柴油引擎拥有低转速高扭力、高热效率、低油耗、耐久性佳的优势，虽然过去因为柴油门造假因素的关系，使得柴油车似乎蒙上一层污染环境的阴影，不过站在热效率的本质来看，柴油引擎其实非常优秀，要让它在地球上消失可能还要很久时间，而且污染环境的情况，可能比您想像中来得轻，另外柴油车辆的日常使用与保养上是否需特别注意哪些问题呢？看下去就知道。
问题：柴油引擎如何运作的呢？跟汽油引擎比较起来差别在哪里？
汽车的动力来源有许多种(汽油、柴油、电动及油电混合等)，以目前的使用状况而言，仍是以汽油及柴油为燃料的引擎为主要的动力。主要的原因除了燃油的能量密度高、补充速度快之外，另一个原因是这两种引擎已有近百年的使用与发展的历史，工程界对于这两种引擎不但熟悉且有多年的研发经验，使得两种引擎有着便宜且可靠好用的优点。
而柴油引擎运作原理，与汽油引擎大致相同，同样都是四行程设计，不同的是柴油引擎燃烧爆炸的方式，是透过压缩空气后形成的高温，使紧接着喷入燃烧室的雾化柴油，产生爆震而自燃，进而形成推送活塞的动力，因此柴油引擎无需火星塞等点火系统。但由于柴油的分子比汽油分子更大更重，也更难雾化，而传统的柴油引擎因采用间接喷射，且电子控制系统技术尚未成熟，无法精确控制喷油量、喷油压力及时间，使得引擎在低转速时，柴油分子的雾化不完全、燃烧效率差，造成耗油、废气污染，以及加速迟缓、引擎震动大等问题，因此过去只有商用车或货车才使用柴油引擎。
不过近几年来，因为「高压共轨直接喷射系统」与「高速运算ECU系统」加入后，柴油引擎早已摆脱这些的负面包袱。
柴油本身的能量密度为155百万焦耳/加仑，相对于汽油的132百万焦耳/加仑而言，拥有更高的能量密度，加上提炼柴油是所需的精炼步骤较少，因此可说是好用又平价的燃油。
多数柴油引擎的气门角度都是垂直的，原本位于汽缸头的燃烧室则改在活塞中央凹陷部分，表面经过硬化与强化处理，加上长行程设计，如此才能达到22：1以上的超高压缩比。
柴油引擎的曲轴通常都很粗壮，这点从曲轴柄较粗的直径与面积较大的波司就不难看出。
--------------------------------------------------------------------
问题二：柴油引擎的热效率会比汽油引擎高吗？其他污染情况呢？
如上面所述，由于柴油引擎不用火星塞点火系统，完全是靠压缩混合器时产生的高温来让柴油自燃，就像汽油引擎的爆震一样，柴油引擎就是靠爆震来点燃油气，因此汽缸内部必须承受比汽油引擎更大的压力，故必须制造得更为坚固，如此一来就会让引擎重量变重。
但在效率方面，柴油引擎的热效率却有高达40％～50％的热效率，而一般汽油引擎仅有30％～35%左右，因此柴油引擎在油耗表现较汽油引擎来得好。不过在动力输出上，柴油引擎的低速扭力虽然强大，但是由于引擎转速受到燃料、重量与其它设计上的限制，不但高速时的马力较汽油引擎为小，驾驶起来的爆发力也略较汽油引擎来得短，另外NOx与微粒污染物也较汽油引擎高。
不过近年共轨式喷射技术与DPF微粒过滤装置的强制导入，搭配柴油品质之精炼改善后，目前很多新世代柴油引擎的输出功率，已与汽油引擎相距不远，而NOx与微粒污染物的排放量亦能达到汽油车之标准，更重要的是柴油引擎之CO2排放，约较汽油引擎少20%~30%，CO也能减少约76%之排放，对于地球暖化的影响较汽油引擎来得低，反倒上述两项空气污染物，对汽油引擎来说，排放量不容易下降，所以柴油引擎不见得比汽油引擎来得不环保。
