柴油引擎科技发展

1柴油引擎科技發展和泰汽車服務教育室黃瑞昌2008/10/282前言：機動車輛污染排放是國內地區重要的空氣污染來源，其中柴油車的廢氣排放更是主要來源之一。環保署自民國76年成立以來，便立即對柴油車的廢氣排放進行管制，並逐步加嚴排放標準。於民國96年1月1日實施柴油車第四期排放標準。重型柴油引擎，主要加嚴項目是NOx，由三期排放標準之5.0g/bhp-hr改為NMHC+NOx為2.4g/bhp-hr；黑煙由三期排放標準之35%改為25%。各期排放標準如表一所示。3表一：各期排放標準4可變氣嘴渦輪增壓器共軌式燃油噴射系統水冷式EGR引擎協調控制ECUDPR廠家陸續研發下列技術，以因應嚴峻環保法規及善盡社會責任。5可變氣嘴渦輪增壓器ＤＰＲ引擎協調控制電腦共軌式燃油噴射系統水冷式ＥＧＲ系統圖6引擎ＥＣＵ共軌管主油泵電磁式噴油嘴引擎ＥＣＵ共軌管主油泵共軌式燃油噴射系統主油泵－產生超高壓的燃油共軌管－儲存超高壓的燃油（怠速：25Mpa～高速：180Mpa）電磁式噴油嘴－精確控制噴射正時及噴射量燃油以超高壓從噴油嘴噴出，霧化更好進而加快與空氣混合，提昇燃燒效率。所以大幅降低PM與NOx的產生，同時節省燃油消耗與降低引擎噪音。7（SCV）與傳統噴射系統比較8電腦ECU輸入訊號油門感知器控制•電磁式噴油嘴•SCV閥故障檢診NE感知器G感知器・噴射量・噴射壓力・噴射正時・噴射率其他感知器控制系統9輸入訊號-Ne&G感知器線路10輸入訊號-Ne&G感知器脈衝正時圖-先判斷第一缸，再依點火順序判斷其他缸11輸入訊號-油門位置感知器12SCV柱塞主油泵13請點選!影片主油泵14•SCV開度小－泵油量少→共壓管內油壓低主油泵燃油泵油量15•SCV開度大－泵油量多→共壓管內油壓高燃油泵油量主油泵•SCV開度大－泵油量多→共壓管內油壓高燃油泵油量16•SCV開度可以調節泵油量以控制燃油壓力控制SCV開度共軌系統油壓(回饋)油門位置感知器SCV引擎ECU燃油壓力感知器曲軸位置感知器計算目標噴射壓力[燃油壓力控制]主油泵17共軌壓力感知器壓力限制器共軌管•儲存加壓的燃油，最高壓力180Mpa，相當水深18,000m處的壓力。18•以高壓噴射，得到良的好霧化噴油嘴針閥活塞電磁閥線圏流回油箱來自共軌管針閥彈簧請點選!影片針閥彈簧噴油嘴針閥控制室電磁閥線圏噴油孔6或8噴射壓力180MPa電壓150V電磁式噴油嘴19•很細的噴油孔(0.14mm)→霧化更好請點選!影片0.14mm[噴油嘴上面]電磁式噴油嘴20•噴射量修正：噴油嘴補償代碼QR碼噴油嘴補償代碼雷射記號修正代碼型式(QR代碼):修正點修正作動脈衝TQ噴射量電磁式噴油嘴21噴油嘴INJF#1#2#3#4引擎ECUEDURINJ4RINJ3RINJ2RINJ1電壓時間150V0VIJT#1INJ#1IJT#2IJT#3IJT#4IJFINJ#2INJ#3INJ#4COM1EDU(電子驅動器單元)功用：產生瞬間150V電壓22燃油噴射量控制•決定噴射量－引擎ECU比較基本噴射量和最大噴射量，取兩者較小者做為最終噴射量引擎ECUEDU噴油嘴基本噴射量最大噴射量燃油壓力補償值噴油嘴回饋值決定噴射期間比較23•基本噴射量引擎ECU基本噴射量(在ECU內的圖形資料)基本噴射量修正油門位置感知器(VPA)曲軸位置感知器(Ne)水溫感知器(THW)+燃油噴射量控制24•基本噴射量模態噴射量引擎轉速怠速10%20%30%50%100%(全負荷):油門踏板開度(VPA)燃油噴射量控制25•最大噴射量進氣量引擎ECU基本/最大噴射量(在ECU內的圖形資料)最大噴射量修正曲軸位置感知器(Ne)空氣質量計(VG)水溫感知器(THW)渦輪壓力感知器(PIM)進氣溫度感知器(THA)燃油溫度感知器(THF)燃油壓力感知器(PC,VPC)+燃油噴射量控制26•最大噴射量模態引擎轉速進氣量-小噴射量進氣量不同而改變的噴射量進氣量-大燃油噴射量控制27•決定最終噴射量•VPA＝30%的範例選擇基本噴射量引擎轉速噴射量30%VPA:基本噴射量:最大噴射量選擇最低者[決定噴射量]燃油噴射量控制28•決定最終噴射量•VPA＝100%的範例選擇最大噴射量引擎轉速[決定噴射量]噴射量100%VPA:基本噴射量:最大噴射量選擇最低者燃油噴射量控制29•噴射期間引