現(xiàn)在歐洲市場上，柴油發(fā)動機(jī)正在大行其道，越來越多的被運(yùn)用在轎車上，許多剛剛開發(fā)出的全新車型，都有柴油發(fā)動機(jī)的版本，這說明柴油發(fā)動機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)勢正逐步與汽油發(fā)動機(jī)在家用轎車領(lǐng)域平分秋色。它們能全面取代汽油發(fā)動機(jī)嗎？我們現(xiàn)在對汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行一下比較，讓我們真正了解柴油發(fā)動機(jī)和汽油發(fā)動機(jī)在性能上的區(qū)別。
汽油機(jī)和柴油機(jī)的區(qū)別
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汽油機(jī) |
柴油機(jī) |
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構(gòu)造不同 |
氣缸頂部有火花塞 |
氣缸頂部有噴油嘴 |
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燃料不同 |
汽油 |
柴油 |
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吸氣沖程 |
吸入的是汽油與空氣的混合物 |
只吸入空氣 |
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壓縮沖程 |
氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積 的1/6～1/9 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 |
氣體體積被壓縮為吸進(jìn)體積的 1/6～1/22 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 |
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點(diǎn)火方式 |
壓縮沖程末，火花塞產(chǎn)生電火 花點(diǎn)燃燃料，稱為點(diǎn)燃式 |
壓縮沖程末，噴油嘴向氣缸內(nèi)噴進(jìn)柴油遇溫度超過柴油燃點(diǎn)的空氣而 自動點(diǎn)燃，稱為壓燃式 |
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做功沖程 |
高溫高壓氣體推動活塞做功，氣體內(nèi)能減少，轉(zhuǎn)化為飛輪的機(jī)械能， |
高溫高壓氣體推動活塞做功，氣體內(nèi)能減少，推動活塞向下運(yùn)動，并通過連桿曲軸推動飛輪旋轉(zhuǎn) |
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效率 |
效率低，20％～30％ |
效率高，30％～45％ |
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應(yīng)用 |
機(jī)體較輕，主要用于汽車、飛 機(jī)、摩托車等 |
機(jī)體較重，主要用于載重汽車、火 車、輪船等 |
1、動力方面，柴油發(fā)動機(jī)扭矩大的特點(diǎn)在重載、大負(fù)荷、爬坡時有著汽油發(fā)動機(jī)無法比擬的優(yōu)勢；
2、功率方面， 由于柴油抗暴性好，新一代的柴油發(fā)動機(jī)大多都配備了渦輪增壓，更是許多汽油機(jī)無法比擬的；
3、環(huán)保方面，汽油發(fā)動機(jī)尾氣主要的組成部分是二氧化碳、碳?xì)浠衔�、氮氧化物、一氧化碳等，在這些污染物中，氮氧化物、碳?xì)浠衔锒紝Υ髿庠斐闪藝?yán)重的污染，一氧化碳又是有毒氣體；而柴油發(fā)動機(jī)尾氣中含的氮氧化物、二氧化碳、碳顆粒等，相比之下，從污染物數(shù)量上講，柴油發(fā)動機(jī)排放的污染物要比汽油發(fā)動機(jī)少，而且避免了碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉呐欧牛渑欧诺膶θ擞泻怏w要少很多。只要柴油發(fā)動機(jī)解決碳顆粒排放問題，它的排放可以全面優(yōu)于汽油發(fā)動機(jī)；
