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知识普及 汽油机与柴油机工作原理解读

来源:采集侠  发表时间:2018-02-22 20:57  点击次数:


能量:物质运动的一种度量。对应于物质的各种运动形式,能量也有各种形式,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。我们汽车的发动机,正是将化石燃料中蕴含的化学能转化成机械能,从而推动汽车行驶。

知识普及 汽油机与柴油机工作原理解读

前文提到很多四冲程发动机,我们将其归为两类:奥托循环特性的燃气机和汽油机,狄赛尔循环特性的柴油机。现代燃气发动机基本等同于汽油机,缸内直喷汽油机虽结构有变化,但做功机制仍属奥托循环范围之内。为了方便解读,下文都称之为汽油机和柴油机。

说到发动机的原理,很多读者都会脱口而出:四冲程发动机分为吸气、压缩、做功、排气四个阶段。汽油机吸入混合气,然后压缩至上止点,火花塞跳火点燃混合气,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理想?好吧,小编在此文中用对比的方式,解读汽汽油机和柴油机的工作原理。

表面上看,两种热机在进气和燃料的引燃方式有着区别,虽然看起来都是烧油,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,让两种机器有着不同的特质。这也就是小编经常提起的奥托循环和狄赛尔循环的差异。

知识普及 汽油机与柴油机工作原理解读

知识普及 汽油机与柴油机工作原理解读

两种循环工作状态和对应的p-v图 左侧为奥托循环,右侧为狄赛尔循环

两种循环的工作程序

我们先说左侧的奥托循环。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持不变;B-C绝热压缩冲程,活塞向上运动压缩,使气体压强增加,这时活塞对气体做功,消耗了机械能,增加了气体的内能(温度升高);C-D等容燃烧过程,气体突然燃烧,压强激增,在这瞬间体积还来不及变化,所以可把它看作是等容变化,D-E绝热做功冲程,气体压强增加后作绝热膨胀推动活塞向下做功,同时消耗本身的内能转变为机械功,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,气体压强突然降低而体积还来不及变化;B-A排气冲程,活塞由于惯性作用继续向上运动,同时排除废气,这时压强不变。

而作为等压燃烧的狄赛尔循环,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加,燃油一边推动活塞做功一边燃烧,D-E为绝热做功冲程。其他阶段同上。当然,图中p-v曲线是一种理想状态,实际工况有一定的差异,而作为乘用车的高速柴油机介于两种循环之间,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,满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理由,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挥特性的内燃机。这看似废话,却也验证了那句“存在即是合理”。

汽油和柴油,都是由成分为碳和氢两种元素的烃类化合物组成的。汽油是由5-9个碳分子的烃类组成,而组成柴油的烃类的碳原子数则有10-20个,由于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,但长链结构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,那么汽油就好比一堆木屑,可以被吹散在空气中慢慢飘落,而柴油则好像牙签,怎样扔起来都会做自由落体运动;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,瞬间就化成一团火,而牙签至少可以烧几秒。

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