解读汽车发动机（二） 汽油机VS柴油机

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能量:物质运动的量度。对应于物质的各种运动形式，也有各种形式的能量，可以相互交换，但总量不变。热力学中的能量主要是指热能和热能转化而来的机械能。我们汽车的发动机，是化石燃料中所含的化学能转化为机械能，从而驱动汽车。

如上所述，许多四冲程发动机分为两类:具有奥托循环特性的燃气发动机和汽油发动机，以及具有柴油循环特性的柴油发动机。现代的燃气发动机和汽油发动机基本相同。缸内直喷汽油机虽然结构发生了变化，但其工作机理仍在奥托循环内。为了便于解释，下文称它们为汽油机和柴油机。

说到发动机的原理，很多读者都会脱口而出:四冲程发动机分为吸气、压缩、做功、排气四个阶段。汽油机吸入混合气体，然后压缩到上止点，火花塞跳火点燃混合气体，燃烧工人推动活塞到下止点，然后向上排出废气。柴油机的不同之处在于，它吸入纯空气体，在上止点将柴油喷入压缩的热空气体中点燃做功。

但是我们有没有想过为什么汽油发动机需要火花塞？柴油机为什么不能喷汽油？为什么柴油机动力更强，更省油，但舒适性却差？好了，边肖在这篇文章中通过对比解释了汽油发动机和柴油发动机的工作原理。

表面上看，两种热机在进气和燃油的点火方式上存在差异。虽然看起来都是在烧油，在发力，但是就是活塞在顶部的几毫秒内发生的事情，使得两种发动机有不同的特点。这就是边肖经常提到的奥托循环和狄塞尔循环的区别。

两种循环工作状态及对应的p-v图，左侧为奥托循环，右侧为狄塞尔循环。

双循环工序

让我们从左边的奥托循环开始。如上图所示，P代表气缸内的压力，V代表气缸的内部容积。在A-B吸气冲程中，活塞向下吸气，燃料气体的压力几乎不变。B-C绝热压缩冲程，活塞向上运动压缩，增加气体压力。这时活塞确实对气体做功，消耗了机械能，增加了气体的内能；C-D定容燃烧过程中，气体突然燃烧，压力骤增，此时此刻，体积没有时间变化，所以可以视为定容变化，D-E绝热做功冲程，气体压力增大后，它使绝热膨胀推动活塞向下做功，同时自身消耗的内能转化为机械功，压力逐渐降低；E-B定容排气过程，在做功行程结束时，排气阀打开，气体压力突然下降，容积没有时间变化；B-A排气冲程，活塞因惯性继续向上运动，同时排出废气，此时压力恒定。

而C-D-E是作功冲程作为柴油循环的恒压燃烧。第一阶段，C-D是一个等压燃烧过程，柴油在燃烧，活塞在一定压力下运动，不改变压力但增加容积，燃料边燃烧边推动活塞做功，D-E是一个绝热做功冲程。其他阶段同上。当然，图中的p-v曲线是一种理想状态，实际工况有所不同。而高速柴油机作为乘用车，处于两个循环之间，燃烧过程分为两个阶段，前半段为定容燃烧，后半段为定压燃烧，满足了高速的要求，遵循了经典柴油机的特点。

你知道吗？/你知道吗？事实上，柴油比汽油更容易点燃。

汽油发动机和柴油发动机长期共存的原因是汽油和柴油两种燃料，所以有两种内燃机可以充分发挥不同燃料的特点。这看似无稽之谈，但也验证了“存在即合理”这句话。

汽油和柴油都是由含碳和氢的碳氢化合物组成的。汽油是由5-9个碳分子的碳氢化合物组成，而组成柴油的碳氢化合物的碳原子数是10-20。由于汽油分子比柴油小，汽油的挥发性更好，燃烧速度更快，但长链结构的柴油更容易被氧化，所以柴油的自燃点比汽油低。

比柴油更容易点燃？这似乎很难理解，但这是真的。我们把碳氢化合物比作普通的木头，那么汽油就像一堆锯末，可以在空气体中被吹走，慢慢下落，而柴油就像一根牙签，扔出去就会自由下落。用木屑火柴很难点燃，但是牙签很容易点燃。但是往火里扔木屑瞬间变成火，牙签至少能烧几秒钟。

