Warning: sprintf(): Too few arguments in /www/wwwroot/houchuan88.com/wp-content/themes/reminiscence-lite/assets/lib/breadcrumbs/breadcrumbs.php on line 252

-引申阅读:知乎用户:为什么同排量的柴油车比汽油车省油

  想了解发动机的工作原理。网上找了一些材料还有教科书,大多都说汽油发动机是奥托循环(等体积燃烧)和柴油发动机是迪塞尔循环(等压燃烧),为什么是这样??实际中发动机到底是怎么运作的?还有想了解这两者到底有什么不同?作为普通汽车爱好者,希望讲得能简单通俗一些,谢谢!

  题主首先要明白,汽油机不是因为叫汽油机所以要烧汽油,而是因为它烧的是汽油,所以叫汽油机,柴油机也一样。因此,汽油机和柴油机的根本区别在于所用燃料的不同。

  汽油和柴油都是从石油中炼制出来的,但是分属不同的馏分。汽油主要成分是含有8-10个碳原子的碳氢化合物,分子量较小,而柴油的主要成分则是含有12-15个碳原子的碳氢化合物,分子量较大。碳链长度的不同,导致汽油和柴油存在物理和化学性质的差异。汽油挥发性强,扩散速度快,容易被高温热源点燃,但是自燃温度较高(约600℃),适合利用火花塞点燃;柴油挥发性差,不容易被点燃,但是碳链较长不稳定,自燃温度较低(约400℃),适合利用压缩过程缸内气体温度的上升引燃。因此汽油和柴油性质的差异导致了利用方式的不同。

  汽油的扩散性强,可以与空气迅速混合形成均匀的混合气。在火花塞点火后,由于汽油混合气的燃烧速度较快,此时活塞正好处于上止点附近,速度较低,活塞位置,也就是缸内容积变化不大,因此可以认为是一个定容加热的过程,也就是奥拓循环最重要的区别。

  柴油是在缸内温度达到或者快达到自燃点时喷入缸内,由于分子量较大,反应链较长,燃烧速度有限,因此随着活塞的下行,边喷油边扩散边燃烧。此时缸内容积不断增大,可以认为是一个定压加热的过程,也就是迪赛尔循环最重要的区别。

  奥拓循环和迪赛尔循环都是理想循环,实际上是无法实现的,存在各种各样的损失。比如汽油混合气就算烧的再快,那也是需要时间的,这些时间活塞不会等你,容积就会发生变化,因此绝对的定容加热是不存在的,实际过程与理想过程的这部分差别就叫做损失。

  汽油机和柴油机的差别是最简单,也是最难说明白的问题,或许根本就说不明白。现在也有融合汽油机和柴油机的内燃机工作模式,比如HCCI,也就是均质压燃的汽油机,利用超高压缩比将汽油混合气压燃,能够提高汽油机的热效率。

  水平有限,希望题主满意。

  汽油的沸点低,蒸发性好,因而在常温或稍加热的条件下易于在缸内与空气形成预制均匀混合气,因此,常规汽油机大都采用点火前预制混合气的方式。而柴油的沸点高达180-360℃,不适合缸外预混合,即使加热后能在缸外气化混合,也因加热造成空气密度下降而减少进入气缸的充量,并且额外消耗加热所需的能量,这些都是不合理的。因此,常规柴油机采用燃料缸内高压喷射,与空气雾化混合形成浓度分层的混合气。

  常规汽油机缸外形成预制均匀混合气后,若进行接近化学计量比的预制混合气压燃,由于同时着火,压力升高率过高,近于爆炸,这是不允许的,因此适合采用外源强制点火燃烧模式,即先在火花塞附近高温处着火,然后在混合气中进行火焰传播燃烧。(但这并不意味着汽油不能采用压燃燃烧模式,事实上,在较稀的混合气条件下汽油可以实现均质混合气压燃)

  柴油的着火温度较低,柴油机在开始喷雾到自燃着火的较短时间内,适合燃烧的混合气量不多,初期工作粗暴的情况会得到缓解。柴油机在初期着火燃烧后,紧接着进行边喷油、边气化、边混合的扩散燃烧。柴油适合压燃,在喷雾条件下的点燃难度大,也无必要。

  混合气形成方式的差异带来了负荷调节方式的不同。汽油均匀混合气能点燃的过量空气系数(0.4-1.4)较小,一般靠改变节气门的开度,控制混合气进气量来调节负荷,这种方式称为负荷的量调节。

  柴油机在循环喷油量较大的变化范围内,喷束内都有适合着火的混合气,因此柴油机在较大的平均的过量空气系数范围内都可以压燃着火,所以可以依靠循环喷油量的多少来调节负荷。由于循环进气量基本不变,平均的过量空气系数会随负荷变化而变化。这种依靠改变喷油量,即改变平均的过量空气系数来调节负荷的方式,称为负荷的质调节。

  上述这些差异导致了二者在性能、设计和结构上的各种差异,而这些差异追溯的根源是汽油、柴油燃料本身理化特性的差异所引起的。

  再就是有关工作模式的差异,排放等等。今天不说。

  不过应该指出,上述汽油机和柴油机的工作模式差异既跟燃料特性有关,也取决于当时的科技发展水平。近年来,随着电控技术的发展,出现了汽油缸内直喷(GDI)分层稀燃模式。目前国内外都在研究汽油均质混合气压燃(HCCI)模式也试图将柴油的压燃方式与汽油机的预制混合气形成方式结合,以实现高效低污染燃烧。

  引申阅读:知乎用户:为什么同排量的柴油车比汽油车省油?

