車輛節能技術 TOYOTA GDI篇

目 錄 一、前言 二、潔淨動力源 三、LEXUS 引擎高科技配備簡介 四、Q&A

一、前言 潔淨動力源應具有特性 產物不影響環境、能源轉換率高、能量密度及比能量高（續航力）、高功率密度及高比功率（性能）、能快充快放的高效能…等等。所以發展零污染車輛（Zero-Emission Vehicles）或降低污染動力系統，為當前關鍵性及重要性的課題，如燃料電池動力（Fuel cell power）、複合動力（Hybrid power）、直接噴射汽油引擎動力（Gasoline direct injection power）、酒精引擎動力（Ethanol-blended power）、生質柴油動力（Biomass deseil power）、液化瓦斯引擎動力（Liquid petroleum engine power）、太陽能動力（Solar power）、可燃冰動力…等等。

燃料電池動力（Fuel cell power） 二、潔淨動力源 燃料電池動力（Fuel cell power） 是一種發電裝置，但不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像充電電池一樣，用完須繼續充電，燃料電池正如其名，是繼續添加燃料以維持其電力，所需的燃料是「氫」，其之所以被歸類為新能源，原因就在此。 燃料電池的運作原理，也就是電池含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構成。

潔淨動力源 複合動力（Hybrid power） 複合動力系統又稱混合動力系統，以汽油引擎或柴油引擎與電動馬達系統之組合，可以(1)解決使用電瓶行駛距離太短的問題，(2)大量減少油量消耗，(3)並降低排氣汙染。串聯式、並連式、並聯式搭配串聯式之複聯式。汽油引擎之用來帶動發電機引擎，且可在效率最佳的定速下運轉，車輛一邊行駛，一邊有效率的充電。

潔淨動力源 直接噴射汽油引擎動力 （Gasoline direct injection power） 缸內汽油直接噴射引擎的兩大優點為省油及高輸出馬力。低負荷時，利用層狀氣體分布，壓縮行程末期噴射的燃料被進氣渦流及活塞頂部的球形曲面保持在火星塞附近，為易於點燃的最佳混合比，而周圍則為空氣層，整個燃燒室易成為40:1的超稀薄空燃比仍能穩定燃燒，達到省油效果。低負荷時，由於A/F比超稀薄化，故進排氣的損失(Pumping lose)少，即氣體交換損失少；且因燃料吸溫冷卻效果。 怠速轉速可設定在較低值。進氣行程時就開始噴射燃料，整個燃燒室為均勻混合約理。進氣行程就開始噴射，燃料汽化之吸溫冷卻效果，使空氣密度增加，可提高容積效率，故比一般噴射引擎出力高。直接噴入汽缸中燃料的汽化作用，降低空氣溫度，引擎不易爆震，故壓縮比可提高，如GDI引擎壓縮可達12.0:1。

酒精引擎動力（Ethanol-blended power） 潔淨動力源 甲醇、乙醇腐蝕性高，會腐蝕引擎的燃料系統，而且醇類不容易汽化，引擎冷車時基本上完全發不動，想直接使用醇類當燃料得先改裝您的汽車引擎才行。另外甲醇燃燒的熱值大約是汽油的一半而已，乙醇也只到汽油的70%，汽車引擎直接使用醇類，「耗油量」會增加一倍。 汽油中摻入了10％乙醇，成為「乙醇汽油(ethanol-blended fuel)」，簡單叫做“E10”，也就是我們所說的「油精(gasohol, gasoline + alcohol)」，汽車引擎使用便沒有什麼問題，不必改裝引擎，對汽車的性能和耗油性的影響都不大，因此是最被大力鼓吹的方式。

生質柴油動力（Biomass deseil power） 潔淨動力源 「生質能(biomass energy)」是一種兼顧環保並可永續經營的能量來源，也越來越受到世界各國重視。生質能是轉換生質物(biomass)以獲得的電與熱等能源。生質物的意思是指由生物產生的有機物質，例如木材與林業廢棄物（如木屑）等，農作物與農業廢棄物如黃豆莢、玉米穗軸、稻殼、蔗渣等，畜牧業廢棄物如動物脂肪，此外如廢水處理所產生的沼氣，都市垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產生的沼氣，工業有機廢棄物如有機污泥、廢塑橡膠、廢紙、造紙黑液等。轉換生質物(biomass)以獲得的電與熱等能源

