汽車引擎系統

一、汽車科技發展

汽車為科技產物，發展技術日新月異，如引擎科技部分之指紋起動系 統、聲控系統；車輛操控部分之主動、被動安全系統，人車介面系統；能 源科技部分之油電混合系統、燃料電池系統等；汽車是綜合性的工業產品，

涵括機械、電子、材料及能源等學門的資訊與技術，汽車技術的發展一日 千里，除了飛行之外，以前的科幻今日幾乎都已實現，而汽車工程新科技 的開發與設計，液壓和機械組件將由電子元件取代，且汽車電子系統的應 用，包含了資訊、娛樂、傳輸、整合、甚至安全等功能，在主要汽車集團 的競爭帶頭下，汽車電子科技將呈爆炸性發展（資料來源：工研院產經中 心）。汽車科技之發展潮流以設計製造之觀點而言，動力系統之設計追求 高性能、高功率密度(BHP/cc)、低公害（震動、噪音、污染）、省油化之 引擎；未來汽車因石油價格高漲，氫燃料之普及供應，燃料多樣化發展等 影響；小型汽車將朝純電動車、氫油混合車、氫內燃機車、油電混合車、

燃料電池混合車、太陽能車…等多樣化發展；為供應大量汽車電子元件的 電力需求，電壓將由目前之 12V 系統轉為 42V 系統；未來內燃機汽車將逐 漸減少，燃料電池汽車將快速增加，未來汽車科技的發展形貌與汽車技術 及產品的發展，分別由圖 2-13、圖 2-14 所示。

圖 2-13 未來汽車科技的發展形貌（資料來源：工研院產經中心，2006）

圖 2-14 汽車技術與產品發展（資料來源：工研院產經中心，民 95）

車輛電腦監控整合技術發展可分為性能提升、安全任務及智慧型運輸 系統：

(一)性能提升方面

引擎高性能控制如可變氣門正時、可變幾何渦輪增壓器系統、汽油 直接噴射引擎、油電混合動力車、燃料電池及複合網路等。

1.智慧型可變氣門正時系統 VVT-i 是 Variable Valve Timing with Intelligent 的縮寫，豐田(TOYOTA)車系採用此系統，使引擎在不同的運 轉速度時，我們需要更不同的氣門正時，以提供最佳的氣門開閉控制，讓 動力及燃燒效率最佳，VVT-i 系統及作動狀況如圖 2-15、圖 2-16 所示。

圖 2-15 VVT-i 可變氣門正時系統（資料來源：lexus 訓練手冊）

圖 2-16 VVT-i 作動狀況（資料來源：lexus 訓練手冊）

另外本田 HONDA 則為 VTEC Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System，在引擎低轉速時各缸將更一個進氣門停止作動，以產 生最適當的渦流，進而實現稀薄燃燒，達到經濟省油之特性，在引擎於 中轉速域(3000rpm)時，ECU 將會打開一個油路，使第一組活塞作動，將 主搖臂和副搖臂連結而以低速凸輪推動主搖臂來控制進氣門的開啟，來 確保中轉速的扭力輸出能平穩；在引擎達到高轉速(6000rpm)時,另外一 個油路將會被打開來使第二組活塞作動，使主副搖臂與中間搖臂連接，

此時高速凸輪推動中間搖臂來控制進氣門，進而讓引擎在高轉速時能更 大馬力的輸出。

2.可變幾何渦輪增壓器系統 VGT 是 Variable Geometry Turbocharger system 的縮寫，渦輪增壓器可減少廢氣排放、排煙及噪音，由於引擎壓送 的耗損減少，因此可以改善燃油效率並增進燃燒、相關的冷卻損耗及機械 損耗，於高海拔區域仍然保持幾乎相同的輸出馬力，當需要高輸出馬力與

扭力時，它也能轉變成高扭力的齒輪比，並可藉由降低相同引擎之轉速以 減少機械的磨耗，以相同輸出馬力而言，引擎可以達到更小巧且輕量化的 設計。而 VGT 系統更具更改善引擎馬力、加速能力、耗油量、快速暉車的 優點。

3.汽油直接噴射引擎 GDI（Gasoline Direct Injection），在一般引 擎中，噴射引擎在進氣門之前，噴油嘴噴出時即開始混合，而 GDI 則是如 同柴油引擎一樣將燃油直接噴入汽缸，並以非常精確的方式來控制，避免 無謂的浪費。GDI 引擎與其他引擎噴射方式如圖 2-17 所示，GDI 引擎的基 本結構要素，給能夠實現低燃油消耗及高馬力輸出的使用。

（1）控制空氣在汽缸中的流動(垂直進氣道)。

（2）供應汽缸直接噴射所需的高壓燃油(高壓燃油泵)。

（3）控制燃油在汽缸中的霧化(高壓渦流噴油嘴)。

（4）控制燃燒(頂部曲面活塞)。

圖 2-17 GDI 與其他引擎噴射方式比較示意圖（資料來源：lexus 訓練手冊）

4.油電混合動力車 HEV（hybrid electric vehicle）兼採內燃機及電 動馬達之優點，彌補各自之缺點，在當前能源補充設施情況下，能更效減 少油耗及污染，為從目前石油燃料汽車過渡到未來氫燃料汽車之最佳選擇；

目前市面上商業運轉之 HEV 系統更並聯式（parallel hybrid）、串聯式

（series hybrid）、THS、IMA 等系統；小型車以汽油引擎(gasoline engine) 為主，大型車以柴油引擎(diesel engine)、壓縮天燃氣引擎(CNG engine) 為主。電池種類更鉛蓄電池、鎳氫電池、鋰電池等。

