车用发动机孪生姐妹

车用发动机孪生姐妹第一页，共23页。汽油机与柴油机第二页，共23页。第三页，共23页。汽油机：以汽油为燃料的发动机柴油机：以柴油为燃料的发动机

第四页，共23页。都属于内燃机：即燃料均是在发动机内部（气缸内）燃烧。在外部，我们看不到燃料的燃烧过程。

与此相对应的是外燃机。火车头上的蒸汽机是典型的外燃机。你可以看到工人正在向蒸汽机内送燃料-煤。第五页，共23页。都属于活塞式内燃机。内燃机分类：活塞式内燃机喷气式发动机旋转叶轮式的燃气轮机第六页，共23页。都是由吸气、压缩、做功、排气四过程组成，通过燃料的燃烧将热能转变为曲轴旋转而输出动力。四冲程需要曲轴转2圈完成这四个过程

二冲程需要曲轴转1圈完成这四个过程第七页，共23页。都是由配气机构、曲柄连杆机构和燃料供给系统、进排气系统、润滑系统、冷却系统和起动系统组成。第八页，共23页。燃料不同（这可不是废话）从汽油机和柴油机的名称，就可以看出柴油机的燃料是柴油，而汽油机的燃料是汽油。而对于天然气发动机，无论是压缩天然气（CNG）还是液化天然气(LNG)，其工作原理更雷同于汽油机。燃料的不同，是引起汽油机和柴油机不同的根本原因。注意不是之一原因，而是唯一原因。既然这样，那么我们通过下表了解一下汽油与柴油的特性：汽油柴油挥发性非常好困难与空气混合容易且均匀难粘度(mm2/s)0.55~0.853.9~5.7燃点（℃）427220第九页，共23页。燃料的点燃方式不同汽油机靠点火塞将汽油点燃；柴油机靠高压使柴油自燃。从自燃点可以看出，在常规大气压下，柴油的自燃点为220°C，这样的温度完全可以靠提高气缸内的压力而获得，从而使柴油自燃。理论根据：对于一定质量的气体，当通过额外压力对气体做功，来压缩气体使之体积减小，此时气体分子之间的间距减小，分子之间的相互作用力增大，其内能随之增大。宏观表现为气体的温度增加。疑惑：根据理想气体的状态方程:T=kPV，当压力P增加，体积V随之减小；PV的乘积不一定增加呀。也就是说T不一定增加呀。或者说，压缩气体，气体温度不一定增加呀。这与上面的理论根据完全不同。理论错误？怎么回事？第十页，共23页。燃料的点燃方式不同通过计算和实践得知，当将气体压缩到常规体积的1/16时，柴油即可达到它的自燃点，如220°C。因此，柴油机的压缩比一般确定在16:1左右。根据柴油的种类、品质、进气温度和压力、气缸的散热情况、气缸与活塞的间隙、零部件的强度等等情况，柴油机的压缩比一般处于12:1~26:1之间。压缩比不能太低，太低，缸内空气温度达不到柴油的自燃温度，柴油就无法自燃。压缩比也不能太大，太大，发动机零部件无法忍受如此大的冲击，影响零部件的寿命和发动机的可靠性，还会对机械效率和排放产生不利影响！问题：我们习惯认为汽油比柴油容易着火。我们通常在汽油加油站，要特别注意既不能打手机，也要注意消除自身的静电，更不能抽烟？Why？第十一页，共23页。燃料的点燃方式不同我们从表中可以看出，汽油的自燃点为427°C,要比柴油的自燃点220°C高出很多。那么，我们能不能像柴油机那样，增加气缸内的压力，而让汽油自燃呢？从道理上讲，是可以实现的。如果我们用提高压缩比的办法来使汽油自燃，那么，发动机的压缩比一定要远远大于柴油机的压缩比才能使缸内的汽油与空气的混合气温度达到427°C以上。此时，为了抵抗高压缩比对活塞、连杆、气缸、气缸盖等的巨大冲击，这些零部件一方面必须采用非常高强度、耐高温热的昂贵材料，另一方面还要增加这些零部件的质量。这样大幅增加了发动机的体积和质量，比现在的柴油机还要笨重，得不偿失。从另一角度来看，由于汽油的挥发性好，粘度小，容易与空气混合的非常充分，当汽油与空气的混合气在达到自燃点后，会引起缸内多点同时着火，瞬间（1500~2000m/s）点燃缸内气体，产生非常严重的爆燃，甚至会发生可怕的剧烈爆炸，致使缸内温度剧升，许多燃料来不及完全燃烧，产生黑烟。剧烈冲击会引起发动机零部件的寿命降低，燃料的不完全燃烧降低了发动机的输出功率，也污染了空气，达不到排放要求。既然我们用尽洪荒之力也难使汽油平顺自燃，那么我们不如利用“打火机”强制将汽油点燃。这个“打火机”就是汽油机上的火花塞。所以在汽油机中，汽油是被火花塞点燃的。