科技改變生活 · 科技引領(lǐng)未來
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如今絕大多數(shù)家用車都是汽油機(jī)，只有極少數(shù)車型使用的是柴油機(jī)。汽油機(jī)給人的感覺是噪音小、速度快。而柴油機(jī)給人的感覺是速度大，扭矩強(qiáng)。而且柴油機(jī)普遍比汽油機(jī)更省油。那為什么兩者會有這些不同點(diǎn)呢？今天咱們就來聊聊汽油機(jī)與柴油機(jī)最大的幾個區(qū)別，相信看完這些你對發(fā)動機(jī)會有更加深入的了解。
汽油機(jī)是靠火花塞把進(jìn)入氣缸的油點(diǎn)燃的，而柴油機(jī)則是靠活塞壓縮空氣產(chǎn)生的高溫使柴油自行燃燒的。因?yàn)槠偷淖匀紲囟雀撸韵胱屍蛯?shí)現(xiàn)壓燃并不現(xiàn)實(shí)，只能借助火花塞產(chǎn)生的高溫強(qiáng)制把汽油點(diǎn)燃。而柴油自燃溫度相對低一些，只要壓縮比足夠大，活塞壓縮空氣產(chǎn)生的溫度就足夠讓柴油自己著火燃燒了。
因此柴油機(jī)壓縮比普遍更大，這樣在壓縮沖程末端才能產(chǎn)生足夠高的溫度。由于壓縮比越高熱效率就越高，所以柴油機(jī)的熱效率普遍比汽油機(jī)更高。
不管是柴油還是汽油，想要燃燒必須讓油液先蒸發(fā)成燃油蒸汽，燃油蒸汽再與空氣混合才能形成可燃混合氣。
由于汽油蒸發(fā)性很強(qiáng)，所以汽油機(jī)都是在火花塞點(diǎn)火之前就把汽油與空氣充分混合好了，比如常見的汽油機(jī)都是在進(jìn)氣沖程噴油，這樣汽油在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程有足夠的時(shí)間去蒸發(fā)、混合，形成均勻的可燃混合氣。等到壓縮沖程接近結(jié)束時(shí)火花塞產(chǎn)生電弧，將混合氣引燃，發(fā)動機(jī)就可以對外做功了。由于汽油蒸發(fā)性很強(qiáng)，而且汽油進(jìn)入氣缸后有充分的時(shí)間與空氣混合，所以汽油機(jī)的噴油壓力不需要太高。
而柴油機(jī)在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程是不噴油的，只有在壓縮沖程末端，氣缸內(nèi)溫度劇烈上升的時(shí)候噴油嘴才開始噴油。由于柴油粘度高，所以噴油壓力非常大，柴油被噴成非常小的霧狀液滴，這些液滴遇到氣缸里的高溫后快速蒸發(fā)并且與空氣混合，然后自行燃燒。所以柴油機(jī)是在壓縮沖程末端開始噴油，一邊噴一邊燃燒。
上圖是汽油在氣缸內(nèi)燃燒的過程，在火花塞點(diǎn)火之前汽油已經(jīng)充分蒸發(fā)并且與空氣混合形成了可燃混合氣體，火花塞點(diǎn)火以后電弧的熱量將附近混合氣引燃，由于其他混合氣都已經(jīng)充分混合，濃度適宜，因此這個小火苗可以迅速引燃其他混合氣，燃燒速度非常快。
這個是柴油在氣缸內(nèi)燃燒的圖像，由于柴油是在壓縮沖程末端一次性全部噴入氣缸的，一邊噴一邊混合燃燒，所以容易出現(xiàn)混合不均勻的情況，從圖中也能看出來火焰周圍存在一定的黑煙，這就是燃燒不充分。
汽油機(jī)是通過控制進(jìn)氣量間接控制噴油量的，在進(jìn)氣管路上有一個叫做節(jié)氣門的零件，它由油門踏板控制，節(jié)氣門就像一個閥門，控制著進(jìn)入氣缸空氣的多少。油門踏板踩得越深節(jié)氣門開度就越大，進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣就越多。然后發(fā)動機(jī)控制電腦再根據(jù)氣缸進(jìn)氣量計(jì)算噴油量，以此控制發(fā)動機(jī)動力輸出的大小。
