解讀汽車發動機（二） 汽油機VS柴油機

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能量:物質運動的量度。對應于物質的各種運動形式，也有各種形式的能量，可以相互交換，但總量不變。熱力學中的能量主要是指熱能和熱能轉化而來的機械能。我們汽車的發動機，是化石燃料中所含的化學能轉化為機械能，從而驅動汽車。

如上所述，許多四沖程發動機分為兩類:具有奧托循環特性的燃氣發動機和汽油發動機，以及具有柴油循環特性的柴油發動機。現代的燃氣發動機和汽油發動機基本相同。缸內直噴汽油機雖然結構發生了變化，但其工作機理仍在奧托循環內。為了便于解釋，下文稱它們為汽油機和柴油機。

說到發動機的原理，很多讀者都會脫口而出:四沖程發動機分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個階段。汽油機吸入混合氣體，然后壓縮到上止點，火花塞跳火點燃混合氣體，燃燒工人推動活塞到下止點，然后向上排出廢氣。柴油機的不同之處在于，它吸入純空氣體，在上止點將柴油噴入壓縮的熱空氣體中點燃做功。

但是我們有沒有想過為什么汽油發動機需要火花塞？柴油機為什么不能噴汽油？為什么柴油機動力更強，更省油，但舒適性卻差？好了，邊肖在這篇文章中通過對比解釋了汽油發動機和柴油發動機的工作原理。

表面上看，兩種熱機在進氣和燃油的點火方式上存在差異。雖然看起來都是在燒油，在發力，但是就是活塞在頂部的幾毫秒內發生的事情，使得兩種發動機有不同的特點。這就是邊肖經常提到的奧托循環和狄塞爾循環的區別。

兩種循環工作狀態及對應的p-v圖，左側為奧托循環，右側為狄塞爾循環。

雙循環工序

讓我們從左邊的奧托循環開始。如上圖所示，P代表氣缸內的壓力，V代表氣缸的內部容積。在A-B吸氣沖程中，活塞向下吸氣，燃料氣體的壓力幾乎不變。B-C絕熱壓縮沖程，活塞向上運動壓縮，增加氣體壓力。這時活塞確實對氣體做功，消耗了機械能，增加了氣體的內能；C-D定容燃燒過程中，氣體突然燃燒，壓力驟增，此時此刻，體積沒有時間變化，所以可以視為定容變化，D-E絕熱做功沖程，氣體壓力增大后，它使絕熱膨脹推動活塞向下做功，同時自身消耗的內能轉化為機械功，壓力逐漸降低；E-B定容排氣過程，在做功行程結束時，排氣閥打開，氣體壓力突然下降，容積沒有時間變化；B-A排氣沖程，活塞因慣性繼續向上運動，同時排出廢氣，此時壓力恒定。

而C-D-E是作功沖程作為柴油循環的恒壓燃燒。第一階段，C-D是一個等壓燃燒過程，柴油在燃燒，活塞在一定壓力下運動，不改變壓力但增加容積，燃料邊燃燒邊推動活塞做功，D-E是一個絕熱做功沖程。其他階段同上。當然，圖中的p-v曲線是一種理想狀態，實際工況有所不同。而高速柴油機作為乘用車，處于兩個循環之間，燃燒過程分為兩個階段，前半段為定容燃燒，后半段為定壓燃燒，滿足了高速的要求，遵循了經典柴油機的特點。

你知道嗎？/你知道嗎？事實上，柴油比汽油更容易點燃。

汽油發動機和柴油發動機長期共存的原因是汽油和柴油兩種燃料，所以有兩種內燃機可以充分發揮不同燃料的特點。這看似無稽之談，但也驗證了“存在即合理”這句話。

汽油和柴油都是由含碳和氫的碳氫化合物組成的。汽油是由5-9個碳分子的碳氫化合物組成，而組成柴油的碳氫化合物的碳原子數是10-20。由于汽油分子比柴油小，汽油的揮發性更好，燃燒速度更快，但長鏈結構的柴油更容易被氧化，所以柴油的自燃點比汽油低。

比柴油更容易點燃？這似乎很難理解，但這是真的。我們把碳氫化合物比作普通的木頭，那么汽油就像一堆鋸末，可以在空氣體中被吹走，慢慢下落，而柴油就像一根牙簽，扔出去就會自由下落。用木屑火柴很難點燃，但是牙簽很容易點燃。但是往火里扔木屑瞬間變成火，牙簽至少能燒幾秒鐘。

