為什么設計高速柴油機很難？

為什么設計高速柴油機很難？看了下面的回答，感覺有一個很重要的問題大家都沒有回答，那就是柴油在發(fā)動機中的燃燒過程。不解釋這個問題，很難回答為什么柴油機的轉速不能設計得很高。看柴油車的儀表盤，感覺和汽油車很不一樣。最大的區(qū)別在于轉速表：汽油車的轉速表最高可達7000 ~ 8000轉，個別車輛最高可達10000轉以上。單缸摩托車最高轉速超過15000轉/分。而柴油機轉速表最高轉速在4000轉左右，卡車轉速表最高轉速只有2800轉，最經濟的轉速區(qū)間在1500轉左右，不建議在高速區(qū)間使用。很多人疑惑：為什么汽油機轉速那么高，柴油機轉速那么低？如果柴油機的轉速也被設計得很高，會發(fā)生什么？我們來分析一下這個有趣的話題。首先，我們來看看柴油發(fā)動機的特點。所謂柴油機，是指以柴油為動力的發(fā)動機，是將柴油中的熱能釋放出來，轉化為機械能的機器。柴油機的特點是轉速低扭矩大，省油，熱效率高(平均比汽油機高5%左右)，但缺點是工作粗暴，噪音大。作為柴油機的燃料，其自燃點較低，只有220，壓縮結束時可以壓縮。同時，由于柴油在煉制過程中餾程較高，一般在180-370之間，柴油很難霧化蒸發(fā)，也很難與空氣形成均勻的可燃混合物。另外，柴油粘度大，熱值高，但燃燒速度慢。那么柴油在柴油機中的燃燒過程是怎樣的呢？當活塞運動到壓縮上止點前一定角度(噴油提前角)時，噴油器開始向氣缸內噴射高壓高速柴油。進入燃燒室的柴油在噴射過程中會汽化霧化，與氣缸內被壓縮的高溫高壓空氣混合，形成可燃混合物。因為柴油的自燃點比較低，在溫度高、柴油多的地區(qū)，柴油會自燃，在氣缸內同時形成多個火焰中心，開始推動活塞向下做功。在隨后的工作過程中，柴油會不斷被噴入，并與空氣混合，形成“邊噴邊混邊燃”的奇特過程。整個過程基本上可以分為四個階段：預燃燒、快速燃燒、緩慢燃燒和后燃燒。柴油的燃燒過程類似于等壓加熱。由于整個工作過程都有動力輸出，柴油機的扭矩更加充足。可以看出，柴油機的燃燒過程與汽油機完全不同。汽油機的可燃混合氣是預混合的，工作時沒有汽油噴射。在壓縮上止點，火花塞點火，點燃可燃混合氣，可燃混合氣瞬間燃燒。幾乎在活塞下行之前，汽油就已經燃盡了，這是在類似于定容加熱的過程中進行的。然后燃燒產生的高溫高壓氣體推動活塞向下運動，推動曲軸旋轉輸出動力。活塞下行時，推力逐漸減小，所以汽油機的扭矩相對較小。從柴油的燃燒過程可以看出，柴油與空氣的混合是不均勻的。由于其粘度大，蒸發(fā)霧化慢，在噴射的瞬間很難與空氣完全混合。它實際上是由懸浮在空氣中的柴油滴的氣溶膠形成的。而且柴油的燃燒過程也很復雜，燃燒速度慢，完全燃燒需要很長時間。所以柴油機的轉速一般不高，基本不超過4000轉，一般在3000轉以下，經濟轉速一般在1500轉左右。其結構一般是活塞行程大于氣缸直徑的低速設計。如果柴油機轉速設計的很高會怎么樣？其實提高發(fā)動機轉速是比較簡單的。因為柴油機的控制屬于“質量”公司

但如果轉速過高，柴油來不及在缸內與空氣充分霧化混合，就會造成可燃混合氣極不均勻，導致可燃混合氣在燃燒時形成的火焰中心分布不均勻，柴油機工作粗暴；此外，由于柴油燃燒速度慢，會有大量柴油沒有完全燃燒就從氣缸排出，汽車會冒黑煙，從而大大降低柴油機的經濟性和尾氣排放。此外，早期的柴油機采用機械泵供油，機械調速器控制發(fā)動機轉速。如果發(fā)動機轉速過高，會導致調速器卡死，形成“滑轉”故障。此時發(fā)動機轉速極高，不受油門控制。發(fā)動機活塞連桿高速運轉時，由于潤滑不足，容易造成拉缸、熔瓦。嚴重時甚至會導致氣缸破裂，損壞發(fā)動機缸體。目前大多數(shù)柴油機采用電控高壓共軌系統(tǒng)，取消了調速器。柴油的噴射由電磁閥直接控制。如果曲軸轉速傳感器發(fā)現(xiàn)發(fā)動機轉速過高，會直接切斷供油，防止發(fā)動機轉速過高。綜上所述，由于柴油燃燒速度慢，柴油與空氣混合不均勻，柴油燃燒過程復雜，所以柴油機的轉速一般不會很高。如果強行設計高速柴油機，就會失去自身的優(yōu)勢。柴油機雖然轉速低，但扭矩充足，可以配大速比的變速箱，提高最終輸出轉速。所以柴油機雖然轉速低，但是柴油車的速度并不低。