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汽油機和柴油機的區別

時間:2015-10-12 10:21:25 點擊:

  [摘要]現在歐洲市場上,柴油發動機正在大行其道,越來越多的被運用在轎車上,許多剛剛開發出的全新車型,都有柴油發動機的版本,這說明柴油發動機以其獨特的優勢正逐步與汽油發動機在家用轎車領域平分秋色。它們能全面取代汽油發...

現在歐洲市場上,柴油發動機正在大行其道,越來越多的被運用在轎車上,許多剛剛開發出的全新車型,都有柴油發動機的版本,這說明柴油發動機以其獨特的優勢正逐步與汽油發動機在家用轎車領域平分秋色。它們能全面取代汽油發動機嗎?我們現在對汽油發動機和柴油發動機進行一下比較,讓我們真正了解柴油發動機和汽油發動機在性能上的區別。

汽油機和柴油機的區別

汽油機和柴油機的區別

 

汽油機

柴油機

構造不同

氣缸頂部有火花塞

氣缸頂部有噴油嘴

燃料不同

汽油

柴油

吸氣沖程

吸入的是汽油與空氣的混合物

只吸入空氣

壓縮沖程

氣體體積被壓縮為吸進體積 的1/6~1/9 機械能轉化為內能

氣體體積被壓縮為吸進體積的 1/6~1/22 機械能轉化為內能

點火方式

壓縮沖程末,火花塞產生電火 花點燃燃料,稱為點燃式

壓縮沖程末,噴油嘴向氣缸內噴進柴油遇溫度超過柴油燃點的空氣而 自動點燃,稱為壓燃式

做功沖程

高溫高壓氣體推動活塞做功,氣體內能減少,轉化為飛輪的機械能,
內能轉化為機械能

高溫高壓氣體推動活塞做功,氣體內能減少,推動活塞向下運動,并通過連桿曲軸推動飛輪旋轉
內能轉化為機械能

效率

效率低,20%~30%

效率高,30%~45%

應用

機體較輕,主要用于汽車、飛 機、摩托車等

機體較重,主要用于載重汽車、火 車、輪船等

1、動力方面,柴油發動機扭矩大的特點在重載、大負荷、爬坡時有著汽油發動機無法比擬的優勢;

2、功率方面, 由于柴油抗暴性好,新一代的柴油發動機大多都配備了渦輪增壓,更是許多汽油機無法比擬的;

3、環保方面,汽油發動機尾氣主要的組成部分是二氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、一氧化碳等,在這些污染物中,氮氧化物、碳氫化合物都對大氣造成了嚴重的污染,一氧化碳又是有毒氣體;而柴油發動機尾氣中含的氮氧化物、二氧化碳、碳顆粒等,相比之下,從污染物數量上講,柴油發動機排放的污染物要比汽油發動機少,而且避免了碳氫化合物和一氧化碳的排放,其排放的對人有害氣體要少很多。只要柴油發動機解決碳顆粒排放問題,它的排放可以全面優于汽油發動機;

4、維修保養方面,由于柴油發動機的構造比較簡單,沒有點火系統,比較起來有保養簡單、維修簡便的優點,柴油引擎的壽命可以是汽油引擎的三倍,所以它極度耐用的特點;

5、節油方面,柴油燃料蘊含的能量較高,較少的燃料即可產生較汽油更大的爆炸能量,而且因為引擎壓縮比較大,其效率越高,對燃料的消耗約節省,而且柴油引擎的轉速較低,噴油的次數也比汽油引擎要少;

6、噪音方面,柴油發動機運轉時噪聲大是明顯的缺點,相比之下,汽油發動機運轉時則要溫柔了許多,然而新一代柴油直噴發動機已經采用爆震傳感器來降低工作噪音 ;

在汽油發動機之間相比,柴油機具有燃油經濟性好、尾氣中氮氧化合物較低、低速大扭矩等特點,因其出色的環保特性而被歐系車推崇,而對于平順性、噪聲等缺點,在先進汽車工業下,已不是什么難題,當前柴油機性能和工況已經和汽油機相差無幾。

