柴油引擎洗心革面-科學人雜誌
科研專輯

柴油引擎洗心革面

2007/03/30 艾胥利(Steven Ashley)
改良後的引擎與排氣處理系統,再加上新開發的燃料,是否能讓省油的柴油車變得跟油電混合車一樣環保?

重點提要

改良後的引擎與排氣處理系統,
再加上新開發的燃料,
是否能讓省油的柴油車變得跟油電混合車一樣環保?
貨車司機打開車門,熱心地踩上駕駛座,手朝車頂伸去。他手伸得老長,把一條手帕掛在這輛新型柴油貨車的排氣管頂端。沒多久,黑煙裡的煤灰就把白色手帕染黑了一塊。他問:「這樣可以了嗎?」並拿下隨廢氣飄揚的手帕,我點頭謝謝他,拿回手帕。在美國紐澤西州這個高速公路休息區中,除了這輛怠速運轉中的貨車和另一輛18輪聯結車,不遠處還有一輛剛推出的新款賓士E320 Bluetec轎車。鑰匙一轉,這輛賓士車的柴油引擎立刻動了起來。過一會兒,我跪在車後,用一塊乾淨的布蓋住排氣管。即使放了將近一分鐘,布上還是幾乎沒有污漬。

這次可稱為「手帕測試」的實驗顯示,所謂的「潔淨柴油」已經不是自相矛盾的名詞了。柴油一向被視為污染最嚴重的能源,大眾一直有這種印象的主要原因是這種技術十分耐用,有很多幾十年的老車到現在還在路上行駛。E320只是先遣部隊,新一代的柴油轎車、運動休旅車和小貨卡不僅排放的空氣污染少得多,而且柴油引擎省油的優異傳統絲毫不受影響。舉例來說,E320的動力來源為3000c.c.、V-6引擎,每公升可跑15公里(高速∕市區混合),加滿油後的行駛距離長達1255公里。


為了落實這樣的革新,新型柴油車運用了製造更少污染物的先進引擎、可除去煤灰並將廢氣轉換成無害氣體的排氣系統,以及北美地區2006年秋季剛剛上市、更潔淨的低硫柴油。除此之外,這些改進並沒有使其價格高到讓人難以接受。戴姆勒克萊斯勒(賓士汽車製造廠商)的研發董事韋伯(Thomas Weber)表示:「E320 Bluetec柴油款價格只比汽油款高出1000美元。」


福斯、奧迪、寶馬、本田、通用汽車、福特、PSA標緻雪鐵龍和其他車廠,也計畫在未來幾年內推出更潔淨的柴油車。這類汽車的環保程度和油電混合車相差無幾,但成本沒增加那麼多,傳動系統也沒有那麼複雜。汽車製造廠商希望讓新型柴油車、油電混合車和先進型汽油車攜手合作,填補現今汽車和未來氫燃料電池車之間的過渡期(請參閱2006年5月號〈省油環保車,充電再上路〉與2005年4月號〈氫燃料電池車乾淨上路〉)。


市場上近年來之所以迫切需要更省油、更環保的汽車,是因為降低化石燃料消耗量(同時降低二氧化碳排放量)已經成為避免全球暖化及降低美國對進口石油依賴程度的主要對策。根據美國環保署的資料顯示,如果美國有1/3的輕載重車輛(包括轎車、運動休旅車和小貨車)以柴油為動力來源,每天將可省下140萬桶石油,相當於沙烏地阿拉伯每天運到美國的石油量(沙烏地阿拉伯的原油有7%出口到美國)。


柴油引擎壓縮就能點火


柴油引擎的歷史十分悠久。德國工程師狄賽爾(Rudolf Diesel)於1890年代發明柴油引擎後,它很快就成為現代重工業與運輸業的重要支柱。汽油引擎必須以火星塞來點燃汽缸中的壓縮油氣混合物,柴油引擎則只需壓縮就能點燃油氣:活塞衝程將汽缸中的空氣壓得更緊密,提高溫度,注入的燃料便會自行爆發。通用動力傳輸部門柴油工程執行主管弗瑞斯(Charles Freese)指出,目前這種所謂的「壓縮點火引擎」(compression-ignition engine)消耗每單位燃料所產生的能量多於汽油引擎,因此行駛里程多出25~30%。舉例來說,一公升的燃料可供小型柴油車行駛17~21公里,但排氣量相當的汽油車則很少能超過每公升15公里。


弗瑞斯說,柴油引擎可提供「充沛的低速扭力(起步時的旋轉力),再加上新型渦輪增壓裝置(用以提升馬力),讓柴油引擎擁有優異的起步加速能力,因此極具駕駛樂趣。」但這種技術由於燃料特性和較高的燃燒溫度,其所產生的極細碳微粒(煤灰)以及構成煙霧與酸雨的氮氧化物,也比汽油引擎來得多。根據美國天然資源保護委員會潔淨燃料與車輛計畫主管凱瑟爾(Richard Kassel)估計,各種來源的柴油引擎廢氣(包含汽車、貨車、火車與道路外機具等),每年在美國造成2萬5000件早產夭折病例,以及因癌症、氣喘、支氣管炎與其他疾病而損失的250萬個工作天。凱瑟爾表示,如果能避免釋出這些空氣污染物,到2030年,全美國每年省下的醫療成本將可達到1500億美元左右。



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