第十二页，共23页。压缩比范围不同为了使气缸内的空气达到自燃点，所以需要很大的压缩比。柴油机的压缩比一为12:1~26:1.由于汽油的自燃点较高，很难通过压缩缸内燃气达到自燃点。所以，汽油机采用点燃的方式。因此，其压缩比不必做的很高，一般为6:1~13:1.压缩比=活塞在下止点时气缸内的容积÷活塞在上止点时气缸内的容积。第十三页，共23页。热力学循环过程不同因汽油更容易燃烧，且燃烧过程不易控制，燃烧时活塞位置基本上没有变化（相对），可归属于等容燃烧，所以热力学循环过程更接近于奥托循环；因柴油机是通过有控制的喷射柴油进入气缸，所以其燃烧过程更容易得到控制（等压燃烧），所以更接近于狄塞尔循环。你知道吗？柴油机的英文命名为DIESEL（狄塞尔），德国工程师狄塞尔发明了柴油机。狄塞尔循环奥托循环第十四页，共23页。最大转速不同由于：汽油的燃烧速率比柴油快；汽油机运动零部件较轻；汽油机冲程较短，活塞连杆的惯性较小；汽油机混合气在进入气缸前就提前混合，而柴油机是在气缸内喷射后混合；汽油机最大转速>柴油机最大转速一般汽油机最高转速：5000~8000rpm一般柴油机最大转速：2000~4000rpm惊讶！F1赛车发动机最高转速甚至达到19000rpm！第十五页，共23页。热效率不同由于汽油非常容易燃烧，燃烧速率很快，会造成少量的汽油来不及完全燃烧。又由于燃烧持续时间短，产生气缸内的温度较低，缸内高压持续时间短。最高压力低也是由于压缩比低引起的。汽油机的热效率一般为26%~40%;对于柴油机，由于压缩比大，在喷入柴油前，缸内压力已经很高，柴油自燃后，缸内气压将更高，而且高压持续的时间长，从而能使柴油的内能得到较充分地释放。柴油机的热效率一般为34%~45%。第十六页，共23页。燃油喷射系统不同由于柴油极其不容易挥发，不容易与空气均匀混合，所以在柴油机中，为了使柴油雾化，需要将柴油加压到非常高的压力，然后才喷入气缸。所以柴油机燃油系统的主要任务就是将低压柴油加压到足够高压，以便使液体的柴油变成雾化的气体，并与空气充分混合。柴油的最高喷射压力一般为100MPa~220MPa单体泵、高压共轨和泵喷嘴的喷射压力可达220MPa,明显大于直列泵的喷射压力（100MPa）第十七页，共23页。燃油喷射系统不同汽油机燃油喷射系统是将一定压力的汽油喷入发动机进气岐管内,在气缸外与空气混合。因为汽油极易挥发，极易形成汽油气体，所以没必要再通过高压将汽油气化。另外，在汽油机中，汽油是在进气道中与空气混合的，混合持续时间接近360°，汽油有足够的时间与空气充分混合。况且，由于汽油的运动粘度很小（0.55~0.85），高压的汽油容易从零部件之间的间隙泄露。过高的汽油喷射压力要求提高零部件运动副的制造精度，从而大大增加零部件的制造成本。因此，汽油喷射的压力与柴油机不在一个数量级上，一般为0.25~0.55MPa。对于直喷汽油机（将汽油直接喷射到气缸的燃烧室内）的汽油喷射压力，一般不超过6MPa.第十八页，共23页。发动机外特性曲线不同在汽油机外特性曲线中，功率（马力）在较低转速下数值很小，但随转速增加而快速增长。当转速增加到较高转速后，功率增长速度变缓，直至最大值后就会调头下降，尽管此时的转速仍会继续增长。也就是说，最高转速点不是最高功率点。汽油机扭矩在较低转速下就能获得最大值，然后随着转速的上升而快速下降。比油耗随转速的增长而呈现一个凹形曲线，在中间某一转速下达到最小值，转速增大或者减少，都会使比油耗明显增大。

第十九页，共23页。发动机外特性曲线不同在柴油机外特性曲线中，功率是随转速上升而平稳上升，转速越高，功率就越大。当到了最大转速（标定转速），就到了发动机额定功率。也就是说，最高转速点就是最大功率点。柴油机的扭矩随转速的变化平缓，在不同转速下的变化量没有汽油机大。柴油机的比油耗不但起点数值较低，而且随转速的变化也相对平坦。

第二十页，共23页。体积和质量不同由于柴油机的高压缩比，产生很大的冲击负荷。为了平衡这种热和机械冲击，需要将材料做的厚重，以降低噪音和振动。其缸体材料一般会采用高强度的铸铁。因汽油机的低压缩比，做功冲程的热负荷和机械冲击较小。所以其缸体材料一般采用铝合金材料。

汽油机的比功率>柴油机的比功率比功率（kw/kg