柴油機和汽油機的區別和優缺點

我們知道,無論是汽油發動機還是柴油發動機,它們 都屬于內燃機,都是燃燒燃料后通過推動氣缸內活塞 作往返運動來將燃料中的化學能量轉換成為驅動車輛 前進的機械能量,因此兩者的工作原理大體是相同的。

作為日常使用的燃料本身,柴油的能量密度最高, 比液化天然氣高出近1倍,比汽油高出10%以上。與 汽油相比,柴油不易揮發,著火點較高,不易因偶然 情況被點燃或發生爆炸。由于兩者揮發性和燃點的不同,導致使用這兩種燃料的 發動機有不同的點火方式。

汽油發動機的特點:體積小、重量輕、起動性好

汽油發動機中,油氣混合氣進入氣缸后,在壓縮接近終了時由火花塞點燃。因此,汽油發動機需要一套控制何時讓火花塞工作的點火系統,此系統必須精確控制火花塞放電的時刻和火花能量的大小,才能保證汽油機的工作正常,汽油機的燃料供給系和點火系是汽油機上發生故障比例較高的部位。此外,由于汽油的燃點較低,汽油機的壓縮比就不能太高,以免油氣自燃,因此其熱效率和經濟性較柴油機為差。

汽油機的優點在于其體積小、重量輕、價格便宜; 起動性好,最大功率時的轉速高;工作中振動及噪聲 小,因此,在載客汽車,特別是轎車中,汽油機得到了廣泛的應用,特別是在我們國家目前生產的絕大多 數轎車,都是采用汽油發動機作為自己的動力系統。

傳統柴油發動機的特點:熱效率和經濟性較好

柴油機采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度,使空氣溫度超過柴油的自燃燃點,這時再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒。因此,柴油發動機無需點火系。同時,柴油機的供油系統也相對簡單,因此柴油發動機的可靠性要比汽油發動機的好。

由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要,柴油機壓縮比很高。熱效率和經濟性都要好于汽油機,同 時在相同功率的情況下,柴油機的扭矩大,最大功率 時的轉速低,適合于載貨汽車的使用。

但柴油機由于工作壓力大,要求各有關零件具有 較高的結構強度和剛度,所以柴油機比較笨重,體積 較大;柴油機的噴油泵與噴嘴制造精度要求高,所以 成本較高;另外,柴油機工作粗暴,振動噪聲大;柴 油不易蒸發,冬季冷車時起動困難。

由于上述特點,以前柴油發動機一般用于大、中型載重貨車上。

小型高速柴油發動機的新發展:排放已經達到歐洲III號的標準

傳統上,柴油發動機由于比較笨重,升功率指標不如汽油機(轉速較低),噪聲、振動較高,炭煙與顆粒(PM)排放比較嚴重,所以一直以來很少受到轎車的青睞。但隨著近年來柴油機技術的進步,特別是小型 高速柴油發動機的新發展,一批先進的技術,例如電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等技術得以在小型柴 油發動機上應用,使原來柴油發動機存在的缺點得到 了較好的解決,而柴油機在節能與CO2排放方面的優 勢,則是包括汽油機在內的所有熱力發動機無法取代 的,因此,先進的小型高速柴油發動機,其排放已經 達到歐洲III號的標準,成為“綠色發動機”,目前已 經成為歐美許多新轎車的動力裝置,可以預見,我國 將出現越來越多的柴油轎車。

★解讀汽車發動機 汽油機VS柴油機

能量:物質運動的一種度量。對應于物質的各種運動形式,能量也有各種形式,彼此可以互相轉換,但總量不變。熱力學中的能量主要指熱能和由熱能轉換而成的機械能。我們汽車的發動機,正是將化石燃料中蘊含的化學能轉化成機械能,從而推動汽車行駛。

內燃機的誕生。我們將其歸為兩類:奧托循環特性的燃氣機和汽油機,狄賽爾循環特性的柴油機,F代燃氣發動機基本等同于汽油機,缸內直噴汽油機雖結構有變化,但做功機制仍屬奧托循環范圍之內。為了方便解讀,下文都稱之為汽油機和柴油機。

