一片光明 柴油引擎邁向高性能

在高油價時代來臨之後，柴油車受歡迎的程度也愈來愈高，事實上，柴油引擎近來展現令人側目的高度進化，馬力比起同 排氣量的汽油引擎毫不遜色甚至更大之外，運轉的精緻性與順暢度亦愈來愈接近，加上節能、低轉速高扭力的先天特色，「Diesel Power」的未來是一 片光明！

●材質→鋁合金本體
●噴射→第三、四代共軌
●增壓→雙渦輪序列式
●變速→多檔位密齒化

如 果你曾留意國際賽事，一定知道去年利曼的冠亞軍是由Audi R10 TDI、Peugeot 908 HDi這兩部V12柴油賽車所包辦，柴油動力有如 此佳績的原因，除了馬力不俗之外，主要還是拜省油之賜，大幅減少了進站加油的時間損失。另外，在WTCC  2.0升房車賽之 中，Seat Leon TDI（出力約270匹）也拿下了’07年度第一，且今年到目前為止仍持續領先，以上的例子說明柴油動力正邁向高性能化，並以勝 過汽油之姿，讓人改觀。

在市售車方面，新世代的柴油動力亦藉由第四代共軌噴射、序列式雙渦輪、鋁合金缸體等主要強化提昇輸出效率，配上如 Bluetec技術潔淨廢氣與更多檔位的自手排、手自排變速箱後，不論於性能、駕駛質感、環保各方面都達到全新境界。真要挑剔柴油引擎的缺點，只能說其與 汽油的售價差距愈來愈小，但相信這也是刺激柴油引擎革新的原動力，否則油價沒有太大優勢且表現又平平的話，又有誰會特別投向柴油動力的懷抱？

材質進化
鋁合金本體擺脫笨重陰影

柴油引擎與汽油引 擎在作動上的主要差別是，後者需要靠火星塞點燃油氣產生爆發力，而前者屬高壓縮壓力燃爆，也就是空氣經高度壓縮過後，分子密度會變大造成摩擦生熱現象，此 高溫便會自燃柴油（約攝氏538度）爆炸。因為這樣的特性，完全不用點火裝置的柴油引擎壓縮比設定極高，且多半會搭配渦輪進一步加壓，所以其熱效率要比汽 油引擎高出15%又不用高轉速，這便是節能的關鍵點。

由於柴油引擎的壓縮壓力極高，相對散熱系統與機件材質都要比汽油引擎更講究且粗壯（含週邊與變速箱強化），因此不但重量會增加不少，製造成本亦高居不下，這也是柴油車售價較高的主因。

柴 油引擎的本體以往多屬高強度的鑄鐵材質，但在現今一片輕量、小巧的趨勢下，新一代的V6與小部份直四式樣已改採散熱快、恆溫性佳的鋁合金本體搭配鋼製缸 套，同時鑄鐵缸體還出現CGI蠕墨工法來削薄缸壁與提高剛性，而未來全鋁合金製肯定會漸成主流，其中BMW全系列已完成Aluminum化，由此就不難想 見該廠對於操控性的重視。

多缸化時代來臨

因應柴油引擎的特性，其設計上也必須 以長行程為主，在乘用車部分直四、直五、V6與直六（BMW）缸都是常見的排列組合，V8與汽油相比則稀少許多，且多半為雙B豪華房車與LSUV使用。值 得一提的是，VW Touareg還有一款5.0 V10 TDI的動力選項，而Audi Q7最近更發表移植利曼賽車技術的6.0 V12 TDI式 樣，其500hp/102.0kgm的出力已能列入王者之林，據傳未來R8亦將推出V12 TDI車型，創造的話題即是超跑也開始邁向柴油化，事實上最近 已有許多歐系跑車搭載柴油引擎，加速力均勝過同級汽油車，拉轉速拼馬力看來真的是不流行了。