4、維修保養(yǎng)方面，由于柴油發(fā)動機(jī)的構(gòu)造比較簡單，沒有點(diǎn)火系統(tǒng)，比較起來有保養(yǎng)簡單、維修簡便的優(yōu)點(diǎn)，柴油引擎的壽命可以是汽油引擎的三倍，所以它極度耐用的特點(diǎn)；
5、節(jié)油方面，柴油燃料蘊(yùn)含的能量較高，較少的燃料即可產(chǎn)生較汽油更大的爆炸能量，而且因為引擎壓縮比較大，其效率越高，對燃料的消耗約節(jié)省，而且柴油引擎的轉(zhuǎn)速較低，噴油的次數(shù)也比汽油引擎要少；
6、噪音方面，柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時噪聲大是明顯的缺點(diǎn)，相比之下，汽油發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時則要溫柔了許多，然而新一代柴油直噴發(fā)動機(jī)已經(jīng)采用爆震傳感器來降低工作噪音 ；
在汽油發(fā)動機(jī)之間相比，柴油機(jī)具有燃油經(jīng)濟(jì)性好、尾氣中氮氧化合物較低、低速大扭矩等特點(diǎn)，因其出色的環(huán)保特性而被歐系車推崇，而對于平順性、噪聲等缺點(diǎn)，在先進(jìn)汽車工業(yè)下，已不是什么難題，當(dāng)前柴油機(jī)性能和工況已經(jīng)和汽油機(jī)相差無幾。
柴油機(jī)和汽油機(jī)的區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn)
我們知道，無論是汽油發(fā)動機(jī)還是柴油發(fā)動機(jī)，它們 都屬于內(nèi)燃機(jī)，都是燃燒燃料后通過推動氣缸內(nèi)活塞 作往返運(yùn)動來將燃料中的化學(xué)能量轉(zhuǎn)換成為驅(qū)動車輛 前進(jìn)的機(jī)械能量，因此兩者的工作原理大體是相同的。
作為日常使用的燃料本身，柴油的能量密度最高， 比液化天然氣高出近1倍，比汽油高出10%以上。與 汽油相比，柴油不易揮發(fā)，著火點(diǎn)較高，不易因偶然 情況被點(diǎn)燃或發(fā)生爆炸。由于兩者揮發(fā)性和燃點(diǎn)的不同，導(dǎo)致使用這兩種燃料的 發(fā)動機(jī)有不同的點(diǎn)火方式。
汽油發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)：體積小、重量輕、起動性好
汽油發(fā)動機(jī)中，油氣混合氣進(jìn)入氣缸后，在壓縮接近終了時由火花塞點(diǎn)燃。因此，汽油發(fā)動機(jī)需要一套控制何時讓火花塞工作的點(diǎn)火系統(tǒng)，此系統(tǒng)必須精確控制火花塞放電的時刻和火花能量的大小，才能保證汽油機(jī)的工作正常，汽油機(jī)的燃料供給系和點(diǎn)火系是汽油機(jī)上發(fā)生故障比例較高的部位。此外，由于汽油的燃點(diǎn)較低，汽油機(jī)的壓縮比就不能太高，以免油氣自燃，因此其熱效率和經(jīng)濟(jì)性較柴油機(jī)為差。
汽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于其體積小、重量輕、價格便宜； 起動性好，最大功率時的轉(zhuǎn)速高；工作中振動及噪聲 小，因此，在載客汽車，特別是轎車中，汽油機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在我們國家目前生產(chǎn)的絕大多 數(shù)轎車，都是采用汽油發(fā)動機(jī)作為自己的動力系統(tǒng)。
傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)：熱效率和經(jīng)濟(jì)性較好
