汽油发动机,有哪些技术是柴油机“偷”来的?
稍微了解发动机的人都知道,汽油机和柴油机有天壤之别。显著的区别是汽油机烧汽油,而柴油机烧柴油。对于燃烧方式,两者明显不同。汽油机点火,而柴油机是压燃。相比较而言,汽油机的压缩比相对较低,一般在9-11之间,而柴油机的压缩比较高,一般在15-22之间。柴油机的燃烧效率也高于汽油机,一般为34%-45%,而汽油机仅为30%左右。汽油机的主要排放是HC和CO,而柴油机的主要排放是NOx和颗粒物(PM),所以后处理装置也不一样。汽油机主要是三效催化剂,而柴油机主要是DPF(微粒捕集器)和SCR(选择性催化还原)。
柴油机功率大,热效率高,汽油发动机眼红,所以“偷”了柴油机很多技术。经过工程师的调试和优化,汽油机的性能和热效率不断提高,从而达到节能减排的目的。
1号缸内直喷
由于柴油机使用的燃料是柴油,其粘度比汽油高,不易挥发,但自燃温度比汽油低。柴油机工作时,空气进入气缸。当气缸内的空气被压缩到底时,气体处于高温高压状态(T = 500-700°C,P=40-50 bar)。当活塞接近上止点时,供油系统的燃油喷嘴在很短的时间内以很高的压力(一般为2000bar)将燃油喷入气缸燃烧室。柴油形成细小的油颗粒,并与高温高压空气混合。
而汽油粘度低、蒸发快的发动机的喷射系统,是将汽油喷入进气口,它与空气混合形成可燃混合气。压缩到一定温度和压力后,由火花塞点燃,使气体膨胀做功。
而GDI技术是汽油机从柴油机偷来的,GDI发动机的喷射系统直接将汽油喷入燃烧室,形成油气混合气。这样,缸内直喷发动机就可以根据进气门开启和关闭的时间,准确地知道进入气缸燃烧的空气量,从而根据进气量来确定喷油量。进气量可以由整车负荷决定。怠速或低负荷时,进气门开度小,喷射量小。高负荷时,进气门全开,进气量大,喷射量也大,使发动机的功率满足需求。这样才能保证发动机动力,达到节能环保的目的。但需要强调的是,即使是缸内直喷汽油机,压缩的空燃混合气也是,只是喷射位置从进气口换到了燃烧室,而柴油机压缩的是空气,这是缸内直喷汽油机和柴油机的显著区别。而且缸内直喷汽油机虽然也是高压喷射(20bar左右),但比起柴油机的高压还是相形见绌。
2号涡轮增压
涡轮增压技术早用于船用柴油机,后来逐渐用于军用飞机和军舰。在汽车涡轮增压动力的早期发展史上,卡特彼勒是早将涡轮增压技术推广到乘用车发动机的企业之一。直到20世纪70年代,因为石油危机,涡轮增压技术迎来了大发展时期。1973年爆发的石油危机直接导致了世界范围内汽油和柴油价格的飙升。。随后,涡轮增压发动机开始在赛道上大放异彩。1968年,涡轮增压发动机的STP-Paxton赛车赢得了Indy500比赛。由于涡轮增压是先装在柴油机上,再装在汽油机上,所以也可以认为是汽油机从柴油机上“偷”来的。
涡轮增压是利用发动机排出的废气的惯性冲力推动涡轮室中的涡轮。涡轮带动同轴的叶轮,叶轮将空气从空滤管路压缩输送,使其增压后进入气缸。当发动机转速增加时,废气排出速度和涡轮转速也同步增加,叶轮将更多的空气压缩到气缸中。空气压力和密度的增加可以使更多的燃油充分燃烧,通过相应增加燃油量和调节发动机转速可以增加发动机的输出功率。
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