纵观内燃机历史,为何不见高转柴油机,而高转汽油机却很常见?

非专业但实际车评 2024-09-20 03:08:10

柴油机转速普遍不高,即便是勒芒赛车上的柴油机转速也仅仅是家用车型上汽油机的入门水平。汽油机转速普遍5000转以上,破万转、两万转的机型在赛场上或一些特殊载具上也很常见。

如上图所示卡车用的柴油机,断油转速2500转左右。实际上绝大多数卡车用柴油机断油转速在1500-2500转的范围。当然家用车型的柴油机转速要比这个数值更高,但显然不能与汽油机相比较。对于汽油机而言转速突破5000转仅仅是个门槛。

如上图所示大众的TDI柴油机,断油转速在5000转以内。与汽油机相比较差很多,下图随便一辆汽油机的转速都能轻松达到6500转以上。当然这还是如今涡轮增压技术普及所带来的结果。

换做曾经的自然吸气时代,转速突破7000转的汽油机比比皆是、很常见。过去4AT流行的年代车子跑高速公路,转速突破6000转真的是平常不过。但这些对于柴油机而言是不可逾越的鸿沟。

即便是上图这台勒芒赛车908HDI所搭载的柴油机断油转速仍然被限制在了5000转,这几乎已经是柴油机转速的极限。那么究竟是哪些因素限制了柴油机的转速?柴油机为何不能像汽油机转的那么快?

汽油的特性使得与空气的混合极为容易

汽油的特性是易点燃、燃烧剧烈、极易产生挥发。这种特性导致汽油在进气涡流的促进下可迅速完成与空气的均匀混合(当然指的是相对)。之后进行点火,火焰可迅速完成传播从而完成一个冲程乃至循环。

对于汽油机而言只要控制进气量即可,因为通过进气量可控制喷油量。因两者可以迅速完成混合、燃烧、传播,所以可以迅速完成整个燃烧的过程。从而迅速进入下一个冲程甚至是下一个循环。

汽油机的这种控制调节方式亦被称之为质调节,可简单理解为根据进气质量来调节发动机负荷的调节方式。特点就是通过汽油易点燃、易挥发、燃烧剧烈的特性来保证燃烧过程迅速完结,速效才是保证高转速的关键因素。

柴油粘稠的特性导致其与空气均匀混合如同白日做梦

柴油什么特性?柴油的沸点更高,根据不同油品沸点在180-390°C左右。而‬汽油‬的‬沸点‬门槛‬只有‬‬30°C,也就是说‬在‬燃烧室中‬的‬汽油‬很活跃‬、挥发‬状态‬极好‬,而‬柴油‬依然‬状态‬稳定‬。不‬容易‬挥发‬就‬必然‬导致‬与‬空气‬的‬混合‬极为‬困难‬。

不能瞬态完成与空气的混合,那么迅速完成燃烧就是一种奢望(相对汽油速度)。所以柴油机为啥要压燃?原因很简单,因为点不着、只能压燃。原理很简单如上图所示柴油机所喷射的柴油雾柱,外稀、内浓。

外层与空气完成混合形成稀薄混合气,或能点燃但火焰并不能向内部浓稠部份传播(空燃比太低点不着),当然外层也许根本就点不着,因为混合气太稀。所以柴油燃烧的方式是进气量持续最大化,不断完成与雾柱表层的混合进行燃烧。烧完一层再往内部逐层混合、逐层燃烧。

如此一来就拖慢了柴油燃烧的过程,汽油可迅速完成混合、迅速燃烧一步到位。而柴油在柴油机内并不能与空气完成均匀混合而只能从柴油雾柱的外部到内部逐层进行,可以简单理解为多批次燃烧。

所以柴油机燃烧过程慢、实现高转速就不现实了。因为转速越快留给油气与空气的混合时间越短,进气变差、混合效果就越差最终的结果就是造成大量燃油的浪费。汽油那么理想的挥发特性在高转速时依然要依靠可变气门技术来解决进气不足的问题。

那对于柴油而言一旦采用过高的转速等于将大量还未燃烧的柴油直接排出。所以柴油机均是采用量调节来改变负荷的,也就是根据喷油量来调整发动机负荷。至于进气量始终保持最大化,从不进行改变。相对而言柴油机运行时始终呈现进气不足的状态,当然这是由于柴油特性所导致的。

所以这就是柴油机转速普遍不高的原因。关键就在于其挥发性太差、燃烧又慢,这使得其燃烧过程不能迅速结束从而导致其它冲程不能迅速进行。最终导致单次循环速度被拖慢,单次循环变慢则导致在单位时间内完成更多次循环变成奢望。所以柴油机并不是不能把转速做得更高,只是如此一来只会浪费更多的燃油而毫无半点好处。所以一直以来柴油机的转速都是偏低的,因为这样很符合柴油自身以及燃烧的特性罢了。

0 阅读:239