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为什么柴油可以压燃,汽油就不行?汽油机缸内直喷和柴油机燃油喷射有何区别?

2018-12-13 06:51 来源: 老侯解车

大家都知道,汽油机和柴油机的主要区别就是燃料的点燃方式不同,汽油机是用火花塞点燃的,而柴油机是压燃的。二者相比较而言,柴油机压缩比更大,热效率更高,油耗也更低,经济性和动力性都优于汽油机,但是在噪音、振动及排放方面不如汽油机。有些人就很纳闷,为什么柴油机压缩就可以点火,而汽油机却必须要用火花塞来点火?汽油机也用压缩点火不行吗?下面我们就来分析一下这个问题。

为什么柴油可以压燃,汽油就不行?汽油机缸内直喷和柴油机燃油喷射有何区别?

其实汽油机和柴油机燃料点燃方式不同的根本原因在于汽油和柴油在化学性质上的差别。汽油的主要成分是主要成分为C5~C12脂肪烃和环烷烃类,以及一定量芳香烃(一般用辛烷值来表示),密度为0.725g/ml,它的馏程较低,一般只有30℃至220℃,所以它很容易蒸发汽化;而柴油的主要成分是是含9到18个碳原子的链烷、环烷或芳烃(一般用十六烷值来表示),柴油的密度是0.83~0.855g/ml(柴油标号越高密度越低),同时柴油的馏程较高,约为180~370℃,所以柴油的粘度更高,不容易汽化。与汽油相比,柴油含有更多更长的碳原子链,有更高的能量密度,每升柴油含有的能量是同体积的汽油含有能量的1.2倍,再加上柴油机的热效率更高,所以柴油机比汽油机的油耗要低很多。

为什么柴油可以压燃,汽油就不行?汽油机缸内直喷和柴油机燃油喷射有何区别?

在大家的印象中,汽油更容易燃烧,所以汽油的自燃点低。事实上恰恰相反,汽油的自燃点是427℃,而柴油的自燃点是220℃,柴油的自燃点更低。这也是柴油机可以使用压燃式的重要理论依据之一。但是汽油的闪点比较低,很容易被点燃;而柴油的闪点相对较高,不容易被点燃。

为什么柴油可以压燃,汽油就不行?汽油机缸内直喷和柴油机燃油喷射有何区别?

由于汽油粘度低,馏程低,更容易蒸发汽化,所以由汽油和空气混合而成的可燃混合气是非常均匀的,汽油基本是以分子状态被空气包围,燃烧速度是非常快的,并且汽油和空气可以实现理论上的最佳配比,达到汽油和空气同时消耗完毕的效果,实现更好的尾气排放;而柴油粘度高,馏程高,不容易蒸发汽化,所以由柴油和空气混合而成的可燃混合气是不均匀的,柴油是以一个个小油滴的状态被空气包围,所以它的燃烧速度是比较缓慢的,并且为了保证每一个油滴都能充分燃烧,就必须向气缸中充入更多的空气,所以柴油机的空燃比是比较高的,甚至可以达到20:1以上。

为什么柴油可以压燃,汽油就不行?汽油机缸内直喷和柴油机燃油喷射有何区别?

接下来我们来看看汽油和柴油在发动机中的燃烧情况。由于柴油机压缩比较高,一般在16:1~22:1之间,最高可以做到26:1。当柴油发动机处于压缩上止点时,缸内温度可以达到500~800℃。由于柴油的自燃点是220℃,所以此时向气缸中喷入柴油,在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧,在燃烧过程中会形成多个火焰中心,在一种类似于等压的环境中燃烧;而汽油机压缩比低,一般在8:1~11:1之间,当汽油发动机处于压缩上止点时,缸内温度只有300~400℃,但是汽油的自燃点是427℃,所以此时由汽油与空气组合而成的可燃混合气也不会燃烧,必须使用火花塞点火来引燃它,在燃烧过程中只有一个火焰中心,在一种类似于等容的环境中燃烧。因此说汽油机无法实现压燃的一个主要原因是汽油机在压缩终了时无法达到汽油的自燃温度。

那么我们为什么不能把汽油机的压缩比也做的更大一些呢?让汽油机在压缩终了时气缸内的温度也提高到汽油的自燃点以上,这样汽油机不就也可以实现压燃了吗?而且压缩比越高,发动机的热效率就越高,这样是不是还可以提高发动机的热效率呢?答案也是不可以,主要原因是汽油的燃烧速度很快,燃烧过程不可控,很难把发动机做得平顺、柔和。如果压缩比过大,汽油和空气的混合气被压缩的过于猛烈,在燃烧过程中就会出现爆燃。这是一种对发动机害处极大的燃烧状态。所以,发动机的压缩比要与燃料的性质相匹配,汽油机的压缩比相对较低,主要目的就是为了避免爆燃。

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