「柴油」是什麼?有哪些用途?跟汽油有何不同?為什麼叫這名字?柴油、汽油引擎差在哪?

我們常在加油站看到「92無鉛汽油」、「95無鉛汽油」和「超級柴油」等不同油品,但柴油到底是什麼?為什麼大卡車、公車和工程車常常使用柴油,而一般機車和許多小客車卻使用汽油?其實,這不只是兩種燃料名稱不同,連引擎讓燃料燃燒的方法也不一樣。

柴油和汽油一樣,傳統上主要都是從石油精煉而來。原油從地下開採出來後,裡面混合了許多不同種類的物質,煉油廠會利用加熱和蒸餾等方法,把不同成分分開,製成汽油、煤油、柴油和其他石油產品。簡單來說,汽油比較輕,也比較容易揮發;柴油則比較重,揮發速度較慢。

不過,「柴油」這個名字很容易讓人誤會,以為它和木柴有關。事實上,柴油並不是把木柴拿去榨油,也不是用木頭製成的油。

英文中的柴油稱為「diesel」,這個名字來自德國工程師魯道夫.狄塞爾(Rudolf Diesel)。他在19世紀末開發出一種新的引擎,利用高度壓縮空氣產生高溫,再讓燃料自己燃燒。後來,這類引擎被稱為柴油引擎,適合這類引擎使用的燃料也逐漸被稱為柴油。

至於中文為什麼翻成「柴油」,目前常見的說法之一,是早期人們認為這種燃料燃燒時的氣味和燒柴有些相似,因此出現「柴油」這個名稱。不過,相較之下,「Diesel」來自狄塞爾姓氏這件事,有比較清楚的歷史來源。

柴油最大的用途,就是提供柴油引擎作為燃料。生活中許多需要長時間工作、搬運重物或拉動大型車輛的機器,都很常使用柴油,例如大型卡車、公車、拖拉機、挖土機、工程車、船舶和發電機。有些醫院、工廠和大型建築也會準備柴油發電機,在停電時提供緊急電力。

那麼,柴油引擎和汽油引擎到底有什麼不同?其中最重要的差別,就是「燃料怎麼被點燃」。

汽油引擎通常會把空氣和汽油送進汽缸,經過壓縮後,再利用「火星塞」產生電火花,把汽油和空氣的混合氣點燃。燃燒後的高溫氣體迅速膨脹,推動活塞上下運動,最後透過機械裝置帶動車輪。

可以把它想像成在引擎裡放了一個非常精準的小型打火機。每到適當時機,火星塞就會「啪」的一聲產生火花,讓燃料開始燃燒。

柴油引擎的方式卻不太一樣。它通常先吸入空氣,再把空氣壓縮得非常厲害。氣體受到強力壓縮時,溫度會升高,當汽缸裡的空氣已經變得非常熱,再把柴油用高壓噴嘴噴進去,柴油就會因為高溫而自行燃燒。

因此,一般柴油引擎在正常運轉時,不需要像汽油引擎一樣利用火星塞點火。某些柴油車裡雖然有稱為「預熱塞」或「電熱塞」的裝置,但它主要是幫助寒冷時啟動引擎,功能和汽油車的火星塞不同。

柴油引擎通常能在較低的轉速下產生較大的扭力。所謂「扭力」,可以簡單理解成「用力轉動東西的力量」。如果一輛大型卡車載著很重的貨物,它最重要的事情往往不是跑得多快,而是有沒有足夠的力量把整車貨物拉動,因此柴油引擎特別適合大型車輛和重型機械。

柴油引擎的燃料使用效率通常也比較好,因此很適合需要長時間行駛或工作的車輛。不過,它並不是完全沒有缺點。柴油引擎內部需要承受較高的壓力,所以零件通常必須做得更加堅固,整套系統也可能比較複雜。

此外,傳統柴油引擎還可能產生氮氧化物和懸浮微粒等空氣污染物。現代柴油車因此會加裝許多污染防治設備,盡量降低廢氣對環境和人體造成的影響。

汽油引擎則通常運轉比較安靜、平順,也很適合體積較小、需要較高轉速的車輛,因此長久以來廣泛使用在一般小客車和機車上。

所以,柴油和汽油並不能簡單說哪一種一定比較好。它們就像兩種擅長不同工作的選手。汽油引擎適合許多一般交通工具,柴油引擎則特別擅長需要大力量、長時間工作和載運重物的任務。

如果要用最簡單的方法記住兩者的差別,可以想成:汽油引擎需要「火花來點火」,柴油引擎則是「先把空氣壓到很熱,再把柴油噴進去讓它自己燃燒」。

下一次在馬路上看到一輛大型卡車從身邊經過,聽見低沉的引擎聲時,也許就可以想到,它的引擎裡正不斷把空氣壓縮、升溫,再噴入柴油燃燒。看似普通的一輛車,裡面其實不停上演著快速又精密的物理和化學變化。

(完)


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範例問題:

  1. 為什麼大型卡車、公車和工程車常使用柴油引擎,而許多小客車和機車比較常使用汽油引擎?你認為這和它們的工作需求有什麼關係?
  2. 汽油引擎靠火星塞點火,柴油引擎則靠壓縮空氣產生高溫讓燃料燃燒。你覺得這兩種不同的設計,各自可能帶來哪些優點和缺點?
  3. 柴油引擎雖然適合長時間工作,也有較好的燃料效率,但可能產生空氣污染。你認為我們可以用哪些方法,在交通便利、工作需求和環境保護之間取得平衡?

…

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