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名牌柴油引擎大車拼 德國三大各擅勝場

2006.11.09  作者:車訊網  

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2004年政府重新開放柴油引擎小客車進口,歐洲品牌中Volkswagen(福斯)和Mercedes-Benz(朋馳)率先引進。2006年Audi柴油車在台灣完整佈線,朋馳增加柴油引擎車款導入和引進全新V6 CDI引擎,BMW也已宣布1/3/5車系2.0柴油引擎車款開始預定。顯然歐洲高級車在台灣市場的柴油車主力戰將已經到齊,在各家強勢廣宣引火之下,爭奪柴油車主的攻勢已經展開。

發明柴油引擎的偉人---Rudolf Diesel博士

 

 ‧汽車發展史告訴我們:第一具壓縮點火引擎是魯道夫狄塞爾博士於1892年發明,因此被稱為狄塞爾引擎 (Diesel Engine),或稱柴油引擎。
‧朋馳說:1923年發表了全世界第一款柴油引擎商用車,揭開了動力技術新紀元的序幕。1934年11月成功地發表了全世界第一款量產的柴油引擎乘用車—260 D。1997年CDI新世代共軌直噴柴油引擎 (Common-Rail Direct Injection) 問世,無疑為再度震撼車壇的柴油科技革命。
‧福斯說:1976年推出的第一具柴油引擎,造成歐洲柴油引擎工藝的文藝復興,科技領先群雄。
‧Audi說:1989年在德國法蘭克福車展推出世界第一具乘用車柴油引擎,擁有最先進的缸內燃油直噴技術以及全電子化的引擎管理系統,名為TDI(Turbo Diesel Injection)。
‧BMW說:第一部柴油引擎車款 524td於1983年問世,其183公里的極速成為當時最快速的柴油車。

要論先後,Mercedes-Benz於1934年發表260 D柴油引擎算是領先。

 

汽油價格在高點來回不定的跳躍著,柴油車的進化特點和經濟性優勢又不斷的強勢放送,高級車消費者有著不畏用車成本提高的實力,但是各家如同心戰喊話般的柴油引擎獨門深奧設計理論,又怎不讓人開始心猿意馬。
歷經20餘年研發改良,柴油引擎車輛品質與性能已經足以和汽油引擎分庭抗禮。

 高科技柴油引擎的進化重點

看了以上大夥的說詞,想要斷定買哪家的柴油車才是最精準選擇,確實困難重重。可是花錢的大爺哪需通透柴油引擎科技專業知識,這份痛苦的差使就交由小編來細說分明吧!
柴油引擎的優良天性是低轉速高扭力又經濟耐用,適用於重機具動力發揮,車輛像是卡車、大巴、工程車等高負載工作的生財器具適用。不良天性則有噪音、震動大、排氣不夠環保、車速慢等。但是其經濟耐用的絕對優勢,值得汽車廠不惜代價的花了20餘年去消弭它的不良天性,因此當今的柴油引擎品質與性能已經足以和汽油引擎分庭抗禮,甚至還有超越的趨勢。

隨著科技進步,柴油引擎和汽油引擎可共用的設計與機件越來越多,汽車廠也藉此降低開發成本。(Audi 4.2 V8 TDI)

燃油共軌直接噴射系統 

「Common-Rail Direct Injection」

在Mercedes-Benz的柴油車型,從標示TURBO DIESEL改為CDI(Common-Rail Direct Injection),就是因為1998年Bosch和Mercedes-Benz成功開發燃油共軌直接噴射系統。1999年E-Class/W210開始搭載2.7 L5及3.2 V6兩款具有新型CDI系統的柴油引擎,用以汰換五缸引擎E290 TURBODIESEL以及V6引擎的E320 TURBODIESEL。新引擎特色為引擎動力更強、更經濟、更安靜,還具有更環保的廢氣排放。