由於柴油引擎的工作轉速不高，同時還得顧 及高壓縮壓力下的Pumping Lose問題，相形汽缸頭為單凸、雙凸構造，或者是每缸兩氣門、四氣門設計並非那麼重要。不過，最近拜共軌噴射技術的日 新月益所賜，新一代的柴油動力轉速都能直上5000rpm且相當順暢，加上靜肅性的大幅提昇，運轉的細膩程度已不輸汽油引擎；而以生產水平對臥引擎聞名的 Subaru，日前也推出世界首見的Boxser Diesel Power，由水平缸可抵銷反向震動的特色觀之，相信它的精緻性會有讓人眼睛為之一亮的 表現。

二代共軌
平價四缸車種的主力系統

柴油引擎的精華當然是在供油部分，畢竟它是靠高壓燃爆，所以在壓縮行程活塞即將抵達上死點前，燃料必須被適時、適量地送至燃燒室中，此噴射正時就如同汽油引擎的點火正時般，需要有極為精準的作動控制。柴油引擎的噴油系統目前已全面為共軌噴射且即將邁入第四代設計，不過在相關運用上一般車型還是以二代系統佔多數，三代共軌則常見於高級車款；至於第四代目前只有BMW 123d Coupe採用，但M.Benz、Audi、VW隨後就會跟進，像是GLK、Q5都是確定的車種。

附帶敘述的是，VW的直四、直五TDI引擎是採用泵浦直噴方式，它與共軌的不同是泵浦設於噴油嘴內，並以 2050bar的高壓直接噴入燃燒室中，其效能也相當優異且能搭配三代的Piezo壓電式噴油嘴，不過新一代的系統已逐漸改為共軌架構，相信這是為了更精細的控制而來。所謂的「共軌噴射」，指的是各缸噴油嘴共用同一條油軌，進入油軌之前則經過一高壓泵浦加壓，以及藉由調壓閥來穩定壓力，因此「恆壓」亦屬共軌的最大貢獻。

第一代共軌噴射是1997年由Bosch所開發，其是將燃油恆定維持在1350bar的高壓下，透過精確調整的可變噴油嘴同軌供油，由於霧化佳故能減少油耗與廢氣排放，且出力更大並有效降低運轉噪音。共軌系統雖然有噴射壓力不受引擎轉速影響的特點，但一代共軌的壓力 控制閥由於是依負載調整，相對燃料泵浦持續需有較高的作業動力，結果就是形成較高的油耗與油溫。

建構基礎EU4規範

第二代系統的高壓泵浦則克服了此缺點，此乃是它可按需求變化噴射流量，加上油箱中還設有預壓泵浦增加穩定性，如此亦大幅降低運轉中的能量耗損。其次二代共軌的電磁式噴油嘴也從原有6孔變為7孔式，孔徑並縮小20%降低流量來增加霧化效果，配合燃油壓力加大至1600bar而縮短噴射時間後，低轉速能產生更大扭力且油耗更低。

另外，二代共軌是採三階段噴射方式，最後一段的主要噴射前有兩段預燃噴射，如此也有升溫預熱平衡燃燒壓力的效果，減少落差後對於噪音抑制自然有相當助益。目前的二代共軌系統多為四缸引擎所採用，排汙控制方面亦以熱膜式流量計、電子廢氣循環閥精確調節進排氣比例，搭配觸媒、碳粒子過濾器後能通過EU4規範。 

三/四代共軌
Piezo壓電式噴油嘴高度效益

相較於二代共軌噴射，三代系統的噴射壓力與燃燒壓力均維持在1600、180bar，最重要的進化則是噴油嘴改為8孔的Piezo壓電式，同時噴射方式由每個動力行程三段變為五段，其多出的二段後噴為完全燃燒與潔淨碳粒子過濾器所用，加上引擎進氣埠追加節流閥增加渦流效益，也進一步實現低排汙高出力的目標。

三代共軌噴射引擎馬力平均都能提昇30∼50匹左右，也能通過EU5規範，尤其震動和噪音極小可媲美汽油引擎，因 此可算是柴油動力的一個新里程碑。為三代系統靈魂的Piezo壓電式噴油嘴，設計非常精密屬陶瓷材質水晶構造，其內並附帶壓力分流閥，先天即有高電壓的快 速反應特性（百萬分之一秒作動），因此能按轉速、負載需求送出最精確而量少的燃油混合，燃燒控制相對能達到最理想的境界。

