柴油机与汽油机

解读汽车发动机-汽油机VS柴油机 能量：物质运动的一种度量。对应于物质的各种运动形式，能量也有各种形式，彼此可以互相转换，但总量不变。热力学中的能量主要指热能和由热能转换而成的机械能。我们汽车的发动机，正是将化石燃料中蕴含的化学能转化成机械能，从而推动汽车行驶。内燃机的诞生。我们将其归为两类：奥托循环特性的燃气机和汽油机，狄赛尔循环特性的柴油机。现代燃气发动机基本等同于汽油机，缸内直喷汽油机虽结构有变化，但做功机制仍属奥托循环范围之内。为了方便解读，下文都称之为汽油机和柴油机。 说到发动机的原理，很多读者都会脱口而出：四冲程发动机分为吸气、压缩、做功、排气四个阶段。汽油机吸入混合气，然后压缩至上止点，火花塞跳火点燃混合气，燃烧做工把活塞推至下止点，随即向上排出废气；柴油机区别在于吸入纯空气，在上止点位置将柴油喷入被压缩的热空气内点燃做功。但我们是否曾经疑问过，汽油机为什么要有火花塞？柴油机为什么不能喷入汽油？为什么说柴油机更有力，更省油但平顺性却不理想？好吧，小编在此文中用对比的方式，解读汽汽油机和柴油机的工作原理。表面上看，两种热机在进气和燃料的引燃方式有着区别，虽然看起来都是烧油，发力，但就是在活塞处于顶端，燃烧的一霎那，几个毫秒之内发生的事儿，让两种机器有着不同的特质。这也就是小编经常提起的奥托循环和狄赛尔循环的差异。 两种循环工作状态和对应的p-v图 左侧为狄赛尔循环，右侧为奥托循环两种循环的工作程序我们先说左侧的奥托循环。如上图所示，p代表缸内压力，v代表缸内容积，A-B吸气冲程，活塞向下吸气，此时燃气的压强几乎保持不变；B-C绝热压缩冲程，活塞向上运动压缩，使气体压强增加，这时活塞对气体做功，消耗了机械能，增加了气体的内能；C-D等容燃烧过程，气体突然燃烧，压强激增，在这瞬间体积还来不及变化，所以可把它看作是等容变化，D-E绝热做功冲程，气体压强增加后作绝热膨胀推动活塞向下做功，同时消耗本身的内能转变为机械功，压强逐渐减小；E-B等容排气过程，做功冲程终了时，排气阀开放，气体压强突然降低而体积还来不及变化；B-A排气冲程，活塞由于惯性作用继续向上运动，同时排除废气，这时压强不变。而作为等压燃烧的狄赛尔循环，C-D-E为做功冲程。第一阶段C-D为等压燃烧过程，柴油正在燃烧中，活塞在一定的压强下移动压强不变而容积增加，燃油一边推动活塞做功一边燃烧，D-E为绝热做功冲程。其他阶段同上。当然，图中p-v曲线是一种理想状态，实际工况有一定的差异，而作为乘用车的高速柴油机介于两种循环之间，燃烧过程分两个阶段，前半程为等容燃烧，后半程为等压燃烧，满足高转速同时也沿袭经典柴油机的特点。你知道吗？柴油其实比汽油更容易引燃汽油机与柴油机长期共存的理由，就是是因为有汽油和柴油两种燃料的存在，从而存在两种能把不同燃料充分发挥特性的内燃机。这看似废话，却也验证了那句“存在即是合理”。汽油和柴油，都是由成分为碳和氢两种元素的烃类化合物组成的。汽油是由5-9个碳分子的烃类组成，而组成柴油的烃类的碳原子数则有10-20个，由于汽油分子比柴油要小，所以汽油的挥发性更好，燃烧速度也更快，但长链结构的柴油更容易被氧化，所以柴油自燃点要低于汽油。柴油比汽油更容易引燃？看起来很难以理解，但这是事实。