1998年Bosch和Mercedes-Benz成功開發燃油共軌直接噴射系統,至今已進入第三代系統。

Mercedes-Benz很聰明的將CDI(Common-Rail Direct Injection)當作是它新一代柴油引擎的代名詞,也使其他品牌各尋含意相同的不同標示。雖然CDI科技在Bosch和Mercedes-Benz之手不斷演進,讓柴油引擎演化突飛猛進,但並不表示CDI是Mercedes-Benz柴油引擎的獨門武器。在台灣已上市的新款柴油小轎車,管他韓國、美國還是歐洲品牌、也不論進口或是國產,都屬採用燃油共軌直接噴射系統,都是由Bosch供應的嗎?倒也不見得,不過原理和構造都很雷同,而且採用全電子控制,才能符合嚴格的環保要求。

柴油引擎的供油系統原本是噴射泵浦的天下,回想當年黑手生涯為了放空氣、調正時經常汗如雨下。現在的CDI系統可不需要那麼麻煩了,一套電子式高壓燃料泵浦,將油箱送來的柴油加壓再送到柱狀油軌中暫存,並以金屬高壓油管連接各汽缸噴油嘴,規律的將高壓柴油經由微小的油孔呈霧狀噴入汽缸中。

藉由電子控制系統功能,可依照引擎工作狀態精準控制噴射時機(噴射正時)、噴油次數及噴油量等,讓高科技柴油引擎具有低油耗、高動力、高環保等多重優點。最新的CDI已進入第三代系統,Mercedes-Benz、Audi都已將搭載最新CDI科技的柴油引擎車款引進國內,例如Mercedes-Benz近期發表的C320 CDI、E320 CDI及ML320 CDI等,所搭載的新款V6柴油引擎即使用第三代CDI。Audi A3、A4的2.0四汽缸TDI引擎和Q7 的3.0 V6 TDI引擎也都是配備第三代燃油共軌直接噴射系統。

電子控制高壓噴油嘴具有精密的構造,負責將液態柴油成霧狀噴入燃燒室(BMW 2.0D)。

第三代CDI引擎的特徵

第三代CDI燃油共軌直接噴射系統具有高效率的噴油嘴、高壓泵浦及電子引擎管理系統,能有效降低油耗、廢氣排氣及運轉噪音,也是目前歐洲柴油小客車普遍使用的系統。

反應更為迅速、油閥可進行千分之一公釐微距開啟的壓電式噴油嘴,使燃料噴射具有極佳的霧化效果。搭配最大噴射壓力達到1600bar的新型高壓燃料泵浦和引擎控制電腦,容許在每個動力行程進行3到5次噴射,更加降低了油耗、廢氣污染和燃燒(動力行程)噪音。

Mercedes-Benz的第三代CDI系統,噴油嘴油孔從前一代的7孔增加為8孔,讓燃油能更平均的分散至整個燃燒室,霧化過程更有效率。其他品牌也依照各自設計需求,噴油嘴油孔數分別有5孔、6孔和7孔的形式。

電子電子可變幾何式渦輪增壓器,可隨引擎負載調整廢氣吹入的流速,使引擎具有穩定而線性強勁動力輸出。(BMW 745D)

電子可變幾何式渦輪增壓器

高性能柴油引擎都需搭配渦輪增壓,才能使引擎最高轉速、馬力和最高時速提高。為減輕渦輪遲滯現象造成的聳動不適感,電子可變幾何式渦輪增壓器/VNT-Variable Nozzle Turbine(福斯稱為VTG)是普遍採用的系統。

利用可隨引擎轉速改變開度的葉片來調整廢氣吹入排氣葉輪路徑的大小,引擎低轉速開度小使廢氣流速增快,讓渦輪增壓器提前產生進氣增壓效能,輔助增強低速扭力。當引擎轉速逐漸升高,排氣流速自然放大,自動調整可變角度的葉片使廢氣吹入路徑的逐漸增大,讓排氣葉輪平順進行線性加速,而不會出現猛暴的動力推進現象。

V型汽缸引擎的兩排汽缸各有一組排氣歧管,出口各接裝一組渦輪增壓器。直列四汽缸引擎則配備一組,Volvo的D5直列五汽缸引擎也是配備一組,而BMW的最新直列六汽缸柴油引擎,採用前後並連的大小雙渦輪增壓器,在低轉速時以較小的渦壓器提前作用輔助增加扭力,較大的渦壓器於高轉速時接手運作,負責提高馬力輸出。

