能量:物质运动的一种怀抱。
对应于物质的各类运动形式,能量也有各类形式,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。
我们汽车的策动机,正是将化石燃猜中蕴含的化学能转化成机械能,从而鞭策汽车行驶。
前文提到太多四冲程策动机,我们将其归为两类:奥托轮回特征的燃气机和汽油机,狄赛尔轮回特征的柴油机。
现代燃气策动机基础等同于汽油机,缸内直喷汽油机虽构造有变化,但做功机制仍属奥托轮回规模之内。
为了便利解读,下文都称之为汽油机和柴油机。
说到策动机的原理,太多读者会都脱口而出:四冲程策动机分为吸气、压缩、做功、排气四个阶段。
汽油机吸入夹杂气,然后压缩至上止点,火花塞跳火点燃夹杂气,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睬想?好吧,小编在此文顶用对比的方式,解读汽
汽油机和柴油机的工作原理。
表层上看,两种热机在进气和燃料的引燃方式有着区别,显然看起来都是烧油,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,让两种机械有着不同的特质。
这也就是小编经常提起的奥托轮回和狄赛尔轮回的差别。
两种轮回工作状况和对应的p-v图左侧为奥托轮回,右侧为狄赛尔轮回
两种轮回的工作方式
我们先说左侧的奥托轮回。
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留不变;B-C绝热压缩冲程,活塞向上运动压缩,负气体压强增添,这时活塞对气体做功,耗损了机械能,增添了气体的内能(温度升高);C-D等容燃烧过程,气体俄然燃烧,压强激增,在这刹时体积还来不及变化,所以可把它看作是等容变化,D-E绝热做功冲程,气体压强增添后作绝热膨胀鞭策活塞向下做功,同时耗损自身的内能改变为机械功,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,气体压强俄然降低而体积还来不及变化;B-A排气冲程,活塞因为惯性作用继续向上
运动,同时解除废气,这时压强不变。
而作为等压燃烧的狄赛尔轮回,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添,燃油一边鞭策活塞做功一边燃烧,D-E为绝热做功冲程。
其他阶段同上。
当然,图中p-v曲线是一种梦想状况,实际工况有一定的差别,而作为乘用车的高速柴油机介于两种轮回之间,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,知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来由,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扬特征的内燃机。
这看似废话,却也验证了那句“存在便是合理”。
汽油和柴油,都是由成分为碳和氢两种元素的烃类化合物构成的。
汽油是由5-9个碳分子的烃类构成,而构成柴油的烃类的碳原子数则有10-20个,因为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,但长链构造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,那么汽油就比如一堆木屑,可以被吹散在空气中慢慢飘落,而柴油则仿佛牙签,如何扔起来会都做自由落体运动;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,刹时就化成一团火,而牙签至少可以烧几秒。
两种策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别,两种策动机也有了区别和特征
·汽油比柴油挥发更快,所以汽油可以夹杂气状况在吸气行程进入气缸,而柴油不易挥发,不容易形成夹杂气,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;而汽油机若是采用压燃方式,就必必要有更高的压力,从而获得更高的温度才能点燃,但因为汽油容易挥发,挥发时又会接收大量的热,这就再次增添了压燃的难度,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性,所以要降低气缸的压力,而用火花点燃时,缸内火焰是以“波”的形式舒展燃烧,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(和汽油机的“爆震”相似)做功,工作状况比较粗暴,但因为柴油燃烧较慢,所以显然燃烧的开始很猛烈,但燃烧时间或是要长于汽油机的。
题外话:此油门非彼油门
汽油机经过油门踏板改变骨气门的开度,控制夹杂气进入汽缸的数目,以达到不同功率的输出;而柴油机控制功率输出全部依靠喷油的若干,是真正意义上的油门,取代了骨气门,策动机进气就更充沛,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,左侧柴油机最高为6000转,基础不能达到
而右侧汽油机,6000转仅仅是红线开始
汽油机和柴油机好坏剖析
汽油机内夹杂气体点燃后,刹时燃烧,并爆发出能量,所以可以在单位时间内可以多次反复该轮回,用高转速输出高功率,因而很小的体积,轻巧的体重,就能拥有较高机能和更快的响应速度,宽泛的转速区间也可以带来更好的操控感受。
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太多,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,而为了匹敌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征,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,也就是更好的油耗显现。
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。
为了顺应柴油机工况,目前国内乘用车柴油机的缸体还都采用厚重的铸铁制造
柴油机近况
跟着技术的发展,柴油机在平顺性和体积上都有很大改变,高强度的铝制缸体系体例造工艺,减轻了策动机的重量;废气后处置与颗粒物收受接管有效降低尾气污染;燃油高压共轨喷射以及较低压缩比(相对于传统柴油机)有效按捺噪声;均衡轴的应用晋升了平顺性;VGT可变截面涡轮和中冷器晋升了策动机功率,浩繁优良的设计逐渐装备于乘用车之上(点击进入:高效强劲环保乘用车柴油机技术浅析),让柴油机有了可以和汽油机竞争的资本,而其较低的碳排放以及出色的低速扭矩,被浩繁SUV甚至轿车所接管。
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车型傍边,就在比来,国产自立名牌柴油轿车也已经上市。
但目前国内的柴油品质还不敷好,导致柴油机在国内未被注重。
主要问题在于十六烷值不敷高(燃烧性欠好),硫含量过高(损害策动机零部件增添尾气污染),多环芬芳烃过多(也就是杂质过多,燃烧欠好会结焦积碳)等,假如中国柴油的品质可以晋升的话,相信在飞涨的油价和日益恶化的环境面前,国人也
会逐渐接管柴油车。