柴油機(jī)采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度，使空氣溫度超過柴油的自燃燃點(diǎn)，這時再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點(diǎn)火燃燒。因此，柴油發(fā)動機(jī)無需點(diǎn)火系。同時，柴油機(jī)的供油系統(tǒng)也相對簡單，因此柴油發(fā)動機(jī)的可靠性要比汽油發(fā)動機(jī)的好。
由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油機(jī)壓縮比很高。熱效率和經(jīng)濟(jì)性都要好于汽油機(jī)，同 時在相同功率的情況下，柴油機(jī)的扭矩大，最大功率 時的轉(zhuǎn)速低，適合于載貨汽車的使用。
但柴油機(jī)由于工作壓力大，要求各有關(guān)零件具有 較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，所以柴油機(jī)比較笨重，體積 較大；柴油機(jī)的噴油泵與噴嘴制造精度要求高，所以 成本較高；另外，柴油機(jī)工作粗暴，振動噪聲大；柴 油不易蒸發(fā)，冬季冷車時起動困難。
由于上述特點(diǎn)，以前柴油發(fā)動機(jī)一般用于大、中型載重貨車上。
小型高速柴油發(fā)動機(jī)的新發(fā)展：排放已經(jīng)達(dá)到歐洲III號的標(biāo)準(zhǔn)
傳統(tǒng)上，柴油發(fā)動機(jī)由于比較笨重，升功率指標(biāo)不如汽油機(jī)(轉(zhuǎn)速較低)，噪聲、振動較高，炭煙與顆粒(PM)排放比較嚴(yán)重，所以一直以來很少受到轎車的青睞。但隨著近年來柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，特別是小型 高速柴油發(fā)動機(jī)的新發(fā)展，一批先進(jìn)的技術(shù)，例如電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等技術(shù)得以在小型柴 油發(fā)動機(jī)上應(yīng)用，使原來柴油發(fā)動機(jī)存在的缺點(diǎn)得到 了較好的解決，而柴油機(jī)在節(jié)能與CO2排放方面的優(yōu) 勢，則是包括汽油機(jī)在內(nèi)的所有熱力發(fā)動機(jī)無法取代 的，因此，先進(jìn)的小型高速柴油發(fā)動機(jī)，其排放已經(jīng) 達(dá)到歐洲III號的標(biāo)準(zhǔn)，成為“綠色發(fā)動機(jī)”，目前已 經(jīng)成為歐美許多新轎車的動力裝置，可以預(yù)見，我國 將出現(xiàn)越來越多的柴油轎車。
★解讀汽車發(fā)動機(jī) 汽油機(jī)VS柴油機(jī)
能量：物質(zhì)運(yùn)動的一種度量。對應(yīng)于物質(zhì)的各種運(yùn)動形式，能量也有各種形式，彼此可以互相轉(zhuǎn)換，但總量不變。熱力學(xué)中的能量主要指熱能和由熱能轉(zhuǎn)換而成的機(jī)械能。我們汽車的發(fā)動機(jī)，正是將化石燃料中蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，從而推動汽車行駛。
內(nèi)燃機(jī)的誕生。我們將其歸為兩類：奧托循環(huán)特性的燃?xì)鈾C(jī)和汽油機(jī)，狄賽爾循環(huán)特性的柴油機(jī)。現(xiàn)代燃?xì)獍l(fā)動機(jī)基本等同于汽油機(jī)，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)雖結(jié)構(gòu)有變化，但做功機(jī)制仍屬奧托循環(huán)范圍之內(nèi)。為了方便解讀，下文都稱之為汽油機(jī)和柴油機(jī)。
說到發(fā)動機(jī)的原理，很多讀者都會脫口而出：四沖程發(fā)動機(jī)分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個階段。汽油機(jī)吸入混合氣，然后壓縮至上止點(diǎn)，火花塞跳火點(diǎn)燃混合氣，燃燒做工把活塞推至下止點(diǎn)，隨即向上排出廢氣；柴油機(jī)區(qū)別在于吸入純空氣，在上止點(diǎn)位置將柴油噴入被壓縮的熱空氣內(nèi)點(diǎn)燃做功。