BMW的最新直列六汽缸柴油引擎,採用前後並連的大小雙渦輪增壓器。

 

廢氣碳微粒過濾系統

柴油引擎經由電子控制精準的供油計算和利用渦輪增壓提升整體效率之外,良好的燃燒也有助於降低廢氣中的二氧化碳含量,對溫室效應的影響也大幅低於汽油引擎。但是柴油引擎的高壓及高溫工作環境易產生碳微粒隨廢氣排出,因為內含硫化物,懸浮於空氣中遇到變天就成為酸雨的幫兇。

常效型廢氣碳微粒過濾系統當存量越多時,溫度及壓力升高到設定值,自動啟動後噴油系統,將柴油噴入過濾器中燃燒掉這些粒子。(Mercedes-Benz)

 

Mercedes-Benz於2003年開發完成免使用催化添加劑和免保養的常效型廢氣碳微粒過濾系統,配裝此系統的柴油引擎同年也率先通過歐盟4期(EU-4)廢氣排放標準,到2005年成為旗下所有柴油引擎車款的標準配備,其他歐洲車廠如Volvo等也陸續跟進使用。廢氣碳微粒過濾器的外型類似觸媒轉換器,能將廢氣中的碳微粒暫時儲存,當存量越多時使溫度及壓力升高到設定值,自動啟動後噴油系統,將柴油噴入過濾器中燃燒掉這些粒子。

新型柴油引擎為達高速性能,普遍調降引擎壓縮比,加上鋁合金材質強度提升,以及具有散熱快、重量輕和共震低等優點,歐洲車廠六缸以上柴油引擎多已使用全鋁合金結構。(Mercedes-Benz)

輕量化引擎材質

柴油引擎需要以高溫高壓讓霧化柴油與空氣在汽缸內自燃,因此壓縮比比汽油引擎高出許多,引擎本體結構強度也需要特別要求。長期以來柴油引擎都使用鑄鐵製成的曲軸箱,但是新款柴油引擎已經突破金屬材質限制,開始使用鋁合金材質,像Mercedes-Benz、Audi、Volkswagen的新款V型柴油引擎都號稱全鋁合金,BMW的最新直6和V8以及Volvo的D5也是如此。使用鋁合金引擎最大的好處是減經重量、降低震動與噪音,不過為了承受汽缸內的高溫與高壓,因此汽缸套多仍使用鑄鐵材質。

Mercedes-Benz新款V6汽缸全鋁合金柴油CDI引擎,排氣量實際上僅有3.0公升,最大馬力224hp,最大扭力52.0~55.1kgm。Mercedes-Benz導入新款柴油引擎

Mercedes-Benz引進台灣C320 CDI、E320 CDI和ML320 CDI,搭載的都是同一款V6汽缸全鋁合金柴油引擎,以one-box concept設計概念縮小整具引擎體積,不僅可節省引擎室空間,也是同級排氣量V型引擎中最小的一款。

整體重量降低至208公斤,汽缸本體僅有41公斤,汽缸頭、汽缸蓋、活塞、水泵浦、油底殼和增壓空氣管也是由鋁合金製成。此外空氣導管系統、進氣濾清消音裝置和引擎機罩等,使用塑膠材質也有助於減輕重量。引擎內部採用鍛鋼材質連桿並修正幾何角度,更為堅固輕量。全新燃燒室設計使引擎具備最佳燃燒效能,大幅降低廢氣排放。配備轉速與曲軸相同的平衡軸,抵銷引擎運轉震動。