但为了符合环保法规之标准，所加装DPF微粒过滤装置、触媒转换器等废气处理装置，也造成了柴油引擎价格通常较汽油车款贵10%左右，这个问题对于也反映在车价上，如果您是业务用车，且常跑高速公路的话，柴油车是非常明智的选择，较贵的车价会从省下来的油钱赚回来，不过前提是有好好保养柴油车下才会把钱省回来。
图中便是高压共轨直喷系统，图中的左边为高压泵浦，连接的横向白色管路即为共同燃油轨，连接在其上的蓝色细管则为输油管，灰色垂直管便是喷油嘴，每支喷油嘴都是透过ECU进行精密控
喷油嘴的喷头有五孔、七孔设计，孔数愈多雾化效果愈佳。
如何制造出更干净、节能、环保与安静的柴油引擎，是许多欧洲车厂是过去，也是未来持续关注的焦点，我们也乐见能透过这些车厂的努力，让地球暖化速度放慢些，以达人类永续生存的目标。
--------------------------------------------------------------------
问题三：何谓高压共轨式直喷系统？有什么优点呢？
当前小客车所搭载的柴油引擎，都会配置高压共轨式直喷系统，这套系统是藉由高压泵浦将燃油加压，并输送至具有调压阀之共用油轨中，再由喷油嘴将油轨中的燃油直接注入汽缸中，精准的高压喷射压力可达1350～2050bar，由于喷射压力高，油料喷射时的雾化效果良好，油料与空气混合更完全，因此燃烧效率佳，加上采用缸内直喷设计，搭配计算快速的ECU系统，不仅能更精准确地调整喷油量与喷油时间，分秒不差地进行喷射，还能依据当时之引擎负载及转速，自动调整喷油量，使得整个引擎转速区域内，皆可保持高度压缩及最佳增压值，低速爆发高扭力，高转速时在未超过必要的增压展现高马力，确保引擎使用寿命，并有效降低油耗与有害废气排放量。
值得一提，由于可以精确的控制喷油正时，高阶的柴油引擎除了主要喷射行程外，又多出了「先导喷射」与「二次喷射」的动作，前者可于活塞尚未抵达上死点前，先进行极少量的燃油喷射，除可提高燃烧室的压力外，还可提高主燃行程的燃烧速度，让柴油引擎的燃烧效率更佳；至于后者则是在汽缸已经完成了主燃行程后，再喷入少量的油来降低汽缸内的温度，以减少有害气体NOx的产生(高温是形成NOx的主因)，让柴油引擎愈来愈干净。
当然要使柴油引擎不排放黑烟，甚至不幅减少有害气体的排放，不能只靠上述系统，还需透过所谓的碳微粒过滤器（Diesel Particulate Filter简称DPF），甚至是最新的Selective Catalytic Reduction-SCR尿素触媒还原系统的帮助下才能达成。
高压共轨式直喷系统，是藉由高压泵浦将燃油加压，并输送至具有调压阀之共用油轨中，再由喷油嘴将油轨中的燃油直接注入汽缸中，由于喷射压力高，油料喷射时的雾化效果良好，油料与空气混合更完全，因此燃烧效率佳。
位于引擎右侧很大一颗圆形柱状物体，便是结合触媒转换器与DPF碳微粒过滤器的净化废气装置，由于两者皆需高温才能正常运作，因此BMW四缸引擎的工程师直接把它安装在涡轮后方。
DPF内部为蜂巢状陶瓷构体，包含许多平行相邻的过滤层，气体可通过，但体积较大的碳微粒则会附着在过滤层壁之上，如此便可减少排气管喷黑烟的情况产生。
--------------------------------------------------------------------
问题四：何谓DPF碳微粒过滤器？跟传统的触媒转换器有何差别？
会造成环境冲击的柴油引擎污染气体有CO、HC、CO2、NOx与PM，不过由于柴油引擎对于前三者的排放量较低，因此只有后两者需进行管制，特别是PM也就是「悬浮微粒」最容易被注意，因为它是排气黑烟的主要来源，也就是没有烧完的柴油微粒。
