認清內燃機效率不佳的事實(www.livemotor.com)
首先,讀者必須了解四行程內燃機的效率其實不高,在四個運作行程中只有動力行程在做功,其他三個行程都處於消耗能源的狀態。而且當車輛遇到紅燈處於靜止,引擎呈怠速運轉狀態,車輛沒有前進可是引擎還是得持續運作不能熄火,相當浪費能源,而且怠速時的油耗及廢棄污染都相當嚴重。(www.livemotor.com)
再者,注入內燃機的汽油約略只有1/3的能量來產生動力,其餘1/3轉化成熱能被內燃機本體吸收,另外1/3未完全燃燒經由排氣機構釋放出去污染環境。(www.livemotor.com)看到這樣的數據,對許多人而言都感慨其效率之低浪費消費者的汽油錢,但是對於機械工程師而言,內燃機還存在有廣大的「壓榨」空間可以發揮。 (www.livemotor.com)
引擎科技日新月異(www.livemotor.com)
之前,為了達到良好的引擎燃燒效率,所以發明了噴射引擎取代空燃比控制不易的化油器,加上許許多多的先進感應器及電子科技,讓引擎成為台灣「電子花車」大戰的導火線,當然這是開玩笑的說法,但是大量使用電子科技應用在汽車上非引擎科技莫屬。
當今,量產的自然吸氣引擎中單位容積燃燒效率極高的BMW車系(馬力、扭力兼具),運用了各缸獨立的節氣門以及進氣岐管直噴技術、電子節流閥、連續式可變汽門正時機構、優異的引擎管理電腦,讓M5、M3成為車迷崇拜的對象。但是在環保的努力上,同樣具有超高燃燒效率的HONDA車廠所做的研究,確實走在全世界車廠的最尖端。(www.livemotor.com)
普遍而言,各家車廠降低廢氣污染的措施有使用無鉛汽油、排氣管加上觸媒轉化器、油箱廢氣循環系統、曲軸箱廢氣循環系統(PCV)、引擎廢氣循環系統(EGR),較高檔的設計還有進氣預熱系統、排氣管二次進氣系統、引擎反置設計。以上所述是比較常見的設計,接下來就要進入HONDA的科技領域。
稀薄燃燒的迷思(www.livemotor.com)
想要省油並增進效率就必須朝向稀薄燃燒及高壓縮比這兩個途徑。為了維持引擎正常運作,空燃比通常維持在14.7:1左右會有較佳的燃燒效率,調整範圍在12:1?17:1之間,超出這個範圍,燃油混合氣就不容易被引燃。油氣濃、空燃比低容易產生燃燒不完全,造成積碳及耗油、HC廢氣生成等情形。但是汽油能幫助引擎散熱的功效,所以燃油氣濃能保護引擎免於高熱危害以及減少爆震發生的可能性,對於低轉速進氣效率不彰的自然進氣引擎能改善扭力輸出。所以耐久賽及一些穩紮穩打的賽車手都選擇較低的空燃比。14.7:1的空燃比,空氣中的氧氣將充分與油氣結合產生二氧化碳與水,就不會和氮氣起作用產生有毒性的NOx。(www.livemotor.com)
油氣較淡、空燃比高的稀薄燃燒方式能減少汽油的消耗量,達到省油的目的。但是稀薄燃燒容易產生爆震、缸溫過高、氧氣運用不完全等情形。高溫加上燃燒後廢氣中含氧過多的結果,造成氧氣與氮氣結合產生大量的NOx,解決之道必須藉由特殊的觸媒段吸收NOx,並導入空氣,讓NOx與HC再次被觸媒催化成水及二氧化碳。第二種方法就是大量利用EGR系統引導廢氣進入進氣岐管,這樣的功效是因為燃燒後的廢氣含氧量極少,加入進氣系統中一起混合能降低油氣的氧氣比例,如此就能抑制NOx的產生。廢氣除了可以推渦輪外還有環保功效,夠神奇吧!
但是NOx吸附觸媒成本高,廢氣中含NOx越多就要用越長的特殊觸媒段來吸收,如此一來,大排氣量的引擎製造成本將會成等比上昇,市場競爭力較弱,日後的維修成本也很驚人。EGR系統要精確控制廢氣導入量並不容易,而且在怠速時、引擎負荷量大時、暖車時期(引擎未達工作溫度前)不能使用EGR,不然會造成引擎運轉不順及扭力降低,所以EGR不能完全取代特殊觸媒。最好的方法就是兩者都用,但是羊毛出在羊身上,消費者必須忍受昂貴的車價才能享有既環保又省油的引擎。
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