但我們是否曾經(jīng)疑問過，汽油機(jī)為什么要有火花塞？柴油機(jī)為什么不能噴入汽油？為什么說柴油機(jī)更有力，更省油但平順性卻不理想？好吧，小編在此文中用對比的方式，解讀汽汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作原理。
表面上看，兩種熱機(jī)在進(jìn)氣和燃料的引燃方式有著區(qū)別，雖然看起來都是燒油，發(fā)力，但就是在活塞處于頂端，燃燒的一霎那，幾個毫秒之內(nèi)發(fā)生的事兒，讓兩種機(jī)器有著不同的特質(zhì)。這也就是小編經(jīng)常提起的奧托循環(huán)和狄賽爾循環(huán)的差異。
兩種循環(huán)工作狀態(tài)和對應(yīng)的p-v圖 左側(cè)為狄賽爾循環(huán)，右側(cè)為奧托循環(huán)
兩種循環(huán)的工作程序
我們先說左側(cè)的奧托循環(huán)。如上圖所示，p代表缸內(nèi)壓力，v代表缸內(nèi)容積，A-B吸氣沖程，活塞向下吸氣，此時燃?xì)獾膲簭?qiáng)幾乎保持不變；B-C絕熱壓縮沖程，活塞向上運(yùn)動壓縮，使氣體壓強(qiáng)增加，這時活塞對氣體做功，消耗了機(jī)械能，增加了氣體的內(nèi)能（溫度升高）；C-D等容燃燒過程，氣體突然燃燒，壓強(qiáng)激增，在這瞬間體積還來不及變化，所以可把它看作是等容變化，D-E絕熱做功沖程，氣體壓強(qiáng)增加后作絕熱膨脹推動活塞向下做功，同時消耗本身的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，壓強(qiáng)逐漸減��；E-B等容排氣過程，做功沖程終了時，排氣閥開放，氣體壓強(qiáng)突然降低而體積還來不及變化；B-A排氣沖程，活塞由于慣性作用繼續(xù)向上運(yùn)動，同時排除廢氣，這時壓強(qiáng)不變。
而作為等壓燃燒的狄賽爾循環(huán)，C-D-E為做功沖程。第一階段C-D為等壓燃燒過程，柴油正在燃燒中，活塞在一定的壓強(qiáng)下移動壓強(qiáng)不變而容積增加，燃油一邊推動活塞做功一邊燃燒，D-E為絕熱做功沖程。其他階段同上。當(dāng)然，圖中p-v曲線是一種理想狀態(tài)，實際工況有一定的差異，而作為乘用車的高速柴油機(jī)介于兩種循環(huán)之間，燃燒過程分兩個階段，前半程為等容燃燒，后半程為等壓燃燒，滿足高轉(zhuǎn)速同時也沿襲經(jīng)典柴油機(jī)的特點(diǎn)。
你知道嗎？柴油其實比汽油更容易引燃
汽油機(jī)與柴油機(jī)長期共存的理由，就是是因為有汽油和柴油兩種燃料的存在，從而存在兩種能把不同燃料充分發(fā)揮特性的內(nèi)燃機(jī)。這看似廢話，卻也驗證了那句“存在即是合理”。
汽油和柴油，都是由成分為碳和氫兩種元素的烴類化合物組成的。汽油是由5-9個碳分子的烴類組成，而組成柴油的烴類的碳原子數(shù)則有10-20個，由于汽油分子比柴油要小，所以汽油的揮發(fā)性更好，燃燒速度也更快，但長鏈結(jié)構(gòu)的柴油更容易被氧化，所以柴油自燃點(diǎn)要低于汽油。
柴油比汽油更容易引燃？看起來很難以理解，但這是事實。我們把烴類比作很常見的木頭，那么汽油就好比一堆木屑，可以被吹散在空氣中慢慢飄落，而柴油則好像牙簽，怎樣扔起來都會做自由落體運(yùn)動；木屑用火柴很難點(diǎn)燃，但牙簽很容易被點(diǎn)燃；但把木屑扔在火堆中，瞬間就化成一團(tuán)火，而牙簽至少可以燒幾秒。
兩種發(fā)動機(jī)不是簡單的壓燃與點(diǎn)燃的區(qū)別，這僅僅是開始
正是因為有了這些差異，兩種發(fā)動機(jī)也有了區(qū)別和特性
汽油比柴油揮發(fā)更快，所以汽油可以混合氣狀態(tài)在吸氣行程進(jìn)入氣缸，而柴油不易揮發(fā)，不容易形成混合氣，所以只能在做功行程開始前直接噴入缸內(nèi)。
柴油的自燃點(diǎn)比汽油更低，所以柴油可以在高溫高壓的汽缸中自燃；而汽油機(jī)如果采用壓燃方式，就必須要有更高的壓力，從而得到更高的溫度才能點(diǎn)燃，但因為汽油容易揮發(fā)，揮發(fā)時又會吸收大量的熱，這就再次增加了壓燃的難度，所以用火花塞點(diǎn)燃是最適合的方式。