PM的产生主要是因为柴油未完全燃烧所导致，在加入高压共轨直喷系统，提升燃烧效率后，虽能有效减少碳微粒的产生，但在车辆起步或瞬间大脚油门的情况下，还是很难避免排气管喷出黑烟，由于悬浮微粒会增加大气含尘量，对人体呼吸器官具危害性，甚至有致癌的风险，因此欧盟基于维护生活品质的一贯原则，在欧洲市场柴油车占有率的节节上升的情况下，遂制定越加严格的排放标准，因此新世代柴油车款才会在排气管中段上，额外加入DPF碳微粒过滤器此装置。
DPF的细部结构如图所示，蜂巢状陶瓷构体，包含许多平行相邻的废气入口通道与废气出口通道，废气出入口通道间以过滤层壁相隔，而该过滤层壁系以白金、碳化矽本体、载层所构成，为可供气体流动的孔洞组织，流通过的废气会进行类似传统触媒转换器般转化有毒气体为无害气体的作用，至于体积较大的碳微粒则会附着在过滤层壁之上，此排碳过程又称为被动再生(Passive Regeneration)，借此可大幅减少排放到大气中的碳微粒，不过由于碳微粒会不断累积在过滤层壁上，当累积密度高到一定程度时，系统会启动主动再生过程(Active Regeneration)。
从这张照片中应该可以更清楚了解DPF的孔隙有多小了吧！如果您是经常短程低速行驶的话，因为DPF无法进行主动再生过程，因此不断增加的碳微粒是有可能阻塞DPF的，到时候不只引擎无法启动，连DPF都要换新才能解决。
当爱车仪表板的这个灯号亮起时，可能代表着您爱车的DPF已经快不装满了，请尽速找个时间，将爱车开上高速公路，将转速控制在2000rpm以上，档位排在5档，定速开个15分钟看看灯号是否会消失，若无请尽速回厂检修。
Audi曾于2006年时率先使用柴油引擎参加利曼大赛，并且持续多年均获得优秀佳绩，代表柴油引擎早已非吴下阿蒙。
--------------------------------------------------------------------
问题五：听说DPF会主动减少内部积碳量？它的作动机制为何？
这套机制就是上述所提到的「主动再生」过程，它可将上述的碳微粒，转化为二氧化碳的3道过程，但最关键的步骤在于提高DPF的温度，从正常的摄氏300～500度，升高到600～650度。
运用的方式如下：关闭EGR废气循环回路以增加燃烧室温度；增加喷油量，让未经燃烧的柴油形成蒸发油气，跟随废气流入集尘器中再进行燃烧，用以直接加温：电子节气门会控制进入引擎的空气量到最低需求，达到稀薄燃烧以提高排气温度：涡轮增压值随之调整，以调整引擎出力，让驾驶者感觉不出系统正在进行清除工作。
藉由上述的过程便可将原本累积在DPF内部的碳微粒，燃烧转化为二氧化碳，并排放到大气中，如此DPF即可再继续服役。值得一提，上述提到的过程都是最理想的状态，由于DPF要执行主被动再生过程，需具备一定行车条件才能进行，因此不当的使用习惯或环境，是有可能导致DPF故障的。
此为DPF主动再生过程的示意图，原厂电脑会侦测DPF前后管路内的压力差，判断DPF的阻塞状况，若组塞情况严重便会增加喷油量，让未经燃烧的柴油形成蒸发油气，跟随废气流入集尘器中再进行燃烧，用以提高DPF的温度达650度以上，进而将附着其上的碳微粒转化为二氧化碳，排放于大气中。
较新款柴油车的排气管上，通常可见到DPF与两颗触媒转换器的踪影，目的都是为了使柴油引擎更加环保与干净。
有些柴油引擎的DPF与触媒转换器都会设置在涡轮旁，目的在获得比较高的排气温度，以利DPF的主动再生功能，同时也可提造让触媒进入工作温度。
暂无评论