柴油机和汽油机的区别初中物理 柴油机的概述

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如今，绝大多数家庭用车都是汽油发动机，只有极少数车型使用柴油发动机。汽油发动机给人的印象是安静而快速。柴油机给人的感觉是转速高、扭矩大。而且柴油机普遍比汽油机更省油。那么，为什么两者之间存在这些差异呢？今天，我们就来说说汽油机和柴油机最大的区别。相信看完这些，你会对引擎有更深入的了解。

燃油的引燃方式不同

汽油机靠火花塞点燃进入气缸的机油，而柴油机靠活塞产生的高温压缩空气使柴油自行燃烧。由于汽油的自燃温度较高，要实现汽油的压燃是不现实的，只能靠火花塞产生的高温来点燃汽油。柴油的自燃温度相对较低。只要压缩比足够大，活塞压缩空气产生的温度就足以使柴油自燃燃烧。

因此，柴油机的压缩比一般都比较大，以便在压缩冲程末期能产生足够高的温度。由于压缩比越高，热效率越高，所以柴油机的热效率普遍高于汽油机。

燃烧方式不同

无论是柴油还是汽油，要想燃烧，首先要使油蒸发成燃油蒸汽，然后燃油蒸汽与空气混合形成可燃混合物。

因为汽油是高度蒸发的，所以汽油发动机在火花塞点燃之前将汽油与空气充分混合。例如，普通的汽油机在进气冲程时喷射燃油，使汽油在进气冲程和压缩冲程中有足够的空气。蒸发、混合并形成均匀的可燃混合物的时间。当压缩冲程接近尾声时，火花塞产生电弧点燃混合气，发动机就可以做功了。因为汽油的蒸发性很强，汽油进入气缸后有足够的时间与空气混合，所以汽油机的喷油压力不需要太高。

柴油机在进气冲程和压缩冲程中不喷油。只有在压缩冲程结束，气缸内温度急剧升高时，喷油器才开始喷油。由于柴油粘度大，喷油压力很高，柴油被喷成很小的雾滴。这些液滴在气缸内遇到高温后迅速蒸发并与空气混合，然后自行燃烧。因此，柴油机在压缩冲程末期开始喷油，边喷边燃烧。

上图是汽油在气缸中的燃烧过程。在火花塞被点燃之前，汽油已经完全蒸发并与空气混合形成可燃混合气。火花塞点燃后，电弧的热量会点燃附近的混合气，因为其他混合气已经充分混合。浓度合适，所以这个小火苗可以迅速点燃其他混合物，燃烧速度非常快。

这是柴油在气缸中燃烧的图像。由于柴油是在压缩行程末期一次性喷入气缸，边喷边混合燃烧，容易出现混合不均匀现象。从图中也可以看出有一定的黑烟，这是燃烧不充分。

动力控制方式不同

汽油机通过控制进气量间接控制喷油量。进气管上有一个部件叫做节气门，它是由油门踏板控制的。节气门就像一个阀门，控制进入气缸的空气量。油门踏板踩得越深，节气门开得越大，进入发动机的空气就越多。然后发动机控制计算机根据气缸进气量计算喷油量，从而控制发动机的功率输出。

柴油机要简单得多，功率直接由喷油量控制。柴油机没有节气门，气缸总能获得最大进气量，然后通过控制喷油量来调节功率。轻踩油门踏板时，喷油量小，功率小。当油门踏板踩得很重时，喷油量会增加，动力会更强劲。

汽油机工作时，节气门会在一定程度上阻碍进气，因此活塞吸入空气的阻力会增大，从而消耗更多的发动机功率。但是，柴油机没有节气门，活塞吸气总是很容易，消耗的功率少，这也是柴油机热效率高的原因之一。不过，现在的柴油机也有节气门，但那主要是配合废气再循环系统来控制排放，这与汽油机的节气门在用途上有很大区别。

了解了以上内容后，我们可以尝试用以上理论来解释生活中遇到的一些问题：

柴油机为什么容易冒黑烟？

柴油机比汽油机更容易冒黑烟。其实这是由柴油机特殊的燃烧方式决定的。

因为柴油机的油门直接控制喷油量，油门踩得比较大时喷油量会增加，但柴油机不能提前将柴油混合好，只能在时点喷入气缸。压缩行程结束。这么多的柴油是不容易和空气充分混合的，一部分柴油还没来得及蒸发混合就被高温氧化成了碳粒，所以踩油门的时候柴油机非常容易冒黑烟。

现在排放要求提高了，柴油机不得不在排气系统上安装颗粒过滤器，过滤废气中的碳颗粒，所以现在的柴油机不容易冒黑烟，但这只是结果经过尾气处理，发动机应该还是会冒黑烟的，只是我们看不到而已。

柴油机转速为什么更低？

如果你开过柴油车，你会发现大部分柴油车的发动机转速都低于汽油机。目前家用汽车发动机的红线转速在6000转左右，更高的可达6500转。柴油机的红线转速基本在4000-5000转。

其实这是由燃烧方式决定的，因为柴油机是压燃式的，所以必须在活塞压缩最剧烈的时候将柴油喷入气缸，这样气缸内的温度就足够高，以保证柴油的平稳燃烧。如果喷油早或晚，缸内温度会下降，柴油可能无法燃烧。所以柴油机只能在压缩冲程末期喷射一小段时间的燃油。如果柴油机转速过高，压缩冲程转瞬即逝，柴油来不及完全燃烧。因此，柴油机的转速一般较低。

柴油机噪音为什么更大？

柴油机的噪音主要来自两个方面。一种是柴油机的油泵。由于柴油机的喷油压力很高，普通的电子油泵根本无法满足需求，所以柴油机采用机械油。泵，在工作的过程中难免会发出更大的噪音。如今很多直喷汽油机为了满足排放法规也使用了高压机械油泵，在怠速时也能明显听到油泵的噪音。不过和柴油机的喷油压力相比还是小多了。

另一个原因就是柴油机燃烧的噪音了，因为柴油机没有节气门节流，所以气缸里每次都可以最大限度地吸入空气，足量的空气再加上柴油机超高的压缩比，在压缩冲程末端气缸内压力非常高。此时柴油又在瞬间全部喷入气缸剧烈燃烧，巨大的压力和猛烈的燃烧就会导致柴油机燃烧噪音非常大。

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