液化瓦斯引擎動力 （Liquid petroleum engine power） 潔淨動力源 價格較低廉─目前過內LPG較汽油燃料價格低廉，約為汽油營運價格的60%，。燃燒性能佳─由於LPG在常溫常壓下為氣態，易於和空氣完全混合燃燒，且熱值又高，對引擎本體、火星塞及機油等較不會凝結、侵蝕或沖淡的影響。排氣汙染少─使用LPG為燃料之汽車與使用汽油為燃料之汽車，其排氣成分比較，使用LPG者因燃燒較完全，故汙染量明顯降低。行駛性能佳─由於LPG之辛烷值號數(約110~125)較汽油(約92~97)高，抗爆品質佳，不易產生爆震，適合高壓縮比引擎。減少溫室效應─使用LPG為燃料的車輛，其排氣成分中二氧化碳較汽油車少對溫室效應影響較低。

潔淨動力源 太陽能動力（Solar power） 當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨而生，而此電子的移動又產生了電流，也就是在 PN 結處產生電位差。因此，太陽能電池需要陽光才能運作，所以大多是將太陽能電池與蓄電池串聯，將有陽光時所產生的電能先行儲存，以供無陽光時放電使用。

潔淨動力源 可燃冰動力 未來主要的能源,可能是藏在海底,以冰冷的冰塊晶體形式存在.這種俗稱[可然冰](學名為[天然水氣合物])是一種含有甲烷分子的冰結晶體,是在深海的低溫高壓環境下,由水與甲烷發生水合反應而形成的,表面項濕潤的雪團,點火可燃燒,故俗稱[可然冰]。

（三）LEXUS 引擎高科技配備簡介

D-4 GDI以省油為考量的經濟模式 當在定速巡航的等不需要大動力輸出的狀況 引擎控制電腦會採取以省油為主的供油模式。 當在定速巡航的等不需要大動力輸出的狀況 引擎控制電腦會採取以省油為主的供油模式。 3GR-FSE引擎在進氣行程時單純地僅吸入空氣， 並在壓縮行程的後段才進行噴射注油的動作。 利用活塞頂部特別的角度設計，D-4引擎在壓縮行程噴射注油時所採取的集中式噴射油柱，能夠反 彈之後集中在火星塞部份，使得火星塞附近的達 到足以點燒的油氣濃度，讓爆炸的能夠有效的發 生，而這一小部份油料的燃燒，便能產生足夠的 動力，維持車輛的繼續行走，達成省油的目的。

D-4 GDI追求強悍動力的性能模式 當駕駛者大腳油門踏下，或是行駛於上坡路 段等需要大動力輸出的時候，D-4引擎會切 換為高輸出模式。與傳統噴射引擎一樣，在 進氣行程就開始進行供油，並以錐狀噴射方 式，讓油料大量的霧化，配合進氣渦流的設 計，使得油料與空氣進行勻的混合，使得 其在壓縮後可以完全地燒，產生出最大的動力

GDI-汽油直噴引擎之工作

GDI直立式進氣歧管,反向迴漩氣流

GDI的點火情況

引擎概述(1UR-FSE) 1UR-FSE 1UR-FE V8 (90 度), 4.6 (2.5) 公升, 32 汽門, DOHC 引擎 配備/雙 VVT-i(VVT-iE for Intake), ETCS-i 及 ACIS 1UR-FSE D-4S 系統 1UR-FE 歧管噴射

引擎組件(1UR-FSE) ２高壓燃油泵 (僅1UR-FSE) 供油管及脈動緩衝功能 雙VVT-i VVT-iE (進氣側) MRE 式 VVT 感知器 D-4S (僅1UR-FSE) 4 平式爆震 感知器 雙狹口形噴油嘴 (僅1UR-FSE) ＰＣＶ 分離殼室 水套隔板 冷卻水分配室

