[WhyEveryday]为什么柴油机效率高

每天给自己提一个为什么,然后试着去了解,认识自己的无知才能进步。

学习中学物理的时候我知道柴油机的效率比汽油机高,而且根据进一步的了解,我知道柴油机是所有常规热机里面效率最高的(The diesel engine has the highest thermal efficiency of any regular internal or external combustion engine),而原因呢,简言之就是因为压缩比(Compression ratio)高。

1,压缩比是根本原因
压缩比表示发动机内气体被压缩的程度,表示气体压缩前的体积与压缩后的体积之比。通常汽油机的压缩比为6-10,柴油机的压缩比为16-22。通常认为压缩比越高,燃料的气化以及和空气的混合就越好,热机的效率就越高。

2,工作方式不同
汽油机工作时是汽油和空气混合着喷入气缸,然后气缸压缩,气缸内温度升高火花塞点燃混合物,汽油燃烧做功,所以汽油机是点燃式发动机。
而柴油机工作时进入气缸的只有空气,然后气缸压缩,当气缸内空气温度很高时喷出柴油,此时气缸内已经达到柴油自燃点,柴油直接燃烧做功,无需火花塞,故柴油机是压燃式发动机。

3,压缩比不能无限提高
爆震(knocking)是指在发动机中的油气混合物因为高温高压产生自燃(爆炸),与火花塞产生的爆炸相互撞击的现象,震爆又称作”爆燃”,震爆会是气缸内压力骤增,损坏内部零件。所以压缩比不能过高,否则会因为震爆导致发动机无法使用。一些比赛中为了得到更高的热机效率会使用超高压缩比的发动机,比如F1的引擎压缩比就接近17,所以F1引擎使用的燃料也是极其苛刻的,以避免在高达18000转每分钟的高转速下产生震爆。
而柴油机的压缩比远高于汽油机(超过22)是因为柴油和汽油的特性不同。

4,标号
既然提到压缩比就不能不了解一下汽油和柴油的标号,国内加油站常见的90#、93#、97#汽油和5#、0#、-5#等柴油有是什么意思?
汽油和柴油的标号含义是完全不同的,汽油的标号是指其辛烷值,即抗震爆的能力,93#汽油即表示可以使用在压缩比9.3的汽油机上,由于比较高档的车动力一般较好,所以其发动机通常压缩比也较高,故应该使用较高标号的汽油。但是使用何种标号的汽油应该根据发动机的参数选择,并非越高越高,使用超标号的汽油会出现”滞燃”现象,燃烧不完全。
而柴油的标号表示其含蜡系数通常认为其表示工作环境温度,标号越低表示可以在越低的环境下使用。

参考资料

柴油机
压缩比
爆震
辛烷值