不小的差距。

 

   十余年來,柴油小客車在北美洲的成長不大,主要是因為;柴油引擎的反應較慢、柴油車型多為手排設定,不符合北美市場趨勢。除日本外,亞洲地區(qū)的普及率亦不突出。在歐洲地區(qū),因政府鼓勵、節(jié)省能源及減少二氧化碳排放量的訴求,以及長期使用維修成本的考慮,柴油小客車相當普遍,以德國為例,不僅出租車幾乎全數采用柴油引擎,自用小客車的汽/柴油引擎比例更逼近40/60,估計2006年歐洲柴油車的成長率將是汽車引擎車的兩倍。法蘭克福車展中出現的新車,從小型掀背車到頂級豪華房車,柴油車款無一缺席。柴油引擎新科技的應用,對全球小客車市場亦造成影響,根據J.D. Power-LMC 預測,全球柴油小客車的銷售將由2003年的1250萬輛成長至2015年時2700萬輛,其中百分之六十的成長在歐洲以外的地區(qū),除了亞洲與南美洲將有穩(wěn)定的成長外,北美洲的銷售也將明顯增加。

 

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