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柴油引擎 BMW 730d * 柴油引擎的歷史 內燃機的崛起在機械工程學的定義中，凡利用熱能而產生動力的機械，統稱為熱機(Heat Engine)。而熱機又分為內燃機與外燃機兩大類，燃料在熱機內部燃燒產生熱能，再將熱能轉變為機械動力者，皆稱為內機，如汽油引擎、柴油引擎、燃器渦輪機等。而燃料在熱機外燃燒者稱為外燃機，如蒸氣機。西元1892年，德國工程師狄賽爾(Rudolf Diesel)發明了燃燒效率較高的非火花點火引擎，並取得專利，這是內燃機發展的一個新里程碑。 * 柴油引擎的發展 在奧圖發明了第一具四行程內燃引擎後，當時許多工程師都致力於內燃機的發展，但是多以火花點火引擎為發展方向，如Mercedes-Benz的創辦人戴姆勒，正是將汽油引擎應用於車輛的始祖。但由於當時點火裝置技術並不成熟，狄賽爾便以空氣壓縮使溫度升高的理論，朝向壓縮點火方向發展內燃機技術。也就是先將汽缸內的空氣壓縮至高溫，再將燃料注入燃燒室，燃料因高溫高壓而自燃，產生引擎所需動力。 * 經過將近二十年的研發，第一具壓縮點火引擎於1892年問世，同年，狄賽爾也取得此項技術專利。由於狄賽爾的柴油引擎在發展初期技術尚未非常的成熟 美國Cummins公司在1924年時，將供油噴射泵應用於柴油引擎上，解決了當時狄賽爾以高壓空氣供油方式的不穩定運轉，並首度將柴油引擎裝於卡車上，奠定了車輛使用柴油引擎的基礎。 * Rudolf Diesel(1858-1913)，另闢奚徑，在Otto循環引擎之外，開創柴油引擎的世界。 1906 年柴油引擎 * 四行程柴油引擎的工作原理 四行程柴油引擎是引擎曲軸旋轉兩轉（720 °），而活塞在汽缸，內往復各兩次；以進行進氣、壓縮、動力及排氣四個行程，而完成 一個工作循環，如此週而復始的運轉， * 進氣行程（intake stroke）: 進氣行程開始時，進氣門開啟，排氣門關閉，活塞自上死點下行，汽缸內容積增大，產生部分真空，純淨的新鮮空氣，在大氣壓力下衝入汽缸內；汽門正時圖如圖2-4 所示。此時汽缸內所吸入的空氣量，雖說是不受引擎負荷大小，轉速高低等因素的影響而大致不變，但實際確有部分影響，故實際的進氣效率只有92％～95 ％。 * 壓縮行程（compression stroke）： 活塞過下死點後上行，進、排氣門俱關閉，將汽缸內的純淨 空氣壓縮至汽缸容積的14 ~24 分之l，因此空氣的壓力即升達 30~55 bar。由於進氣道的特殊設計，故進氣時空氣是以旋轉狀態 進入汽缸內，再因燃燒室的特殊形狀，致使空氣在壓縮過中產生 極為強烈的渦流 * 動力行程（power stroke）： 壓縮行程將近終了時，柴油以霧狀噴入燃燒室內，與高溫及 高速渦流的空氣接觸，吸足熱量後著火自燃，燃燒使溫度及壓力 急速上升，活塞下行，但噴油仍持續一短時間，燃燒亦繼續一段 時間，雖汽缸容積因活塞下行而增大，但壓力卻繼續在增高，形 成壓力幾乎是維持定壓的狀態，迫使活塞加速下行，汽缸內的燃 燒最高壓力可高達30 ~ 55 bar，如圖2-9 所示。噴油停止後，燃 燒氣體膨脹將活塞繼續推向下行，至完成動力行程 * 排氣行程（exhaust stroke）： 活塞下行到達下死點前，排氣門開啟，燃燒的廢氣在膨脹壓 力下，經排氣門以音速的流速衝出汽缸外，動力行程結束。活塞 行至下死點時，汽缸內的壓力亦降至接近或低於大氣壓力，如此 可減少機械功的損失。活塞自下死點上行，繼續將汽缸內的廢氣 驅除，過上死點後，排氣門關閉而完成此四行程循環， 因柴油引擎熱效率高，故排氣溫度較低約500 ℃。 * 共軌式噴射系統(common rail,CR) Bosch 共軌式燃料系統 （一）低壓燃油泵將油箱中的燃油吸出，送至燃油過濾器過濾後，再送至高壓泵，將燃油加壓後送至共軌管，當噴油嘴的電磁線圈通電時，噴油嘴開啟，燃油噴入汽缸中，過多的燃油經回油管流回油箱， * Bosch 共軌式燃料系統 * (二)低壓燃油泵：電動齒輪式燃油泵，配置預先過濾器，將油箱中的燃油送至燃油過濾器，壓力約6 bar (三)燃油過濾器：過濾燃油中的雜質 (四)高壓泵：可將燃油加壓至1,600 bar，經高壓油管送至共軌管 (五)共軌管：共軌管儲存高壓燃油並保持恆壓，壓力由燃油壓力感知器測得，藉由壓力控制閥維持壓力 * (六)高壓油管：由鋼管製成，承受高壓燃油及噴油嘴噴油時 高頻壓力的跳動。 (七)噴油嘴：噴油嘴電磁線圈通電時，噴油嘴開啟，高壓燃 油噴入汽缸中，過多的燃油經回油管流回油箱中 * (八)共軌式燃料系統燃油壓力很高，在引擎運轉或熄火30 秒內，切勿進行任何作業，通常應注意安全事項。 (九)燃油控制系統：由感知器、電腦ECM 及作動器組成。 * FORD TDCi Turbo Direct