5.燃料電池簡稱 FC（fuel cell），燃料電池是一裝置，能將含能的燃 料（如氫氣、 天然氣、 甲醇、 汽油等等）及氧化劑（空氣、氧氣）直 接經電化學反應而生成更用的電力。其結構一般包含燃料極板（陽極） 、 氧化極板（陰極）及介於兩極板間的質子交換膜；FC 之種類甚多，汽車用 以低溫就能反應之薄膜式為主。汽車上 FC 使用之氫氣來源更：使用甲醇 改質器製造、吸藏合金低壓貯藏、高壓氣罐貯存等方式。目前詴運轉中之 燃料電池電動車更 Toyota 之 FCHV、Honda 之 FCX…小型車，Benz 之 Sprinter 中型車及 Citaro 大型巴士等。

圖 2-18 傳統信號傳輸與 CAN 通訊之差別（資料來源：M Benz 訓練手冊）

6.複合網路 CAN (controller area network) 的縮寫，CAN 是一種串 列式通訊協定，由 BOSCH 在 1986 年所建立的 ISO 國際標準化。CAN 的 優點為高速且大量的網路通訊、減少線束、可靠的信號傳動，傳統信號傳

輸與 CAN 通訊之差別如圖 2-18 所示。

7.智慧型運輸系統 ITS（Intelligence Transportation System）

智慧型運輸系統 ITS 的開發領域，如圖 2-19 所示

圖 2-19 智慧型運輸系統的開發領域（資料來源：2009 車用電子論壇）

(二)汽車引擎故障

汽車引擎系統為汽車動力的來源，目前均採用電腦控制噴射系統，

噴射引擎的電腦必頇具備更失效安全（fail safe）、備用（back up）以 及自我診斷功能（self diagnosis）三項功能，所謂失效安全，指的是 來自引擎四周的各個感知器輸入訊號，萬一故障或線路出了問題，電腦 會自動將這些故障感知器送入的訊號忽略掉，而以預設標準值替代，使 引擎能繼續發動；而備用功能指的是當車用電腦本身故障時，它會以一 定的燃料噴射及一定的點火時間控制，使汽車能繼續行駛；另外為了檢 修方便，在電腦內設更自我檢查診斷功能，以監視各個感知器、電腦本

身及相關電路是否正確地動作，假如更任何故障時，則自我診斷裝置便 會使「引擎檢查警告燈」亮起，利用閃爍次數或使用電腦診斷專用儀器 讀取故障碼。

國內各汽車廠大部分與國外各知名汽車廠商技術合作，而汽車修護手 冊亦是從外文修護手冊，交由技術服務部人員翻譯而成，裕隆集團轉投資 成立的納智捷（LUXGEN），為台灣第一個自主品牌車廠，其修護手冊由製 造部門百餘位工程師，根據各控制系統電路圖集體編寫完成初稿，再由技

現象 可能故障部位

表 2-1(續)故障現象表（TOYOTA CAMRY）

現象 可能故障部位 表 2-1(續)故障現象表（TOYOTA CAMRY）

表 2-2 引擎控制系統故障現象表（NISSAN CEFIRO）

症狀 系統 可能故障項目 表 2-2(續)引擎控制系統故障現象表（NISSAN CEFIRO）

症狀 系統 可能故障項目 表 2-2(續)引擎控制系統故障現象表（NISSAN CEFIRO）

症狀 系統 可能故障項目 表 2-2(續)引擎控制系統故障現象表（NISSAN CEFIRO）

症狀 系統 可能故障項目

表 2-2(續)引擎控制系統故障現象表（NISSAN CEFIRO）

症狀 系統 可能故障項目 表 2-2(續)引擎控制系統故障現象表（NISSAN CEFIRO）

表 2-3 故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位 表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位

表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位 表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位

表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位

表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位

表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位 表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位 表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位

表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位

表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位

表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位 表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位 表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位 表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位 表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位

表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位

表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

現象 可能故障部位 11.燃油壓力調節器故障

12.燃油管阻塞 13.燃油濾清器阻塞

14.凸輪軸位置感知器損壞（開路或短路）

15.凸輪軸損壞

16.空氣/燃油混合比控制不適當 17.排氣系統阻塞

18.觸媒轉換器故障 19.廢氣再循環系統故障

20.燃油蒸發排放控制系統故障 21.積極式曲軸箱通風閥故障

引擎噪音

1.引擎機油高度不適當 2.基本引擎機件故障

3.驅動皮帶張力不正確或損壞

4.進氣系統漏氣（管子鬆脫、龜裂、墊片破裂）

5.真空洩漏（真空管損壞、配置不當）

6.零件鬆動 表 2-3(續)故障現象表（FORD TIERRA）

表 2-4 故障現象表（CHINA MOTOR GALANT）

現象 可能原因 表 2-4(續)故障現象表（CHINA MOTOR GALANT）

現象 可能原因

加速時振動 1.點火系統不良

減速時振動 1.怠速控制系統不良

加速不良

1.點火系統不良

2.空燃比控制系統不良 3.燃油供應系統不良 4.汽缸壓縮壓力過低 5.排氣系統阻塞

抖動

1.點火系統不良

2.空燃比控制系統不良

3.廢氣再循環系統控制電磁閥不 良

爆震 1.爆震感知器不良

2.火星塞的熱值與規格不符

後燃 1.噴油嘴漏油

怠速時 CO 及 HC 濃度太高

1.空燃比控制系統不良 2.觸媒轉化器劣化

表 2-4(續)故障現象表（CHINA MOTOR GALANT）

2.協和汽車公司維修記錄

圖 2-20 國外汽車維修技術中心網站（資料來源：正佳汽車，民 98）

圖 2-20 國外汽車維修技術中心網站（資料來源：正佳汽車，民 98）