柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理和優(yōu)劣勢(shì)
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上有很大的區(qū)別，柴油機(jī)沒(méi)有火花塞，它吸入并壓縮空氣，然后將燃油直接噴入燃燒腔(直噴式)。其實(shí)是壓縮空氣產(chǎn)生的熱量點(diǎn)燃了柴油機(jī)的燃油。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)區(qū)別
柴油機(jī)的噴油器是其最為復(fù)雜精密的部件，到目前為止還是從本質(zhì)上提高柴油機(jī)效率的關(guān)鍵部件。因?yàn)榫唧w到每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，其噴油器的位置都可能各不相同。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油器
噴油器應(yīng)當(dāng)能夠承受氣缸內(nèi)部的溫度和壓力，同時(shí)使噴出的燃油呈細(xì)密的霧狀。霧化的效果也取決于柴油機(jī)的噴油嘴。使氣缸內(nèi)部循環(huán)的油霧能夠均勻分布也是一個(gè)問(wèn)題，因此一些柴油機(jī)采用特殊的感應(yīng)閥、預(yù)燃燒腔或其他裝置，以使氣流在燃燒腔內(nèi)呈旋渦狀，或者改進(jìn)點(diǎn)火和燃燒過(guò)程。
柴油機(jī)還比汽油機(jī)擁有更高的壓縮比，之前的汽油機(jī)采用進(jìn)氣道噴射，而不采用直噴。因此在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，全部燃油在進(jìn)氣沖程期間被注入到氣缸中，然后被壓縮。燃油與空氣的混合物的壓縮限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，因?yàn)槿绻^(guò)度壓縮空氣，燃油與空氣的混合物將自行點(diǎn)燃并導(dǎo)致爆震。
缸內(nèi)直噴的汽油機(jī)技術(shù)源于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
如今缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越普遍，這也是根據(jù)柴油機(jī)的直噴設(shè)計(jì)而來(lái)，但是對(duì)于相同排量發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，缸內(nèi)直噴的汽油機(jī)的動(dòng)力性不占優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠桶l(fā)動(dòng)機(jī)本身特點(diǎn)制約了壓縮比，所以無(wú)論如何汽油機(jī)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的低轉(zhuǎn)速大扭矩的特點(diǎn)。而且汽油直噴沒(méi)有油壓傳感器，油壓不能閉環(huán)反饋也就無(wú)法達(dá)到進(jìn)一步控制燃燒的效果。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓縮比
而柴油機(jī)這方面具有先天的優(yōu)勢(shì)，柴油機(jī)直接壓縮空氣，因此壓縮比可比汽油機(jī)高出許多。汽油機(jī)的壓縮比為8:1至12:1，而柴油機(jī)的壓縮比為14:1，甚至能達(dá)到25:1。由于柴油機(jī)具有更高的壓縮比，因此效率也更高也不是一般的省油，由于柴油的能量熱效率比汽油車(chē)高出15%，所以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)平均省油30%。
從柴油和汽油的角度來(lái)說(shuō)，由于柴油較重，所以蒸發(fā)很慢。比起汽油來(lái)，它含有更多更長(zhǎng)的碳原子鏈。生產(chǎn)柴油時(shí)的精煉過(guò)程較少，所以柴油比汽油便宜。柴油比汽油有更高的能量密度。這一優(yōu)勢(shì)結(jié)合柴油機(jī)更高的效率，說(shuō)明了柴油機(jī)比汽油機(jī)里程費(fèi)用低的原因。
雖然柴油機(jī)具有壓縮比高，馬力大，燃燒充分，省油特點(diǎn)，但是它的制造成本也要比一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)高。柴油機(jī)暴躁的燃燒性質(zhì)和沒(méi)有節(jié)氣門(mén)導(dǎo)致了它的動(dòng)力更直接，相應(yīng)的平順性沒(méi)有汽油機(jī)好(這不是絕對(duì)的)。柴油機(jī)粗獷的秉性需要更為強(qiáng)壯的氣缸活塞的連桿等零件對(duì)抗氣缸內(nèi)高壓和大扭矩，而且噴油嘴上霧化器更為精密，傳感器也大有文章。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放污染物
從能源的利用角度來(lái)說(shuō)，柴油機(jī)能夠高效于汽油機(jī)一倍以上，這是一個(gè)順應(yīng)能源發(fā)展的趨勢(shì)方向。 柴油引擎的省油效率較佳、因此可以減少二氧化碳排放，而且柴油引擎在中低轉(zhuǎn)速即可提供高扭力的特性，對(duì)于日常的行車(chē)能提供較佳的實(shí)用性。但相反的它也具有污染較高的問(wèn)題——長(zhǎng)碳鏈有機(jī)化合物燃燒后易產(chǎn)生主要以碳粒為主的懸浮微粒(SS)與超細(xì)懸浮微粒(PM2.5)，再加上高溫高壓下亦產(chǎn)生的氮氧化物(NOx，是光煙霧的主要造成原因)。不過(guò)柴油比汽油安定常溫不易燃燒的優(yōu)點(diǎn)，讓柴油引擎也被使用于二戰(zhàn)的潛水艇。使用高品質(zhì)(超低硫)的柴油與較新的引擎及污染控制科技可以降低許多污染，隨著科技的發(fā)展，柴油機(jī)的顆粒物污染已經(jīng)被很好的控制，并符合歐美國(guó)家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
題外篇，壓燃只能是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)么？