B200CDI的2.0公升四汽缸柴油引擎,具有堅固的鑄鐵曲軸箱,具有小型化、增加排氣量和提高燃燒壓力等優點。活塞頂採用特殊凹陷設計,並由高壓噴嘴向活塞裙噴撒機油來提高冷卻效率。第二代CDI系統全新7孔噴油嘴的每個出油孔的直徑比過去的6孔噴油嘴縮小20%,並將噴油壓力從過去的1350bar提高到1600bar,讓燃料在汽缸內更為均勻的噴散、著火更迅速、燃燒更完全。混合路況油耗測試為5.6公升/100公里,一桶油加滿54公升約可行駛960公里 。
源自於Volvo 5缸汽油引擎為基礎的D5柴油引擎,搭載於XC90車型,已然成為銷售主力。

Volvo D5柴油引擎

Volvo柴油引擎發展在這次所提的歐洲車廠中算是起步最晚,但由於大部份引擎設計來自汽油的直列5汽缸引擎,以鋁合金輕量化結構搭配新科技的供油系統、擅長的渦輪增壓技術和廢氣碳微粒過濾系統,在整體性能表現和科技層面,其實並不輸其他車廠。

Volvo自行開發的柴油引擎在2001年正式量產,全新柴油引擎D5具有DOHC 每汽缸四氣門、可變氣門、渦輪增壓器、第二代CDI及廢氣微粒過濾裝置,順利通過EU-4環保標準。國內總代理引進的XC 90 D5就是搭載這具性能出色的5汽缸柴油渦輪增壓引擎,排氣量2400c.c,最大馬力185hp/4000rpm、最大扭力40.8kgm/2750rpm,0~100km/加速11.5秒,混合路況油耗測試為9公升/100公里。

Audi引擎來自VW,這款3.0 V6柴油渦輪引擎搭載於Audi Q7 休旅車。

 

Audi TDI柴油引擎

Audi在台灣市場的主力柴油引擎為2.0公升四汽缸型式,基礎來自既有的1.9-L4,進氣裝置升級為DOHC每汽缸四氣門,並配備第三代燃油共軌直噴技術,汽缸行程為95.5mm,但缸徑擴大至81.0mm,排氣量增大至1968c.c。最大噴油壓力達到1600bar,搭配VTG可變幾何渦輪增壓器。

Audi R10 TDI LMP1利曼24小時耐力賽車,搭載V12汽缸DOHC 48氣門雙渦輪增壓引擎,排氣量5500c.c,最大馬力650hp。最頂尖的6.0公升V12引擎用於AUDI Q7車款,最大馬力可高達500hp。尤有甚者,Audi R10 TDI LMP1利曼24小時耐力賽車,以冠軍獎盃證明其柴油引擎的高速及耐久實力,賽車引擎為V12汽缸DOHC 48氣門配備雙渦輪增壓系統,排氣量5500c.c,最大馬力650hp/3000~5000rpm,從怠速起就具有驚人的112kgm最大扭力(編按:賽車引擎怠速大幅高於市售車引擎)。
BMW 120d賽車搭載賽車調校的2.0公升四汽缸柴油渦輪增壓引擎,可發揮245hp最大馬力和45.9kgm最大扭力。BMW柴油引擎

BMW 柴油引擎車款首批將引進BMW 120d、320d、320d Touring與520d四種車款,動力系統都是相同來自於奧地利Steyr市引擎製造廠(BMW Motoren GmbH)的2.0公升四汽缸柴油渦輪增壓引擎。

BMW 的2.0升四缸渦輪增壓柴油引擎除了提高動力性能之外,配備每汽缸4氣門、最新碳微粒過濾裝置、電子式幾何可變渦輪增壓器、平衡軸和更高性能的第二代燃油共軌系統,並具有全新噴射量控制修正的高壓燃料泵浦,可將油軌內的柴油加壓到1600bar,MI-injectors噴油嘴於每次壓縮行程最多可進行四次噴射,包括兩次預先噴射、一次主要噴射、一次後端噴射,兩次預先噴射讓整個燃燒過程更為平順穩定,後端噴射可促進排氣中的碳微粒氧化分解及降低廢氣污染。油耗經濟性以新頒歐盟運轉測試為5.7公升/100公里的油耗表現。

