解讀汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)（二） 汽油機(jī)VS柴油機(jī)

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購(gòu)置稅優(yōu)惠 經(jīng)銷(xiāo)商報(bào)價(jià) 車(chē)主點(diǎn)評(píng)(145條)

能量:物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的量度。對(duì)應(yīng)于物質(zhì)的各種運(yùn)動(dòng)形式，也有各種形式的能量，可以相互交換，但總量不變。熱力學(xué)中的能量主要是指熱能和熱能轉(zhuǎn)化而來(lái)的機(jī)械能。我們汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是化石燃料中所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。

如上所述，許多四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)分為兩類(lèi):具有奧托循環(huán)特性的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，以及具有柴油循環(huán)特性的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。現(xiàn)代的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)基本相同。缸內(nèi)直噴汽油機(jī)雖然結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，但其工作機(jī)理仍在奧托循環(huán)內(nèi)。為了便于解釋?zhuān)挛姆Q(chēng)它們?yōu)槠蜋C(jī)和柴油機(jī)。

說(shuō)到發(fā)動(dòng)機(jī)的原理，很多讀者都會(huì)脫口而出:四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)階段。汽油機(jī)吸入混合氣體，然后壓縮到上止點(diǎn)，火花塞跳火點(diǎn)燃混合氣體，燃燒工人推動(dòng)活塞到下止點(diǎn)，然后向上排出廢氣。柴油機(jī)的不同之處在于，它吸入純空氣體，在上止點(diǎn)將柴油噴入壓縮的熱空氣體中點(diǎn)燃做功。

但是我們有沒(méi)有想過(guò)為什么汽油發(fā)動(dòng)機(jī)需要火花塞？柴油機(jī)為什么不能?chē)娖?？為什么柴油機(jī)動(dòng)力更強(qiáng)，更省油，但舒適性卻差？好了，邊肖在這篇文章中通過(guò)對(duì)比解釋了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。

表面上看，兩種熱機(jī)在進(jìn)氣和燃油的點(diǎn)火方式上存在差異。雖然看起來(lái)都是在燒油，在發(fā)力，但是就是活塞在頂部的幾毫秒內(nèi)發(fā)生的事情，使得兩種發(fā)動(dòng)機(jī)有不同的特點(diǎn)。這就是邊肖經(jīng)常提到的奧托循環(huán)和狄塞爾循環(huán)的區(qū)別。

兩種循環(huán)工作狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的p-v圖，左側(cè)為奧托循環(huán)，右側(cè)為狄塞爾循環(huán)。

雙循環(huán)工序

讓我們從左邊的奧托循環(huán)開(kāi)始。如上圖所示，P代表氣缸內(nèi)的壓力，V代表氣缸的內(nèi)部容積。在A-B吸氣沖程中，活塞向下吸氣，燃料氣體的壓力幾乎不變。B-C絕熱壓縮沖程，活塞向上運(yùn)動(dòng)壓縮，增加氣體壓力。這時(shí)活塞確實(shí)對(duì)氣體做功，消耗了機(jī)械能，增加了氣體的內(nèi)能；C-D定容燃燒過(guò)程中，氣體突然燃燒，壓力驟增，此時(shí)此刻，體積沒(méi)有時(shí)間變化，所以可以視為定容變化，D-E絕熱做功沖程，氣體壓力增大后，它使絕熱膨脹推動(dòng)活塞向下做功，同時(shí)自身消耗的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，壓力逐漸降低；E-B定容排氣過(guò)程，在做功行程結(jié)束時(shí)，排氣閥打開(kāi)，氣體壓力突然下降，容積沒(méi)有時(shí)間變化；B-A排氣沖程，活塞因慣性繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)排出廢氣，此時(shí)壓力恒定。