答案當(dāng)然是NO，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)這一種不倫不類(lèi)的產(chǎn)物真的很奇怪，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)使用汽油燃料，但是則使用壓燃的方式點(diǎn)火，通過(guò)活塞壓縮混合氣使之溫度升高至一定程度時(shí)自行燃燒。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)與HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)
HCCI是一種以往復(fù)式汽油機(jī)為基礎(chǔ)的一種新型燃燒模式，現(xiàn)在的限制而言，HCCI汽油發(fā)動(dòng)機(jī)還不能實(shí)現(xiàn)完全的壓燃稀燃模式進(jìn)行，它只在中低轉(zhuǎn)速的時(shí)候介入工作，提高效率，降低油耗。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)目前國(guó)外的發(fā)展
柴油機(jī)在歐洲的發(fā)展日趨成熟，各種新的技術(shù)被用在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上，而汽油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展到今天真的已經(jīng)江郎才盡，我們左一個(gè)渦輪右一個(gè)直噴，再加上各種精工減少摩擦減輕重量，把各種柴油機(jī)上的招數(shù)搬過(guò)來(lái)，還是無(wú)法達(dá)到柴油機(jī)輕易就能達(dá)到的效果。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)未來(lái)在中國(guó)的發(fā)展
在歐洲，柴油車(chē)在乘用車(chē)中的比重已經(jīng)達(dá)到40%，而國(guó)內(nèi)柴油機(jī)主要搭配在SUV車(chē)型當(dāng)中。從目前的勢(shì)頭來(lái)看，豪華SUV的競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)激烈，早期只有路虎發(fā)現(xiàn)(3.0 SDV6 HSE 柴油版)奧迪Q7(35 TDI quattro )等個(gè)別車(chē)型品牌有柴油型號(hào)售賣(mài)，如今寶馬(X5 xDrive30d)和奔馳(ML350 4MATIC柴油版)都紛紛來(lái)?yè)屨枷葯C(jī)，而最近Jeep大切諾基柴油版又即將推出，可能成為豪華SUV市場(chǎng)價(jià)格最便宜的柴油車(chē)。
如此看來(lái)，柴油車(chē)市場(chǎng)大有價(jià)格戰(zhàn)的趨勢(shì)，當(dāng)然現(xiàn)在還不是時(shí)候。接納和了解柴油車(chē)以及柴油油品的提升都需要時(shí)間，但是市場(chǎng)總是留給有準(zhǔn)備的人，在各大車(chē)企看來(lái)中國(guó)車(chē)民擁有更多的購(gòu)買(mǎi)潛力，這些未被開(kāi)闊的細(xì)分市場(chǎng)，實(shí)際上又是非常有實(shí)力的車(chē)型，必然有信心迎接更多的買(mǎi)家。
如今國(guó)內(nèi)面臨能源的壓力越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)對(duì)污染治理的呼聲也非常強(qiáng)烈，這乘用柴油車(chē)的一個(gè)契機(jī)。前不久中國(guó)能源部門(mén)公布的數(shù)據(jù)是，中國(guó)前原油的對(duì)外依存度已經(jīng)超過(guò)55%，有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2020年，這個(gè)數(shù)字將突破60%，這對(duì)國(guó)家的能源安全是個(gè)很大的威脅；而從環(huán)境角度看，中國(guó)近年來(lái)越來(lái)越面臨來(lái)自國(guó)內(nèi)外的減排的壓力。
在最初很多國(guó)家不大力發(fā)展柴油車(chē)的原因之一是它所制造的可吸入顆粒物(PM2.5)，以及氮氧化物(NOx)，在這一點(diǎn)上我們和日本以及美國(guó)類(lèi)似，汽車(chē)排放法規(guī)主要是一直是控制有害物質(zhì)排放為優(yōu)先。而如今日本和美國(guó)已經(jīng)放開(kāi)了柴油車(chē)市場(chǎng)，因?yàn)檫@些車(chē)的排量已經(jīng)能夠達(dá)到政府的法規(guī)要求。
有很多人對(duì)輕型柴油車(chē)所產(chǎn)生的可吸入顆粒物(PM2.5)大做文章，認(rèn)為就這點(diǎn)而言乘用柴油車(chē)市場(chǎng)就不應(yīng)過(guò)多放開(kāi)。我個(gè)人認(rèn)為這一點(diǎn)應(yīng)該分開(kāi)看待，柴油車(chē)所產(chǎn)生的可吸入顆粒物主要和柴油中硫的含量有關(guān)，然后再使用先進(jìn)的減排技術(shù)可以將可吸入顆粒物的過(guò)濾控制在95%以上。而對(duì)于油品，柴油的提煉只能比汽油更簡(jiǎn)單，我們沒(méi)有理由生產(chǎn)不出來(lái)清潔的柴油，至于真正為何如此本文不做深究，重要的是國(guó)家已出臺(tái)政策2018年全面供應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)清潔柴油，這將鼓舞乘用柴油車(chē)市場(chǎng)的增長(zhǎng)。
在新能源技術(shù)還不能快速普及之前，運(yùn)用新科技節(jié)能減排的汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)還會(huì)在我們的汽車(chē)世界里一直活躍著，汽車(chē)工程師們總是眷戀機(jī)械的結(jié)構(gòu)，而不是電子控制一成不變以及參雜了快速消費(fèi)的理念，機(jī)械讓工程師們感受到機(jī)械的生命和活力，這帶給他們喜悅。我想，他們也不會(huì)舍得讓風(fēng)靡了百年的燃油車(chē)瞬間消亡。柴油車(chē)擁有更高的熱效率當(dāng)然應(yīng)當(dāng)發(fā)揮更大的作用。
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