我们把烃类比作很常见的木头，那么汽油就好比一堆木屑，可以被吹散在空气中慢慢飘落，而柴油则好像牙签，怎样扔起来都会做自由落体运动；木屑用火柴很难点燃，但牙签很容易被点燃；但把木屑扔在火堆中，瞬间就化成一团火，而牙签至少可以烧几秒。 两种发动机不是简单的压燃与点燃的区别，这仅仅是开始正是因为有了这些差异，两种发动机也有了区别和特性汽油比柴油挥发更快，所以汽油可以混合气状态在吸气行程进入气缸，而柴油不易挥发，不容易形成混合气，所以只能在做功行程开始前直接喷入缸内。柴油的自燃点比汽油更低，所以柴油可以在高温高压的汽缸中自燃；而汽油机如果采用压燃方式，就必须要有更高的压力，从而得到更高的温度才能点燃，但因为汽油容易挥发，挥发时又会吸收大量的热，这就再次增加了压燃的难度，所以用火花塞点燃是最适合的方式。汽油比柴油燃烧的更快，所以把汽油放在高温高压的环境下太威猛，机体受不了这种火药脾气，所以要降低气缸的压力，而用火花点燃时，缸内火焰是以“波”的形式蔓延燃烧，这也就避免了爆燃形成的冲击；而柴油在高温高压空气中，多处同时燃烧形成火焰，也就是以爆燃的方式做功，工作状态比较粗暴，但因为柴油燃烧较慢，所以虽然燃烧的开始很剧烈，但燃烧时间还是要长于汽油机的。题外话：此油门非彼油门汽油机通过油门踏板改变节气门的开度，控制混合气进入汽缸的数量，以达到不同功率的输出；而柴油机控制功率输出完全依靠喷油的多少，是真正意义上的油门，取消了节气门，发动机进气就更充足，燃烧也就更充分，这也是柴油机热效率较高的原因之一。 同为2011款途锐，右侧柴油机最高为6000转，基本不可达到而昨侧汽油机，6000转仅仅是红线开始汽油机和柴油机优劣分析汽油机内混合气体点燃后，瞬间燃烧，并爆发出能量，所以可以在单位时间内可以多次重复该循环，用高转速输出高功率，因而很小的体积，轻盈的体重，就能拥有较高性能和更快的响应速度，宽泛的转速区间也能够带来更好的操控感觉。但汽油机的压缩比往往只有柴油机的一半，做功行程时缸内温度和压力比柴油机低很多，所以热效率比较低，也就是俗称的“费油”。柴油机喷入燃料后，燃烧需要一定的时间，所以适合较低转速下让燃油充分燃烧以带来大扭矩，而为了对抗气缸内高压和大扭矩，柴油机的汽缸和活塞的连杆等零件都要比汽油机强壮，所以较汽油机更笨重。但也正是柴油机因为高压缩比低转速的特性，能把热量更好的转化成动能，所以柴油机有着更好的热效率，也就是更好的油耗表现。这就是通常轿车和赛车使用汽油机，而公交车、卡车等大型车辆使用柴油机的原因。 为了适应柴油机工况，目前国内乘用车柴油机的缸体还都采用厚重的铸铁制造柴油机现状随着技术的发展，柴油机在平顺性和体积上都有很大改善，高强度的铝制缸体制造工艺，减轻了发动机的重量；废气后处理与颗粒物回收有效降低尾气污染；燃油高压共轨喷射以及较低压缩比有效抑制噪声；平衡轴的应用提升了平顺性；VGT可变截面涡轮和中冷器提升了发动机功率，众多优良的设计逐渐装备于乘用车之上(在欧洲，柴油车在乘用车中的比重已经达到40%，而国内柴油机主要搭配在SUV车型当中，就在最近，国产自主品牌柴油轿车也已经上市。但目前国内的柴油品质还不够好，导致柴油机在国内未被重视。主要问题在于十六烷值不够高，硫含量过高，多环芳香烃过多等，假如中国柴油的品质可以提升的话，相信在飞涨的油价和日益恶化的环境面前，国人也会逐渐接受柴油车。大众奥迪公用的3.0T涡轮增压柴油发动机，体重和汽油机相差无几功率与汽油机相比略逊一筹，但扭矩更为强大。