而C-D-E是作功沖程作為柴油循環(huán)的恒壓燃燒。第一階段，C-D是一個(gè)等壓燃燒過(guò)程，柴油在燃燒，活塞在一定壓力下運(yùn)動(dòng)，不改變壓力但增加容積，燃料邊燃燒邊推動(dòng)活塞做功，D-E是一個(gè)絕熱做功沖程。其他階段同上。當(dāng)然，圖中的p-v曲線(xiàn)是一種理想狀態(tài)，實(shí)際工況有所不同。而高速柴油機(jī)作為乘用車(chē)，處于兩個(gè)循環(huán)之間，燃燒過(guò)程分為兩個(gè)階段，前半段為定容燃燒，后半段為定壓燃燒，滿(mǎn)足了高速的要求，遵循了經(jīng)典柴油機(jī)的特點(diǎn)。

你知道嗎？/你知道嗎？事實(shí)上，柴油比汽油更容易點(diǎn)燃。

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期共存的原因是汽油和柴油兩種燃料，所以有兩種內(nèi)燃機(jī)可以充分發(fā)揮不同燃料的特點(diǎn)。這看似無(wú)稽之談，但也驗(yàn)證了“存在即合理”這句話(huà)。

汽油和柴油都是由含碳和氫的碳?xì)浠衔锝M成的。汽油是由5-9個(gè)碳分子的碳?xì)浠衔锝M成，而組成柴油的碳?xì)浠衔锏奶荚訑?shù)是10-20。由于汽油分子比柴油小，汽油的揮發(fā)性更好，燃燒速度更快，但長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的柴油更容易被氧化，所以柴油的自燃點(diǎn)比汽油低。

比柴油更容易點(diǎn)燃？這似乎很難理解，但這是真的。我們把碳?xì)浠衔锉茸髌胀ǖ哪绢^，那么汽油就像一堆鋸末，可以在空氣體中被吹走，慢慢下落，而柴油就像一根牙簽，扔出去就會(huì)自由下落。用木屑火柴很難點(diǎn)燃，但是牙簽很容易點(diǎn)燃。但是往火里扔木屑瞬間變成火，牙簽至少能燒幾秒鐘。

這兩款發(fā)動(dòng)機(jī)并不是簡(jiǎn)單的壓燃和點(diǎn)火的區(qū)別，這只是一個(gè)開(kāi)始。

由于這些差異，兩種發(fā)動(dòng)機(jī)也有差異和特點(diǎn)。

汽油揮發(fā)比柴油快，所以汽油在吸氣沖程中可以以混合氣的狀態(tài)進(jìn)入氣缸，而柴油不容易揮發(fā)形成混合氣，所以只能在做功沖程開(kāi)始前直接噴入氣缸。

柴油的燃點(diǎn)比汽油低，所以柴油在高溫高壓的氣缸內(nèi)可以自燃；但是，如果汽油機(jī)采用壓燃法，它必須有較高的壓力，這樣才能在較高的溫度下點(diǎn)火。但由于汽油易揮發(fā)，揮發(fā)時(shí)會(huì)吸收大量熱量，增加了再次壓燃的難度，所以用火花塞點(diǎn)火是最合適的方式。

汽油比柴油燃燒更快，所以把汽油放在高溫高壓的環(huán)境中太猛，身體受不了這種火藥脾氣，所以需要降低氣缸的壓力，當(dāng)被火花點(diǎn)燃時(shí)，氣缸內(nèi)的火焰以“波”的形式蔓延燃燒，這樣也避免了爆燃的影響；但在高溫高壓空氣體中，柴油燃料在多處同時(shí)燃燒形成火焰，即靠爆燃做功，工作狀態(tài)相當(dāng)粗糙。但由于柴油燃燒緩慢，雖然燃燒開(kāi)始劇烈，但燃燒時(shí)間仍比汽油機(jī)長(zhǎng)。

