柴油機-03

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商品信息

商品描述

為什么柴油機比汽油機省油？

理論循環
從熱力學的理論高度來看，改善發動機動力、經濟性的基本原則就是提高燃效加熱后的能量質量，也就是在相同加熱量條件下，盡可能提高加熱過程中工質的平均溫度，以及盡可能降低向環境放熱過程的平均溫度。在現有循環模式下，有以下三個主要的實施方向：
1.在允許的條件下，盡可能提高發動機的壓縮比。
2.合理組織燃燒，提高循環加熱的等容度，即通過減小循環的預膨脹比和合理選擇選擇燃燒始點相位，使燃燒加熱中心接近上止點。
3.保證工質具有較高的等熵指數。但是在標定工況下，實際柴油機比汽油機更接近等壓循環。由于柴油機的壓縮比大大高于汽油機，而且其最大燃燒爆發壓力也遠高于汽油機，所以它的熱效率高于汽油機。
柴油機是噴霧壓燃后邊噴油邊燃燒，當負荷下降時，噴油時間縮短，但初期相當于等容燃燒的變化不大，這相當于壓力升高比不變反而預膨脹比減小。
汽油機則是點火后火焰傳播燃燒，無論負荷如何變化，火焰傳播距離不變。負荷下降后，由于進氣充量減少，殘余廢氣增多，燃燒溫度有所降低，使得火焰傳播速度降低，燃燒時間加長，相當于壓力升高比下降而預膨脹比上升。
汽柴油機的這種相反變化趨勢使得二者在中、低負荷時的燃料消耗率的差距進一步擴大。
這一結論與實際情況完全符合：在標定工況下，柴油機的有效燃料消耗率be約比汽油機低15%-25%，而包括大量中、低負荷工況在內的使用燃料消耗率可低30%-50%。當然，還有形成be差距擴大的其他因素，比如汽油機在中低負荷時節氣門造成的泵氣損失增大等。但正是基于理論循環的上述分析，才闡明了汽柴油機的燃料消耗率出現差距的最本質和最主要的原因。
理想循環條件下汽、柴油機熱效率的對比
考慮真實工質特性后，汽、柴油機熱效率的差距進一步加大。
1.高負荷時差距擴大的因素
在高負荷條件下，汽油機的混合氣較濃，過量空氣系數=0.8-1.0，而柴油機的平均過量空氣系數=1.3-2.0，混合氣總體偏稀。
汽油機的壓縮比雖然較低，但由于混合氣較濃而且等容度也較高，所以它的最高燃燒溫度反而比柴油機高很多；此外，汽油機的殘余廢氣系數比柴油機高。以上兩方面的原因，使得汽油機的等熵指數比柴油機小，高溫熱分解作用加劇，這些都使得汽油機的熱效率相對于理論循環的下降幅度遠大于柴油機。雖然汽油機的分子變化系數要高于柴油機，但其影響較小，不起主要作用。
2.低負荷時差距進一步擴大的因素
由于混合氣形成和負荷調節方式的差別，汽油機的負荷越低，過量空氣系數越小。而柴油機則相反。這進一步擴大了兩者熱效率的差距。汽油機是量調節負荷，負荷越低，進氣量越少，殘余廢氣系數越高。而柴油機的殘余廢氣系數在低負荷變化時大致維持不變。這一因素除對汽油機的等熵指數有影響外，更多的是使汽油機的燃燒速度降低，熱效率下降。
汽油機高、低負荷時，工質燃燒后的溫差要比柴油機小，即低負荷時汽油機仍保持較高的燃燒溫度。這是因為汽油機是量調節負荷，各種負荷時混合氣的過量空氣系數變化不大。雖然低負荷時進入缸內的混合氣量少，但單位質量工質的發熱量沒有改變，故燃燒后工質的溫度下降幅度不大。柴油機是質調節負荷，低負荷時過量空氣系數增大，單位質量工質的發熱量減少，燃燒后工質的溫度成比例下降。這一因素使汽、柴油機低負荷時的工質溫度差別更顯著，由此引起兩者的熱效率的差距加大。
通過汽、柴油機的理論循環和理想循環熱效率的全面對比，從理論上闡明了兩種不同燃燒模式對熱效率影響的本質原因。近年來，缸內直噴（GDI）、均質壓燃（HCCI）汽油機的出現，正是這些循環理論應用的突出體現。

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