而柴油機(jī)就簡單多了，直接靠噴油量來控制動力大小。柴油機(jī)沒有節(jié)氣門，氣缸里永遠(yuǎn)可以獲得最大進(jìn)氣量，然后通過控制噴油量調(diào)節(jié)動力大小。油門踩輕了噴油量少，動力就小。油門踩重了噴油量就提升，動力就更強(qiáng)。
汽油機(jī)工作的時(shí)候節(jié)氣門會對進(jìn)氣產(chǎn)生一定的阻礙作用，所以活塞吸氣的阻力會增加，這會消耗更多的發(fā)動機(jī)動力。而柴油機(jī)沒有節(jié)氣門，活塞吸氣永遠(yuǎn)都是非常輕松的，消耗的動力更少，這也是柴油機(jī)熱效率高的一個原因。不過現(xiàn)在的柴油機(jī)也都有節(jié)氣門了，但那主要是配合廢氣再循環(huán)系統(tǒng)來控制排放的，與汽油機(jī)的節(jié)氣門在用途上有很大區(qū)別。
了解完以上內(nèi)容后我們就可以嘗試用以上理論來解釋一些生活中遇到的問題了：
柴油機(jī)比汽油機(jī)更容易冒黑煙，其實(shí)這就是柴油機(jī)特殊的燃燒方式?jīng)Q定的。
因?yàn)椴裼蜋C(jī)的油門是直接控制噴油量的，當(dāng)油門踩得比較大時(shí)噴油量增加，但是柴油機(jī)無法提前把柴油混合好，只能在壓縮沖程末端一股腦全噴入氣缸，這么多柴油不容易與空氣充分混合，一部分柴油還沒來得及蒸發(fā)混合就被高溫給氧化成了碳顆粒，因此柴油機(jī)在大腳踩油門的時(shí)候非常容易冒黑煙。
如今排放要求提高了，柴油機(jī)不得不在排氣系統(tǒng)上安裝顆粒捕捉器來過濾尾氣中的碳粒，所以現(xiàn)在的柴油機(jī)不容易冒黑煙了，但這只是對尾氣處理的結(jié)果，發(fā)動機(jī)該冒還是會冒的，只是我們看不到而已。
如果你開過柴油車你就會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)柴油車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速都比汽油機(jī)要低。目前家用車發(fā)動機(jī)紅線轉(zhuǎn)速大概在6000轉(zhuǎn)左右，高一些的能達(dá)到6500轉(zhuǎn)。而柴油機(jī)紅線轉(zhuǎn)速基本上都在4000-5000轉(zhuǎn)。
其實(shí)這還是燃燒方式?jīng)Q定的，因?yàn)椴裼蜋C(jī)是壓燃的，所以必須在活塞壓縮最劇烈的時(shí)候把柴油噴入氣缸，這樣氣缸內(nèi)溫度足夠高，能保證柴油順利燃燒。如果噴早了或者晚了，氣缸里溫度都會降低，柴油可能就無法燃燒了。所以柴油機(jī)只有在壓縮沖程末端很短的一段時(shí)間內(nèi)才能噴油。如果柴油機(jī)轉(zhuǎn)速太高的話壓縮沖程一閃即過，柴油就來不及完全燃燒了。所以柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速普遍更低。
柴油機(jī)噪音主要來自兩方面，一方面是柴油機(jī)的油泵，因?yàn)椴裼蜋C(jī)噴油壓力非常高，普通的電子油泵根本無法滿足需求，所以柴油機(jī)使用的都是機(jī)械油泵，在工作的過程中難免會發(fā)出更大的噪音。如今很多直噴汽油機(jī)為了滿足排放法規(guī)也使用了高壓機(jī)械油泵，在怠速時(shí)也能明顯聽到油泵的噪音。不過和柴油機(jī)的噴油壓力相比還是小多了。
另一個原因就是柴油機(jī)燃燒的噪音了，因?yàn)椴裼蜋C(jī)沒有節(jié)氣門節(jié)流，所以氣缸里每次都可以最大限度地吸入空氣，足量的空氣再加上柴油機(jī)超高的壓縮比，在壓縮沖程末端氣缸內(nèi)壓力非常高。此時(shí)柴油又在瞬間全部噴入氣缸劇烈燃燒，巨大的壓力和猛烈的燃燒就會導(dǎo)致柴油機(jī)燃燒噪音非常大。
金俊