離題:這個(gè)油門(mén)不是另一個(gè)油門(mén)。

汽油機(jī)通過(guò)油門(mén)踏板改變節(jié)氣門(mén)開(kāi)度來(lái)控制進(jìn)入氣缸的混合氣量，從而達(dá)到不同的動(dòng)力輸出；但柴油機(jī)的控制功率輸出完全取決于噴油量，這才是真正的油門(mén)。如果取消油門(mén)，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和燃燒會(huì)更加充分，這也是柴油機(jī)熱效率較高的原因之一。

和2021年的途銳（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）一樣。左柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速是6000 rpm，基本上是高不可攀的，而右汽油機(jī)的6000 rpm只是紅線(xiàn)的開(kāi)始。

汽油機(jī)和柴油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。

點(diǎn)燃后，汽油機(jī)中的混合氣瞬間燃燒并爆發(fā)出能量，因此單位時(shí)間內(nèi)可以多次重復(fù)循環(huán)，高速輸出大功率，這樣體積小重量輕就能有更高的性能和更快的響應(yīng)速度，較寬的速度范圍也能帶來(lái)更好的操控感受。但汽油機(jī)的壓縮比往往只有柴油機(jī)的一半，在做功沖程時(shí)缸內(nèi)溫度和壓力遠(yuǎn)低于柴油機(jī)，所以熱效率相對(duì)較低，俗稱(chēng)“油耗”。

燃油噴入柴油機(jī)后，需要一定的時(shí)間才能燃燒，因此適合在較低的轉(zhuǎn)速下充分燃燒燃油，帶來(lái)很大的扭矩。為了對(duì)抗氣缸內(nèi)的高壓和大扭矩，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸和活塞的連桿比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿更強(qiáng)，因此它們比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿更重。但正是因?yàn)楦邏嚎s比、低轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，使得柴油機(jī)能夠更好地將熱量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，所以柴油機(jī)具有更好的熱效率，也就是更好的油耗表現(xiàn)。這就是為什么汽車(chē)和賽車(chē)通常使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，而大型車(chē)輛，如公共汽車(chē)和卡車(chē)使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

為了適應(yīng)柴油機(jī)的工作條件，國(guó)內(nèi)乘用車(chē)柴油機(jī)的缸體全部采用重鑄鐵制造。

柴油機(jī)的現(xiàn)狀

隨著技術(shù)的發(fā)展，柴油機(jī)的平順性和體積都有了很大的提高，高強(qiáng)度鋁氣缸制造技術(shù)減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。廢氣后處理和顆粒物回收可有效減少?gòu)U氣污染；高壓共軌燃油噴射和較低的壓縮比可有效抑制噪音；平衡軸的應(yīng)用提高了乘坐舒適性；VGT變截面渦輪和中冷器提升了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，乘用車(chē)上也逐漸配備了許多優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，這讓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有了與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的資本，其低碳排放和出色的低速扭矩被許多SUV甚至轎車(chē)所接受。

在歐洲，柴油車(chē)在乘用車(chē)中的比例已經(jīng)達(dá)到了40%，而國(guó)產(chǎn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于SUV車(chē)型。最近國(guó)產(chǎn)自主品牌柴油車(chē)也上市了。但目前我國(guó)柴油質(zhì)量不夠好，導(dǎo)致我國(guó)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)重視不夠。主要問(wèn)題不是十六烷值高、硫含量高、多環(huán)芳烴超標(biāo)等。如果中國(guó)柴油的質(zhì)量能夠提高，相信在油價(jià)飆升、環(huán)境惡化的情況下，中國(guó)人會(huì)逐漸接受柴油車(chē)。

大眾奧迪共享的3.0T渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，重量與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)。與汽油機(jī)相比，動(dòng)力稍遜一籌，但扭矩更強(qiáng)勁。

至此，本文接近尾聲。但是看完第一篇文章，很多同學(xué)對(duì)以“Diesel”結(jié)尾的廣告圖片很感興趣，于是邊肖又放了一張?jiān)瓐D給大家看。

這三位老人就是二戰(zhàn)著名的三巨頭——丘吉爾、羅斯福和斯大林。