柴油车油门是控制喷油量吗(既然汽油车的油门控制进气量)

众所周知汽油车的油门控制的是进气量,系统再结合进气量去计算喷油量,而柴油机却完全不同。柴油车的油门是控制喷油量,而非进气量,为何同属内燃机却存在这样的差异呢?过去的很多柴油机甚至连节气门都没有,那么下面就来说说汽油机与柴油机所存在的不同。

柴油车油门是控制喷油量吗(既然汽油车的油门控制进气量)(1)

汽油机与柴油机在改变发动机输出状态时会采用不同的调节方式。汽油机通过进入燃烧室的混合气量来改变发动机的输出状态,而节气门就是控制进气量、喷油量的关键,这种调节称之为“量调节”。而柴油机则是通过喷入燃烧室的燃油量来调节发动机的输出状态,至于进气量永远保持在最大值。

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即便是配备节气门的柴油机,启动后节气门时刻保持最大开度,这种调节方式为“质调节”。之所以汽油机、柴油机要采用两种截然不同的调节方式,主要和汽油、柴油的物理化学特性差异有关,比如汽油短链,含有的碳原子少,比较稀等等。而柴油则是长链烃,高粘度,不容易与空气混合等等,这些差异导致了调节层面上的不同。

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汽油、柴油存在哪些差异

汽油:易挥发、易与空气混合,燃点427度左右,自燃点高达510度。

柴油:不易挥发、难与空气均质混合,燃点为220度,自燃点300-320度左右。

实际上汽油无论是燃点或自燃点都比柴油要高,但为什么在朋友们的印象中汽油更容易点燃、更容易引发爆炸,但柴油却不容易点燃或爆炸呢?重点不在于燃点、热值上的高低,关键在于挥发特性。要知道液态燃料本身是不能燃烧的,而发生燃烧则是因为液体燃油产生了挥发,挥发成的油气与空气混合后才能燃烧。

汽油遇明火极容易燃烧甚至爆炸,关键在于其强大的挥发能力。而柴油不易被明火点燃则因为其较差的挥发性,挥发性差与外界的大量空气接触就会形成稀薄混合气,也就是空燃比超高的混合气,这样的混合气是点不着的。所以柴油在常温、常压下直接用明火很难点燃(注意是难点燃),这也是为何马自达二代创驰蓝天技术要用压燃的原因,超稀薄状态下的汽油混合气也难以点燃。

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汽油机工况的控制方式

汽油机为什么要采用量调节,也就是为什么通过控制进气量来控制喷油量?说到底就是因为汽油的易挥发性,节气门开启进气量放大,喷油嘴在喷出燃油后可以迅速与空气完成较为均匀的混合气,也就是说空气量的大小对与混合气浓度(空燃比)的影响是很直接且迅速的。所以汽油机需要用节气门去控制进气量,再通过进气量计算出喷油量,避免混合气的过浓或过稀,导致点不着。

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因为汽油机存在“点火临界”,也就是只有在过量空气系数为0.5-1.3之间时(相当于空燃比7.4-19之间),才能被点燃。所以汽油机不能像柴油机那样保持进气最大化,因为汽油太容易与空气形成均匀混合。如像柴油机那般进气保持最大化,汽油机只能时刻保持喷油最大化。因为油喷少了,必然导致混合气过稀点不着,可全程最大化喷油是根本不现实的,总不能让汽油机全程以额定功率去输出,对吧?

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柴油机运行工况的控制方式

汽油机不能通过全程进气最大化来调节运行工况?那为什么柴油机却可以始终保持进气最大化呢(有节气门的柴油机只要点火,节气门时刻保持全开)?原因在于柴油过于黏稠不易挥发,喷入燃烧室的雾状燃油是没办法与空气均匀混合的,无论油量有多低、空气量有多高,雾柱内部、附近永远呈现混合气过浓的状态。

汽油机完成燃烧的过程是吸气、喷油,在压缩过程中迅速完成(直喷)空气、油气的混合,之后火花塞跳火在短时间内完成混合气的燃烧。但柴油机则不同,柴油挥发量少且燃烧慢,压燃的只是雾柱外部挥发的少量与空气混合的油气。随着少量油气的燃烧提高了热量,使得雾柱蒸发变得强烈,雾化效果提高使得更多的柴油与空气完成混合,这样就能逐渐烧完所喷射的燃油。

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所以柴油机的燃烧过程是,压燃雾柱外部与空气混合的油气—升温提高雾柱内的柴油温度—新雾化的油气再与空气混合—继续被之前产生的火花点燃。因为柴油链长、偏重质,所以他的燃烧是缓慢的,也就是压燃、继续蒸发、继续混合、继续燃烧、继续蒸发的循环燃烧方式。因为喷射雾柱内始终处于过浓状态,从理论上看柴油机总是需要大量的空气,所以柴油机每循环的实际空燃比均大于理论空燃比。这就是柴油机运行时永远保持进气最大化的原因,等同于节气门全开状态。

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现在汽车已经普及,车友们对一些汽车相关知识也都很熟悉,很多车友都清楚车子的油门是控制进气量的?这种说法没错,但油门控制进气量仅仅局限于汽油车,而柴油车的油门则是控制喷油量。因为柴油的特性导致其没办法迅速地与空气形成均匀混合气,所以利用混合气量控制发动机工况是不现实也是不合理的,而用喷油质量来控制发动机工况则是可行的?

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柴油的燃点比汽油低,柴油机为什么不用点燃的方式?

虽然柴油的燃点比汽油低,但柴油机喷射出油雾后会表现出不同的状态。如上图示因为不易挥发的特性,雾柱内部永远呈现混合气过浓的状态,所以点不着。而因为实际空燃比始终高于理论空燃比,所以雾柱外部混合气永远呈现过稀状态,混合气过稀还是点不着。所以柴油机只能利用柴油自燃点低的特性去压燃来完成每个循环的燃烧。

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压燃有什么特殊性?可以这么说,压燃点火初始能量更大,更易于在稀薄混合气状态下完成火焰的传播。道理很简单,火花塞跳出的电火花只是单个着火点,在稀薄混合气状态下它所能点燃的混合气很少,极少量的火花蕴含的能量很少,在向外传播的过程中很容易熄灭。而压燃则不同,压燃可以理解为一层混合气被压燃,拥有无数的着火点、蕴含的能量更大,在稀薄状态下对外传播不容易熄灭,确保引燃所有混合气。

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实际上马自达二代创驰蓝天技术就是参照了柴油机的燃烧方式与原理,为了省油、低排放将压缩比拉到二倍过量空气系数,打造出空燃比接近30的超稀薄混合气(理想空燃比仅为14.7),上文提到过汽油机点火临界仅在7.4-19之间,空燃比接近30的混合气是根本不能点燃的,所以只能去压燃,同理柴油机同样不能用点燃的方式,所以柴油机的油门是控制喷油量的。

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