擎ECUEDU噴油嘴基本噴射量最大噴射量比較噴射量噴油嘴回饋值噴油嘴補償值決定噴射期間燃油壓力燃油噴射量控制30引擎ECU油門位置感知器(VPA)曲軸位置感知器(Ne)+EDU噴油嘴噴射正時修正基本噴射正時渦輪壓力感知器(PIM)水溫感知器(THW)進氣溫度感知器(THA)燃油噴射正時控制31•目標噴射燃油壓力－藉由SCV閥來控制共軌管內的燃油壓力目標噴射燃油壓力引擎轉速(rpm)計算最終噴射量MAXMIN燃油壓力控制32燃燒過程噴射率熱產生率著火延遲少量預先混合燃燒[先導噴射]高噴射率[Delta噴射]少量的燃油優先著火TDC大量預先混合燃燒(NOx,噪音)改進燃油噴射量率控制33可變氣嘴渦輪增壓器渦輪增壓器的氣嘴角度及增壓壓力皆由電腦精密控制，再搭配中間冷卻器將最適溫及密度的空氣壓在進氣行程時送入氣缸內。改善傳統渦輪增壓器在低中速增壓不足的缺點，進而提昇引擎在低中速的扭力。因此可節省燃油消耗及降低PM與NOx。34DC馬逹連桿氣嘴葉片渦輪氣嘴葉片位置感知器全關止動器進入空氣減速齒輪進出廢氣驅動桿可變氣嘴渦輪增壓器-細部圖35Click!Movie可變氣嘴渦輪增壓器-動畫36水冷式ＥＧＲ水冷式EGR37水冷式EGR高效率的水冷式EGR系統，使廢氣的溫度大幅降低後與新鮮空氣混合再導入燃燒室內。降低燃燒最高溫度，進而減少NOx排出量。高溫廢氣低溫廢氣低溫冷卻水高溫冷卻水38１．０２．０３．０４．０ＰＭｇ／ｋＷｈ０．１０．２０．３○○冷卻式ＥＧＲEURO3○高壓共軌ＤＰＲＮＯｘｇ／ｋＷｈ○０EURO4ＰＭ低減効果95％以上DPR(柴油粒狀物降低系統)39柴油粒狀物降低系統是設計將引擎排出的廢氣粒狀物吸附在DPR濾清器內，進而減少排出污染物。此系統能自動再生，燒掉吸附在DPR濾清器內的粒狀物。DPR(柴油粒狀物降低系統)40電子控制式可變氣嘴渦輪＋中間冷卻器電子控制式ＥＧＲ系統電子控制式高壓共軌噴射裝置DPR濾清器控制引擎電腦ECUＤＰＲ是引擎、ＤＰＲ濾清器與ECU組合的系統DPR(柴油粒狀物降低系統)41濾清器構造、機能壁流式濾清器，所有廢氣經過高耐熱性陶瓷壁過濾觸媒塗布觸媒濾清器剖圖放大圖廢氣氧化觸媒廢氣捕集煤灰效率９５％以上罐壓（壓入部分）DPR(柴油粒狀物降低系統)42構成、機能觸媒濾清器氧化觸媒消音部觸媒濾清器氧化觸媒・淨化ＳＯＦ(可溶性有機物)・ＨＣ(未燃燒燃油)通過觸媒，產生反應熱使廢氣昇温・捕捉煤灰・因昇温之故，使觸媒活化將煤灰燃燒掉廢氣廢氣DPR(柴油粒狀物降低系統)43活用高壓電子控制共軌式噴射系統應用此技術來執行DPR再生控制原理未燃燒燃料(氧化觸媒的化學反應）ＨＣ+Ｏ２→ＣＯ２+Ｈ２Ｏ+反應熱方法使用共軌系統進行後噴射曲軸轉角燃燒排氣噴射正時主噴射ＴＤＣ膨脹行程壓縮後噴射後部噴射DPR(柴油粒狀物降低系統)-再生44再生控制概念噴射量控制0100200300400500600700800經過時間ＤＰＦ床温度℃目標600℃ＤＰＦ床温度後噴射量利用排気温度感知器作回饋控制①②③①：後部噴射昇温②：後噴射昇温③：再生控制45DPR溫度控制ECU控制DPR溫度大約在６００℃±５０℃250300350400450500550600煤灰燃燒速度快ＤＰＲ温度℃0650700煤灰燃燒速度是５００℃以上會急速燒掉７００℃以上、觸媒開始劣化觸媒劣化界限再生控制概念46再生模式2種清洗(再生)模式煤灰堆積量走行距離（都市内走行）200km（高速走行）500km堆積清洗（再生）清洗模式（１）自動再生走行中ＤＰＲ自動再生將煤灰除去。（２）手動再生（停車時）因走行條件、道路狀況（塞車、波状運転、下坡等），自動再生無法完成時，變成必要執行。煤灰堆積一定量以上時再生。浄化率９５％走行中的自動再生領域手動再生領域（150ｋｍ程度走行内）47DPR車輛的用油須知使用的燃油、機油§燃油•限使用低硫(超級)柴油(含硫量50ppm或以下)。•未使用的話，排出廢氣會惡化、觸媒會劣化及白煙發生。§機油•為了抑制DPR阻塞，要降低機油中的煤灰。•使用低煤灰機油(規格參照使用手冊)。48可變氣嘴渦輪增壓器ＤＰＲ引擎協調控制電腦共軌式燃油噴射系統水冷式ＥＧＲ引擎協調控制電腦引擎電腦匯集來自各系統的感知器信號並經運算後，統籌控制各系統作動，因而能大幅降低NOx、PM&CO2。ＥＧＲ控制閥