这两款发动机并不是简单的压燃和点火的区别，这只是一个开始。

由于这些差异，两种发动机也有差异和特点。

汽油挥发比柴油快，所以汽油在吸气冲程中可以以混合气的状态进入气缸，而柴油不容易挥发形成混合气，所以只能在做功冲程开始前直接喷入气缸。

柴油的燃点比汽油低，所以柴油在高温高压的气缸内可以自燃；但是，如果汽油机采用压燃法，它必须有较高的压力，这样才能在较高的温度下点火。但由于汽油易挥发，挥发时会吸收大量热量，增加了再次压燃的难度，所以用火花塞点火是最合适的方式。

汽油比柴油燃烧更快，所以把汽油放在高温高压的环境中太猛，身体受不了这种火药脾气，所以需要降低气缸的压力，当被火花点燃时，气缸内的火焰以“波”的形式蔓延燃烧，这样也避免了爆燃的影响；但在高温高压空气体中，柴油燃料在多处同时燃烧形成火焰，即靠爆燃做功，工作状态相当粗糙。但由于柴油燃烧缓慢，虽然燃烧开始剧烈，但燃烧时间仍比汽油机长。

离题:这个油门不是另一个油门。

汽油机通过油门踏板改变节气门开度来控制进入气缸的混合气量，从而达到不同的动力输出；但柴油机的控制功率输出完全取决于喷油量，这才是真正的油门。如果取消油门，发动机的进气和燃烧会更加充分，这也是柴油机热效率较高的原因之一。

和2021年的途锐（查成交价|参配|优惠政策）一样。左柴油机的最高转速是6000 rpm，基本上是高不可攀的，而右汽油机的6000 rpm只是红线的开始。

汽油机和柴油机的优缺点。

点燃后，汽油机中的混合气瞬间燃烧并爆发出能量，因此单位时间内可以多次重复循环，高速输出大功率，这样体积小重量轻就能有更高的性能和更快的响应速度，较宽的速度范围也能带来更好的操控感受。但汽油机的压缩比往往只有柴油机的一半，在做功冲程时缸内温度和压力远低于柴油机，所以热效率相对较低，俗称“油耗”。

燃油喷入柴油机后，需要一定的时间才能燃烧，因此适合在较低的转速下充分燃烧燃油，带来很大的扭矩。为了对抗气缸内的高压和大扭矩，柴油发动机的气缸和活塞的连杆比汽油发动机的连杆更强，因此它们比汽油发动机的连杆更重。但正是因为高压缩比、低转速的特点，使得柴油机能够更好地将热量转化为动能，所以柴油机具有更好的热效率，也就是更好的油耗表现。这就是为什么汽车和赛车通常使用汽油发动机，而大型车辆，如公共汽车和卡车使用柴油发动机。

为了适应柴油机的工作条件，国内乘用车柴油机的缸体全部采用重铸铁制造。

柴油机的现状

随着技术的发展，柴油机的平顺性和体积都有了很大的提高，高强度铝气缸制造技术减轻了发动机的重量。废气后处理和颗粒物回收可有效减少废气污染；高压共轨燃油喷射和较低的压缩比可有效抑制噪音；平衡轴的应用提高了乘坐舒适性；VGT变截面涡轮和中冷器提升了发动机动力，乘用车上也逐渐配备了许多优秀的设计，这让柴油发动机有了与汽油发动机竞争的资本，其低碳排放和出色的低速扭矩被许多SUV甚至轿车所接受。

在欧洲，柴油车在乘用车中的比例已经达到了40%，而国产柴油发动机主要用于SUV车型。最近国产自主品牌柴油车也上市了。但目前我国柴油质量不够好，导致我国对柴油发动机重视不够。主要问题不是十六烷值高、硫含量高、多环芳烃超标等。如果中国柴油的质量能够提高，相信在油价飙升、环境恶化的情况下，中国人会逐渐接受柴油车。

大众奥迪共享的3.0T涡轮增压柴油发动机，重量与汽油发动机相当。与汽油机相比，动力稍逊一筹，但扭矩更强劲。

至此，本文接近尾声。但是看完第一篇文章，很多同学对以“Diesel”结尾的广告图片很感兴趣，于是边肖又放了一张原图给大家看。

这三位老人就是二战著名的三巨头——丘吉尔、罗斯福和斯大林。