這兩款發動機并不是簡單的壓燃和點火的區別，這只是一個開始。

由于這些差異，兩種發動機也有差異和特點。

汽油揮發比柴油快，所以汽油在吸氣沖程中可以以混合氣的狀態進入氣缸，而柴油不容易揮發形成混合氣，所以只能在做功沖程開始前直接噴入氣缸。

柴油的燃點比汽油低，所以柴油在高溫高壓的氣缸內可以自燃；但是，如果汽油機采用壓燃法，它必須有較高的壓力，這樣才能在較高的溫度下點火。但由于汽油易揮發，揮發時會吸收大量熱量，增加了再次壓燃的難度，所以用火花塞點火是最合適的方式。

汽油比柴油燃燒更快，所以把汽油放在高溫高壓的環境中太猛，身體受不了這種火藥脾氣，所以需要降低氣缸的壓力，當被火花點燃時，氣缸內的火焰以“波”的形式蔓延燃燒，這樣也避免了爆燃的影響；但在高溫高壓空氣體中，柴油燃料在多處同時燃燒形成火焰，即靠爆燃做功，工作狀態相當粗糙。但由于柴油燃燒緩慢，雖然燃燒開始劇烈，但燃燒時間仍比汽油機長。

離題:這個油門不是另一個油門。

汽油機通過油門踏板改變節氣門開度來控制進入氣缸的混合氣量，從而達到不同的動力輸出；但柴油機的控制功率輸出完全取決于噴油量，這才是真正的油門。如果取消油門，發動機的進氣和燃燒會更加充分，這也是柴油機熱效率較高的原因之一。

和2021年的途銳（查成交價|參配|優惠政策）一樣。左柴油機的最高轉速是6000 rpm，基本上是高不可攀的，而右汽油機的6000 rpm只是紅線的開始。

汽油機和柴油機的優缺點。

點燃后，汽油機中的混合氣瞬間燃燒并爆發出能量，因此單位時間內可以多次重復循環，高速輸出大功率，這樣體積小重量輕就能有更高的性能和更快的響應速度，較寬的速度范圍也能帶來更好的操控感受。但汽油機的壓縮比往往只有柴油機的一半，在做功沖程時缸內溫度和壓力遠低于柴油機，所以熱效率相對較低，俗稱“油耗”。

燃油噴入柴油機后，需要一定的時間才能燃燒，因此適合在較低的轉速下充分燃燒燃油，帶來很大的扭矩。為了對抗氣缸內的高壓和大扭矩，柴油發動機的氣缸和活塞的連桿比汽油發動機的連桿更強，因此它們比汽油發動機的連桿更重。但正是因為高壓縮比、低轉速的特點，使得柴油機能夠更好地將熱量轉化為動能，所以柴油機具有更好的熱效率，也就是更好的油耗表現。這就是為什么汽車和賽車通常使用汽油發動機，而大型車輛，如公共汽車和卡車使用柴油發動機。

為了適應柴油機的工作條件，國內乘用車柴油機的缸體全部采用重鑄鐵制造。

柴油機的現狀

隨著技術的發展，柴油機的平順性和體積都有了很大的提高，高強度鋁氣缸制造技術減輕了發動機的重量。廢氣后處理和顆粒物回收可有效減少廢氣污染；高壓共軌燃油噴射和較低的壓縮比可有效抑制噪音；平衡軸的應用提高了乘坐舒適性；VGT變截面渦輪和中冷器提升了發動機動力，乘用車上也逐漸配備了許多優秀的設計，這讓柴油發動機有了與汽油發動機競爭的資本，其低碳排放和出色的低速扭矩被許多SUV甚至轎車所接受。

在歐洲，柴油車在乘用車中的比例已經達到了40%，而國產柴油發動機主要用于SUV車型。最近國產自主品牌柴油車也上市了。但目前我國柴油質量不夠好，導致我國對柴油發動機重視不夠。主要問題不是十六烷值高、硫含量高、多環芳烴超標等。如果中國柴油的質量能夠提高，相信在油價飆升、環境惡化的情況下，中國人會逐漸接受柴油車。

大眾奧迪共享的3.0T渦輪增壓柴油發動機，重量與汽油發動機相當。與汽油機相比，動力稍遜一籌，但扭矩更強勁。

至此，本文接近尾聲。但是看完第一篇文章，很多同學對以“Diesel”結尾的廣告圖片很感興趣，于是邊肖又放了一張原圖給大家看。

這三位老人就是二戰著名的三巨頭——丘吉爾、羅斯福和斯大林。