BMW和Audi一樣,也投注於柴油引擎賽車的開發,BMW 120d賽車搭載1995c.c四汽缸柴油賽車改裝引擎,可發揮245hp最大馬力和45.9kgm最大扭力。
Mercedes-Benz三部E320CDI於美國進行節能測試,測試車平均行駛100公里的耗油量皆低於4.8公升,這應該不是一般駕駛人能力所及。

購買柴油車的注意重點

消費者購買這些歐洲貴族品牌柴油車時,撇開個人的品牌喜好和預算之後,回歸柴油引擎車輛本質的關注與比較,請利用前段附表向廠商核對有無表列系統,對消費者來說才能確定自己購買的車輛是否屬於新科技配備,另外於環保條件方面較有保障。同時在購車之前我們也有幾項衷心建議:

原廠油耗數據僅供參考:近來國產車很喜歡找媒體試車搞省油比賽,必須全程溫和駕駛,線性加速、禁開冷氣、減少停車次數,把大家累得跟狗一樣才跑出亮眼的油耗數字。再則,柴油車也有一些國際性破紀錄測試,幾近嚇人的低油耗量原是在持續性時速超過200km/h之下完成。這些極為省油的駕駛方式相信不是一般普羅大眾可行的,不過柴油引擎比同級排氣量的汽油引擎來得省油是不爭事實,車價較高則是引擎製造的複雜度比汽油引擎高約5%。

圖說20:Mercedes-Benz三部E320CDI於美國進行節能測試,測試車平均行駛100公里的耗油量皆低於4.8公升,這應該不是一般駕駛人能力所及。

車內噪音與震動:在國內銷售的高級柴油車,供油系統都是二代或三代的CDI科技,都已通過台灣極為嚴格的環保測試。購車時照慣例比較一番心儀對象的規格與配備之後,最重要的一定需要試車,高科技柴油引擎雖然運轉品質改進很多,但是畢竟和我們長久習慣的汽油引擎特性不同,引擎聲音和較明顯的震動不見得能讓所有人欣然接受。所以發動引擎之後站在車外聽一聽,怠速時的”搭搭”聲感受,再開動車輛進行市區行駛,看看一般路況時引擎聲傳入車內的狀況,也就可知道這款車的隔音效果如何!再體驗一下柴油引擎強勁的低速扭力對起步時的幫助,或許你會覺得多一
點柴油音效也很值得。

高速公路試性能:如果柴油車都通過前兩項測試,在上高速公路跑一下,引擎聲在這裡早已不是問題,經過收費站之後來個0~100km/h起步加速,或是行進中減速之後的再加速,體驗高扭力與渦輪增壓的表現,比汽油車的力道強很多的勒!最後停下車找個人靜態催油門,看看排氣狀態,真正優良環保科技的柴油引擎是不輕易吐黑煙的。

國人對柴油引擎特性較為陌生,親身感受試車是絕對必要。

後記:宣傳柴油引擎脫不開先進科技、引擎扭力與耐用、駕駛樂趣和低油耗經濟性,聽久了不禁想問汽車廠:幹嘛還要汽油引擎?

油料價格的差距和耗油量是促使柴油車當紅的主因之一,但是算一算,除非打算開十年以上,否則柴油新車高於汽油車的價差不是短期內補得回來的,雖然廠商都說柴油車一般保養費用不會比汽油車貴,但也就是說不會比較便宜。正在瘋柴油車的各位,買車前先好好想想吧!

啊,問我會選那一種?……我只會選便宜貨…%※⊕…Orz。 
 

XC90 D5所採用的2.5升、五缸引擎乃Volvo自行研發,185hp/40.8kgm的動力輸出為一時之選。

柴油引擎噴射系統供應商夢裡也會笑

柴油引擎原本是營業車的主流動力,甚至為了環保因素,還有許多地區禁止柴油車銷售。就在世界汽車大廠默默將柴油引擎飛快進化之後,巧合的遇上石油價格飛漲,直接造成柴油引擎車輛需求量大增。全球柴油小客車在2003年即有1250萬輛,預估至2015年將會超過2,700萬輛,未來的成長的潛力確實可觀。 