  从自己以前写的回答中华丽丽的贴一段过来。

  这个是4冲程汽油发动机

  这个是四冲程柴油发动机

  对于4冲程发动机(4-stroke engine)来说,第一个冲程是进气冲程,进气门打开。第二个冲程是压缩冲程,气门关闭压缩气体。第三个冲程燃烧做功。第四个冲程排气门打开排放尾气。活塞往复循环走两次720度。

  不同的是,汽油机进气的时候进入的是汽油和空气的混合。而柴油机进入的只是空气。然后在活塞压缩气体到上止点后,汽油机靠火花塞点燃油气混合物,而柴油机直接喷油,由于压缩气体产生高温,柴油喷进去之后直接燃烧。

  所以点燃方式的不同都产生了神马影响呢?

  首先就是汽油和柴油的不同,汽油是短链(平均大概8个碳),柴油是长链(平均大概16个碳)。汽油需要在高温下不自燃,如果在点火之后,由于压缩空气温度上升,在火焰还没燃烧还没有传播到位置(end gas)油气混合物自燃了,就会产生爆震(knock)损坏发动机。柴油如果喷进去的时候在高温下不自燃,发动机就会熄火(misfire)。这都是不行的。

  第二就是压缩比的不同,导致热效率(efficiency)的不同。压缩比是指活塞在下止点是气缸体积/活塞在上止点气缸体积。根据某个我实在懒得贴上来的公式,压缩比越高,热效率越高。可是压缩比越大,在压缩冲程结束的时候缸内气体温度也越高。对于汽油机来说压缩冲程缸内温度太高不行的,会自燃爆震啊。可是柴油机后喷油就不存在这个问题了,温度高好啊,反正就是要自燃么。压缩比的不同,就直接导致了柴油机的热效率远远的大于汽油机。

  这就引出了第三点。柴油机热效率比汽油机好那么多,为什么不都用柴油机算了呢?答案是多么的简单,因为柴油机脏啊,就是说排放不过关啊。为什么柴油机排放大呢?首先是氮氧化物(NOx),根据另一个我懒得贴出来的公式,NOx的形成速率是跟温度呈指数关系的,前面也说到柴油机压缩比大所以燃烧温度高,所以生成的NOx显然更多。另一个就是碳烟(soot)啊,就是传说中雾霾的元凶。汽油机中油气是均匀混合的,所以反应过程中油气充分接触产生的soot相对很少。可是柴油机就不一样了,油喷进去直接燃烧,根本来不及混合啊,所以接触不到足够空气的油在高温下直接热解(pyrolysis)形成了soot。

  ————-华丽丽的贴完了————-

  再来说Otto Cycle 和 Diesel Cycle 的区别:

  Otto Cycle 假定 Heat addition 过程中,也就是燃烧过程中,气缸体积不变,可能是由于汽油机油气预先混合,所以燃烧过程迅速,于是假定放热过程气缸体积不变。Diesel Cycle 则是假定放热过程中气缸中压力不变,大概是由于汽油机是压燃,一边燃烧一边有新的油喷进去,燃烧过程相对汽油机缓慢,所以假定燃烧过程中气缸中压力不变。

  这两个 Cycle 只是理想模型而已,实际汽油机和柴油机的燃烧过程都是介于两者之间的。

  于是我又华丽丽的上网盗图了:

  大概就是这个样子吧,实际上差别并不大。

  Good Night

  所有的不同,说到底,就是两种燃油本身的不同性质导致了汽油机和柴油机的差别。

  因为一个烧汽油,一个烧柴油,汽油机是火花塞点燃,柴油机是压缩空气喷入柴油的自燃。因此汽油机的压缩比远低于柴油机,一般汽油压缩比都在8-11之间,柴油机至少在13以上,最高目前有20的,再高发动机就受不了了。

  目前主流的汽油机用的是奥托循环,最大功率大,最高效率高,但是部分负荷状态换气损失大,此外还有seiliger循环,阿特金森循环,米勒循环。缺点是尾气温度高,热效率较低。柴油机主要就是diesel循环,热效率比汽油机大的多,缺点是排放不好,不用增压器时功重比不如汽油机,等等。

About DF566

administrator

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。