汽油機和柴油機的區別

說到發動機的原理,很多讀者都會脫口而出:四沖程發動機分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個階段。汽油機吸入混合氣,然后壓縮至上止點,火花塞跳火點燃混合氣,燃燒做工把活塞推至下止點,隨即向上排出廢氣;柴油機區別在于吸入純空氣,在上止點位置將柴油噴入被壓縮的熱空氣內點燃做功。

但我們是否曾經疑問過,汽油機為什么要有火花塞?柴油機為什么不能噴入汽油?為什么說柴油機更有力,更省油但平順性卻不理想?好吧,小編在此文中用對比的方式,解讀汽汽油機和柴油機的工作原理。

表面上看,兩種熱機在進氣和燃料的引燃方式有著區別,雖然看起來都是燒油,發力,但就是在活塞處于頂端,燃燒的一霎那,幾個毫秒之內發生的事兒,讓兩種機器有著不同的特質。這也就是小編經常提起的奧托循環和狄賽爾循環的差異。

汽油機和柴油機的區別 汽油機和柴油機的區別
兩種循環工作狀態和對應的p-v圖  左側為狄賽爾循環,右側為奧托循環

兩種循環的工作程序

我們先說左側的奧托循環。如上圖所示,p代表缸內壓力,v代表缸內容積,A-B吸氣沖程,活塞向下吸氣,此時燃氣的壓強幾乎保持不變;B-C絕熱壓縮沖程,活塞向上運動壓縮,使氣體壓強增加,這時活塞對氣體做功,消耗了機械能,增加了氣體的內能(溫度升高);C-D等容燃燒過程,氣體突然燃燒,壓強激增,在這瞬間體積還來不及變化,所以可把它看作是等容變化,D-E絕熱做功沖程,氣體壓強增加后作絕熱膨脹推動活塞向下做功,同時消耗本身的內能轉變為機械功,壓強逐漸減;E-B等容排氣過程,做功沖程終了時,排氣閥開放,氣體壓強突然降低而體積還來不及變化;B-A排氣沖程,活塞由于慣性作用繼續向上運動,同時排除廢氣,這時壓強不變。

而作為等壓燃燒的狄賽爾循環,C-D-E為做功沖程。第一階段C-D為等壓燃燒過程,柴油正在燃燒中,活塞在一定的壓強下移動壓強不變而容積增加,燃油一邊推動活塞做功一邊燃燒,D-E為絕熱做功沖程。其他階段同上。當然,圖中p-v曲線是一種理想狀態,實際工況有一定的差異,而作為乘用車的高速柴油機介于兩種循環之間,燃燒過程分兩個階段,前半程為等容燃燒,后半程為等壓燃燒,滿足高轉速同時也沿襲經典柴油機的特點。

你知道嗎?柴油其實比汽油更容易引燃

汽油機與柴油機長期共存的理由,就是是因為有汽油和柴油兩種燃料的存在,從而存在兩種能把不同燃料充分發揮特性的內燃機。這看似廢話,卻也驗證了那句“存在即是合理”。

汽油和柴油,都是由成分為碳和氫兩種元素的烴類化合物組成的。汽油是由5-9個碳分子的烴類組成,而組成柴油的烴類的碳原子數則有10-20個,由于汽油分子比柴油要小,所以汽油的揮發性更好,燃燒速度也更快,但長鏈結構的柴油更容易被氧化,所以柴油自燃點要低于汽油。

柴油比汽油更容易引燃?看起來很難以理解,但這是事實。我們把烴類比作很常見的木頭,那么汽油就好比一堆木屑,可以被吹散在空氣中慢慢飄落,而柴油則好像牙簽,怎樣扔起來都會做自由落體運動;木屑用火柴很難點燃,但牙簽很容易被點燃;但把木屑扔在火堆中,瞬間就化成一團火,而牙簽至少可以燒幾秒。

汽油機和柴油機的區別

兩種發動機不是簡單的壓燃與點燃的區別,這僅僅是開始

正是因為有了這些差異,兩種發動機也有了區別和特性

汽油比柴油揮發更快,所以汽油可以混合氣狀態在吸氣行程進入氣缸,而柴油不易揮發,不容易形成混合氣,所以只能在做功行程開始前直接噴入缸內。   

柴油的自燃點比汽油更低,所以柴油可以在高溫高壓的汽缸中自燃;而汽油機如果采用壓燃方式,就必須要有更高的壓力,從而得到更高的溫度才能點燃,但因為汽油容易揮發,揮發時又會吸收大量的熱,這就再次增加了壓燃的難度,所以用火花塞點燃是最適合的方式。