引擎組件(1UR-FSE) ＡＣＩＳ閥 (DC馬達) 液壓零間隙調整器 長螺牙式火星塞 4 條正時鏈條 鎂製汽門室蓋 曲軸皮帶盤及配重 芯子更換式機油濾清器

1UR-FSE 引擎組件(1UR-FSE) 空氣濾清器×2 空氣流量計×2 電動冷卻風扇

引擎規格(1UR-FSE) 車型 LS460L / LS460 引擎 1UR-FSE 汽缸數和排列 8汽缸, V型 汽門機構 32汽門 DOHC, 鏈條驅動, 雙 VVT-i (VVT-iE) 燃燒室 屋脊式 排氣量 cm3 (cu. in.) 4,608 (281.2) 缸徑ｘ行程 mm (in.) 94.0 x 83.0 (3.70 x 3.27) 壓縮比 11.8 最大輸出扭力: kW @ rpm 280 @ 6,400 最大扭力: N·m @ rpm 493 @ 4,100

1UR-FSE D-4S 系統(1UR-FSE) 1UR-FSE 引擎採用 D-4S系統 D-4S 系統 + 缸內直噴 歧管噴射

1UR-FSE D-4S EFI 控制 (2GR-FSE) 此系統適當採用缸內直噴和歧管噴射 引擎控制系統 缸內直噴 引擎扭力 D-4S EFI 控制 (2GR-FSE) 此系統適當採用缸內直噴和歧管噴射 缸內直噴 & 歧管噴射 引擎轉速

1UR-FSE D-4S EFI 控制 (2GR-FSE) 中低負荷時，採用歧管噴射和缸內直噴 降低壓縮空氣溫度以提高進氣效率 理論空燃比 引擎控制系統 D-4S EFI 控制 (2GR-FSE) 中低負荷時，採用歧管噴射和缸內直噴 進汽 壓縮 點火 燃燒 (缸內直噴) & (歧管噴射) 均質 燃燒 濃 稀

1UR-FSE D-4S EFI 控制 (2GR-FSE) 重負荷時，燃油在進汽行程從噴油嘴(缸內直噴)噴出 理論空燃比 引擎控制系統 D-4S EFI 控制 (2GR-FSE) 重負荷時，燃油在進汽行程從噴油嘴(缸內直噴)噴出 進汽 壓縮 點火 燃燒 (只有缸內直噴) 濃 稀

D-4S 系統 引擎控制系統 在冷起動時，稀薄層次燃燒可以改善 TWC 暖機性能 稀 濃 進汽 壓縮 點火 燃燒 (歧管噴射) (缸內直噴) 1UR-FSE D-4S 系統 在冷起動時，稀薄層次燃燒可以改善 TWC 暖機性能 稀 濃 引擎控制系統 進汽 壓縮 點火 燃燒 (歧管噴射) (缸內直噴) 濃 稀

1UR-FSE 稀薄層次燃燒: 在燃燒室產生混合汽濃和稀的層次 D-4S 系統 稀薄層次燃燒: 在燃燒室產生混合汽濃和稀的層次 稀 濃 噴油嘴 火星塞 噴油嘴 火星塞 活塞 活塞

D-4S 系統圖(1UR-FSE) 噴油嘴 (歧管) 輸油管(歧管噴射) 噴油嘴 (直噴) ［雙狹口形噴油嘴］ 輸油管(缸內直噴) : 4 – 13 MPa : 400 kPa 輸油管(缸內直噴) 引擎 ECU (ECM) 燃油壓力感知器 EDU (No.1 & No.2) SCV 脈動緩衝器 釋放閥 （機械式） 高壓燃油泵 燃油泵 噴油泵 壓力調整器 油箱

1UR-FSE D-4S 系統(1UR-FSE) 高壓燃油泵:2個高壓燃油泵被安裝在汽門室蓋上方 高壓燃油泵

1UR-FSE D-4S 系統(1UR-FSE) EDU (電子驅動單元):2個EDU被運用在８個直接噴射噴油嘴上 EDU EDU

D-4S 系統(1UR-FSE) 輸油管(歧管噴射): 脈動緩衝器功能被整合在輸油管上 歧管噴油嘴之輸油管 脈動緩衝器功能 內管 燃油

1UR-FSE D-4S 系統(1UR-FSE) 爆震感知器: 4個爆震感知器被安裝在V型缸體內側 前

Q&A

謝謝指教！