汽油比柴油燃燒的更快，所以把汽油放在高溫高壓的環(huán)境下太威猛，機(jī)體受不了這種火藥脾氣，所以要降低氣缸的壓力，而用火花點(diǎn)燃時，缸內(nèi)火焰是以“波”的形式蔓延燃燒，這也就避免了爆燃形成的沖擊；而柴油在高溫高壓空氣中，多處同時燃燒形成火焰，也就是以爆燃的方式（和汽油機(jī)的“爆震”相似）做功，工作狀態(tài)比較粗暴，但因為柴油燃燒較慢，所以雖然燃燒的開始很劇烈，但燃燒時間還是要長于汽油機(jī)的。
題外話：此油門非彼油門
汽油機(jī)通過油門踏板改變節(jié)氣門的開度，控制混合氣進(jìn)入汽缸的數(shù)量，以達(dá)到不同功率的輸出；而柴油機(jī)控制功率輸出完全依靠噴油的多少，是真正意義上的油門，取消了節(jié)氣門，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣就更充足，燃燒也就更充分，這也是柴油機(jī)熱效率較高的原因之一。
同為2011款途銳，右側(cè)柴油機(jī)最高為6000轉(zhuǎn)，基本不可達(dá)到。而左側(cè)汽油機(jī)，6000轉(zhuǎn)僅僅是紅線開始
汽油機(jī)和柴油機(jī)優(yōu)劣分析
汽油機(jī)內(nèi)混合氣體點(diǎn)燃后，瞬間燃燒，并爆發(fā)出能量，所以可以在單位時間內(nèi)可以多次重復(fù)該循環(huán)，用高轉(zhuǎn)速輸出高功率，因而很小的體積，輕盈的體重，就能擁有較高性能和更快的響應(yīng)速度，寬泛的轉(zhuǎn)速區(qū)間也能夠帶來更好的操控感覺。但汽油機(jī)的壓縮比往往只有柴油機(jī)的一半，做功行程時缸內(nèi)溫度和壓力比柴油機(jī)低很多，所以熱效率比較低，也就是俗稱的“費(fèi)油”。
柴油機(jī)噴入燃料后，燃燒需要一定的時間，所以適合較低轉(zhuǎn)速下讓燃油充分燃燒以帶來大扭矩，而為了對抗氣缸內(nèi)高壓和大扭矩，柴油機(jī)的汽缸和活塞的連桿等零件都要比汽油機(jī)強(qiáng)壯，所以較汽油機(jī)更笨重。但也正是柴油機(jī)因為高壓縮比低轉(zhuǎn)速的特性，能把熱量更好的轉(zhuǎn)化成動能，所以柴油機(jī)有著更好的熱效率，也就是更好的油耗表現(xiàn)。這就是通常轎車和賽車使用汽油機(jī)，而公交車、卡車等大型車輛使用柴油機(jī)的原因。
為了適應(yīng)柴油機(jī)工況，目前國內(nèi)乘用車柴油機(jī)的缸體還都采用厚重的鑄鐵制造
柴油機(jī)現(xiàn)狀
隨著技術(shù)的發(fā)展，柴油機(jī)在平順性和體積上都有很大改善，高強(qiáng)度的鋁制缸體制造工藝，減輕了發(fā)動機(jī)的重量；廢氣后處理與顆粒物回收有效降低尾氣污染；燃油高壓共軌噴射以及較低壓縮比（相對于傳統(tǒng)柴油機(jī)）有效抑制噪聲；平衡軸的應(yīng)用提升了平順性；VGT可變截面渦輪和中冷器提升了發(fā)動機(jī)功率，眾多優(yōu)良的設(shè)計逐漸裝備于乘用車之上（點(diǎn)擊進(jìn)入：高效強(qiáng)勁環(huán)保 乘用車柴油機(jī)技術(shù)淺析），讓柴油機(jī)有了可以和汽油機(jī)競爭的資本，而其較低的碳排放以及出色的低速扭矩，被眾多SUV甚至轎車所接受。
在歐洲，柴油車在乘用車中的比重已經(jīng)達(dá)到40%，而國內(nèi)柴油機(jī)主要搭配在SUV車型當(dāng)中，就在最近，國產(chǎn)自主品牌柴油轎車也已經(jīng)上市。但目前國內(nèi)的柴油品質(zhì)還不夠好，導(dǎo)致柴油機(jī)在國內(nèi)未被重視。主要問題在于十六烷值不夠高（燃燒性不好），硫含量過高（損害發(fā)動機(jī)零部件增加尾氣污染），多環(huán)芳香烴過多（也就是雜質(zhì)過多，燃燒不好會結(jié)焦積碳）等，假如中國柴油的品質(zhì)可以提升的話，相信在飛漲的油價和日益惡化的環(huán)境面前，國人也會逐漸接受柴油車。
大眾奧迪公用的3.0T渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)，體重和汽油機(jī)相差無幾功率與汽油機(jī)相比略遜一籌，但扭矩更為強(qiáng)大。