汽油比柴油燃燒的更快,所以把汽油放在高溫高壓的環境下太威猛,機體受不了這種火藥脾氣,所以要降低氣缸的壓力,而用火花點燃時,缸內火焰是以“波”的形式蔓延燃燒,這也就避免了爆燃形成的沖擊;而柴油在高溫高壓空氣中,多處同時燃燒形成火焰,也就是以爆燃的方式(和汽油機的“爆震”相似)做功,工作狀態比較粗暴,但因為柴油燃燒較慢,所以雖然燃燒的開始很劇烈,但燃燒時間還是要長于汽油機的。

題外話:此油門非彼油門

汽油機通過油門踏板改變節氣門的開度,控制混合氣進入汽缸的數量,以達到不同功率的輸出;而柴油機控制功率輸出完全依靠噴油的多少,是真正意義上的油門,取消了節氣門,發動機進氣就更充足,燃燒也就更充分,這也是柴油機熱效率較高的原因之一。

汽油機和柴油機的區別
同為2011款途銳,右側柴油機最高為6000轉,基本不可達到。而左側汽油機,6000轉僅僅是紅線開始

汽油機和柴油機優劣分析

汽油機內混合氣體點燃后,瞬間燃燒,并爆發出能量,所以可以在單位時間內可以多次重復該循環,用高轉速輸出高功率,因而很小的體積,輕盈的體重,就能擁有較高性能和更快的響應速度,寬泛的轉速區間也能夠帶來更好的操控感覺。但汽油機的壓縮比往往只有柴油機的一半,做功行程時缸內溫度和壓力比柴油機低很多,所以熱效率比較低,也就是俗稱的“費油”。 

柴油機噴入燃料后,燃燒需要一定的時間,所以適合較低轉速下讓燃油充分燃燒以帶來大扭矩,而為了對抗氣缸內高壓和大扭矩,柴油機的汽缸和活塞的連桿等零件都要比汽油機強壯,所以較汽油機更笨重。但也正是柴油機因為高壓縮比低轉速的特性,能把熱量更好的轉化成動能,所以柴油機有著更好的熱效率,也就是更好的油耗表現。這就是通常轎車和賽車使用汽油機,而公交車、卡車等大型車輛使用柴油機的原因。

汽油機和柴油機的區別
為了適應柴油機工況,目前國內乘用車柴油機的缸體還都采用厚重的鑄鐵制造

柴油機現狀

隨著技術的發展,柴油機在平順性和體積上都有很大改善,高強度的鋁制缸體制造工藝,減輕了發動機的重量;廢氣后處理與顆粒物回收有效降低尾氣污染;燃油高壓共軌噴射以及較低壓縮比(相對于傳統柴油機)有效抑制噪聲;平衡軸的應用提升了平順性;VGT可變截面渦輪和中冷器提升了發動機功率,眾多優良的設計逐漸裝備于乘用車之上(點擊進入:高效強勁環保 乘用車柴油機技術淺析),讓柴油機有了可以和汽油機競爭的資本,而其較低的碳排放以及出色的低速扭矩,被眾多SUV甚至轎車所接受。

在歐洲,柴油車在乘用車中的比重已經達到40%,而國內柴油機主要搭配在SUV車型當中,就在最近,國產自主品牌柴油轎車也已經上市。但目前國內的柴油品質還不夠好,導致柴油機在國內未被重視。主要問題在于十六烷值不夠高(燃燒性不好),硫含量過高(損害發動機零部件增加尾氣污染),多環芳香烴過多(也就是雜質過多,燃燒不好會結焦積碳)等,假如中國柴油的品質可以提升的話,相信在飛漲的油價和日益惡化的環境面前,國人也會逐漸接受柴油車。

大眾奧迪公用的3.0T渦輪增壓柴油發動機,體重和汽油機相差無幾功率與汽油機相比略遜一籌,但扭矩更為強大。

作者:榆林便民網 來源:榆林便民網
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