柴油引擎最主要的靈魂裝備之一就是噴射供油系統。隨著柴油小客車製造數量增加,供油系統的需求量也隨之成長。以德國Bosch來說,其柴油引擎供油系統佔的市佔率接近70%,為持續保有市場優勢,近年來陸續將新型柴油共軌式噴射系統的產量成倍數提高,同時以降低單價來爭取訂單。歐洲汽車大廠如Daimler-Chrysler、BMW和Volvo的柴油引擎則都採用Bosch的系統。其他品牌車輛製造商則依照不同產地及車型,各有使用來自Delphi(隸屬GM)、Siemens VDO(西門子)以及日本Denso的柴油噴射系統,他們也有計畫性的與汽車製造廠合作,以提高系統供應量和市佔率。

我們就用附表重點說明柴油引擎新科技的效用:
柴油引擎新科技 缺點改善
高壓供油系統(環保及動力性能)將柴油預先增壓,各汽缸噴油嘴需進行噴射時,皆能提供壓力均等飽足的高壓霧化柴油。於汽缸內充分混合,盡量達成完全燃燒。
電子控制高壓多孔噴油嘴(環保與動力性能)電子控制使噴油嘴作動反應迅速,油閥可瞬間微距開啟。以精準的噴射時機、噴油量和高度霧化,達成高度經濟性與環保效能。
電子控制多次噴油(環保、舒適性、便利性)便利冷車引擎發動、強化油氣混合效率、減少無謂油耗、降低引擎運轉震動及噪音。
每汽缸四氣門+進氣擾流(環保及動力性能)增大氣門重疊提升進排氣效率,增強進氣渦捲效應,提升缸內油氣混合均勻性。
渦輪增壓器+進氣冷卻器(引擎高速性能) 提高柴油引擎最高轉速上限與最大馬力,提供如同汽油引擎車輛般的高速行駛能力。
輕量化引擎機件(油耗經濟性及舒適性)減輕引擎重量及內部摩擦阻力、降低運轉噪音,降低油耗。
電子控制邏輯化預熱系(舒適性、便利性)判斷駕駛人行車意圖操作自動加熱燃燒室燃料,縮短或免去引擎預熱等待時間。
兩階段觸媒轉化器(環保及經濟性)前端加快觸媒轉換器升溫,減少污染。後端冷卻排氣溫度,降低氮氧化和物含量。
免保養廢氣碳微粒過濾器(環保及便利性)將廢氣中柴油燃燒生成的碳顆粒進行二次燃燒,降低氧化硫污染

 

Mecedes-Benz 主要柴油引擎車型規格表
車型C320 CDIE320 CDIM320 CDIG320 CDI長軸B200T
引擎型式V6 – DOHC 渦輪增壓L4–DOHC渦輪增壓
每汽缸氣門數4
排氣量 c.c29871991
缸徑/行程 mm83 / 9283 / 92
壓縮比  :117.718
最大馬力 hp/rpm224 / 3800224 / 3800140 / 4200
最大扭力 Nm/rpm52.0 1600-280055.1 1600-240052.0 1600-280055.1 1600-240030.6 1600-3000
變速方式7G-TronicAutotronic
0~100km/h加速,秒6.96.88.69.19.7
極速 km/h250250215180195
市區道路油耗 L/100km10.110.312.712.27.6
高速公路油耗L/100km5.75.67.510.85
混合路況油耗L/100km7.37.39.411.56

 

BMW 主要柴油引擎車型規格表
車型120d320d / 4d520d /4d330d / 4d745d
引擎型式L4 – DOHC L6–DOHC渦輪增壓V8–DOHC雙渦輪增壓
每汽缸氣門數4
排氣量 c.c199529934423
缸徑/行程 mm90/8490/8493 / 87
壓縮比  :1171717
最大馬力 hp/rpm163 / 4000231 / 4000330 / 3800
最大扭力 Nm/rpm34.7 / 200051.0 1750~300076.5 1900~2500
變速方式Steptronic 6Steptronic 6Steptronic 6
0~100km/h加速,秒0~100km/h加速,秒8.28.68.76.86.6
極速 km/h217
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