等量一致的噴油

由於Piezo壓電式噴油嘴可產生霧化、混合效果更佳的傘狀噴射型態，配合反應快速與定量一致的特點後，毫秒間就能發生電流脈衝頂開閥門，產生微米寬的環狀缺口做圓錐面噴灑，相形也能利於電腦進行最精確的控制。而四代共軌的大致構成幾乎同於三代，不過其噴射壓力更提高到2000bar之譜，同時拜引擎監理系 統與渦輪架構的升級所賜，不但更省油、環保（可符合EU6規範），平均馬力亦提昇30匹以上而正式超越汽油動力。

附帶說明的是，M.Benz之前為打入美國的柴油車市場與提前通過EU6認證，是以三代共軌噴射結合 Bluetec技術讓排氣更為乾淨，柴油引擎排出的廢氣經由觸媒、碳粒子過濾器淨化之後，還要再由脫氮氧化物轉換器、選擇式還原器將排氣分解為無害的氮氣與水，特別是後者以阿摩尼亞做化學反應的催化劑，注入的技術確實讓人驚嘆。

在此還有一個「模糊地帶」要請讀者瞭解，就是共軌噴射的軟、硬體大致是由Bosch、Siemens兩家廠商設計與生產，車廠再依引擎設定做細微的適當調校；而第幾代共軌噴射也是車廠自己的認定，本文所指的一 至四代區分則是大部分的德系標準。總之有Piezo壓電式噴油嘴就是新型系統，不過它需要更細心的維護以防止堵塞，同時碳粒子過濾器亦有使用壽命（長效型 只是可用較久），這都要算在往後的保養花費上。

增壓革新
雙渦輪序列配置漸成主流

柴油引擎由於是 靠高壓縮壓力燃爆，因此搭配渦輪增壓可說再適合不過，其Turbo在此的作動也不同於汽油引擎，必須是任何轉速下都要提供1.5bar以上的Hi- Boost，為了隨時都能達到最大增壓值，排氣可變葉片導流的設計也應運而生。關於這種渦輪的組合上，它是在驅動輪葉的外圍設有一圈可變角度的導流片，由 電腦控制伺服馬達做變化，當低轉速時導流片會向內關起提高流速，進而使Turbine轉速能迅速提昇；反之高轉狀態下導流片是向外打開來增加流量，換言之 這是一種變化噴口大小的概念，亦即學術上的可變A/R比。

基本上可變葉片導流渦輪的自身耐溫性要相當高，畢竟時時刻刻處在最大增壓值下，排氣溫度也會突破1000度以上。 而過去柴油引擎多半是採用單顆可變葉片導流渦輪，但最近像BMW 3.0Sd車款所配置的直六引擎（第三代共軌噴射），就以大小序列作動的雙渦輪架構擔綱，結果不但是全轉速域的反應都非常犀利，最高出力亦達到286hp/59.1kgm之譜，加速性之強悍已徹底領先同級汽油動力。

2.0出力標準204匹

再者，供應M.Benz、BMW、Audi、VW柴油渦輪的BorgWarner KKK公司，去年便表示它們已著手生產2.0升 四缸引擎用的串聯雙渦輪，配合四代共軌噴射系統後馬力、扭力有204hp/40.8kgm的驚人表現，未來柴油引擎的性能是如此厲害，汽油引擎的存在價值將會受到莫大考驗。此外，變速箱的進化在柴油車中亦扮演舉足輕重的角色，過去的思維是建立在低轉速大扭力的出發點，因此認為要採疏齒比設定才能帶起高速度，不過現今的想法已完全相反，那就是柴油車也得有密齒比！

柴油車的密齒化的確有其必要性，但這是要在可用檔位夠多的前提下，畢竟轉速低代表了動力帶也短，密齒設定的六檔、七檔變速箱將可讓有效速度域延伸，所以也成為目前柴油車的主流搭配。最後，大家一定常發現柴油車還是有噴黑煙的現象，理論上裝有碳粒子過濾器的車種都能隔絕黑煙，不過由於台灣的超柴含硫量在50ppm左右，不似歐洲已達到10ppm，所以少量的黑煙仍在所難免，我們只能寄望中油的提煉技術能夠再精進。