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既然汽油車的油門控制進氣量,為什麼柴油車的油門卻控制噴油量?

眾所周知汽油車的油門控制的是進氣量,系統再結合進氣量去計算噴油量,而柴油機卻完全不同。柴油車的油門是控制噴油量,而非進氣量,為何同屬內燃機卻存在這樣的差異呢?過去的很多柴油機甚至連節氣門都沒有,那麼下面就來說說汽油機與柴油機所存在的不同。

既然汽油車的油門控制進氣量,為什麼柴油車的油門卻控制噴油量?

汽油機與柴油機在改變發動機輸出狀態時會採用不同的調節方式。汽油機透過進入燃燒室的混合氣量來改變發動機的輸出狀態,而節氣門就是控制進氣量、噴油量的關鍵,這種調節稱之為“量調節”。而柴油機則是透過噴入燃燒室的燃油量來調節發動機的輸出狀態,至於進氣量永遠保持在最大值。

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即便是配備節氣門的柴油機,啟動後節氣門時刻保持最大開度,這種調節方式為“質調節”。之所以汽油機、柴油機要採用兩種截然不同的調節方式,主要和汽油、柴油的物理化學特性差異有關,比如汽油短鏈,含有的碳原子少,比較稀等等。而柴油則是長鏈烴,高粘度,不容易與空氣混合等等,這些差異導致了調節層面上的不同。

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汽油、柴油存在哪些差異

汽油:易揮發、易與空氣混合,燃點427度左右,自燃點高達510度。

柴油:不易揮發、難與空氣均質混合,燃點為220度,自燃點300-320度左右。

實際上汽油無論是燃點或自燃點都比柴油要高,但為什麼在朋友們的印象中汽油更容易點燃、更容易引發爆炸,但柴油卻不容易點燃或爆炸呢?重點不在於燃點、熱值上的高低,關鍵在於揮發特性。要知道液態燃料本身是不能燃燒的,而發生燃燒則是因為液體燃油產生了揮發,揮發成的油氣與空氣混合後才能燃燒。

汽油遇明火極容易燃燒甚至爆炸,關鍵在於其強大的揮發能力。而柴油不易被明火點燃則因為其較差的揮發性,揮發性差與外界的大量空氣接觸就會形成稀薄混合氣,也就是空燃比超高的混合氣,這樣的混合氣是點不著的。所以柴油在常溫、常壓下直接用明火很難點燃(注意是難點燃),這也是為何馬自達二代創馳藍天技術要用壓燃的原因,超稀薄狀態下的汽油混合氣也難以點燃。

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汽油機工況的控制方式

汽油機為什麼要採用量調節,也就是為什麼透過控制進氣量來控制噴油量?說到底就是因為汽油的易揮發性,節氣門開啟進氣量放大,噴油嘴在噴出燃油後可以迅速與空氣完成較為均勻的混合氣,也就是說空氣量的大小對與混合氣濃度(空燃比)的影響是很直接且迅速的。所以汽油機需要用節氣門去控制進氣量,再透過進氣量計算出噴油量,避免混合氣的過濃或過稀,導致點不著。

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因為汽油機存在“點火臨界”,也就是隻有在過量空氣係數為0。5-1。3之間時(相當於空燃比7。4-19之間),才能被點燃。所以汽油機不能像柴油機那樣保持進氣最大化,因為汽油太容易與空氣形成均勻混合。如像柴油機那般進氣保持最大化,汽油機只能時刻保持噴油最大化。因為油噴少了,必然導致混合氣過稀點不著,可全程最大化噴油是根本不現實的,總不能讓汽油機全程以額定功率去輸出,對吧?

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柴油機執行工況的控制方式

汽油機不能透過全程進氣最大化來調節執行工況?那為什麼柴油機卻可以始終保持進氣最大化呢(有節氣門的柴油機只要點火,節氣門時刻保持全開)?原因在於柴油過於黏稠不易揮發,噴入燃燒室的霧狀燃油是沒辦法與空氣均勻混合的,無論油量有多低、空氣量有多高,霧柱內部、附近永遠呈現混合氣過濃的狀態。

汽油機完成燃燒的過程是吸氣、噴油,在壓縮過程中迅速完成(直噴)空氣、油氣的混合,之後火花塞跳火在短時間內完成混合氣的燃燒。但柴油機則不同,柴油揮發量少且燃燒慢,壓燃的只是霧柱外部揮發的少量與空氣混合的油氣。隨著少量油氣的燃燒提高了熱量,使得霧柱蒸發變得強烈,霧化效果提高使得更多的柴油與空氣完成混合,這樣就能逐漸燒完所噴射的燃油。

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所以柴油機的燃燒過程是,壓燃霧柱外部與空氣混合的油氣—升溫提高霧柱內的柴油溫度—新霧化的油氣再與空氣混合—繼續被之前產生的火花點燃。因為柴油鏈長、偏重質,所以他的燃燒是緩慢的,也就是壓燃、繼續蒸發、繼續混合、繼續燃燒、繼續蒸發的迴圈燃燒方式。因為噴射霧柱內始終處於過濃狀態,從理論上看柴油機總是需要大量的空氣,所以柴油機每迴圈的實際空燃比均大於理論空燃比。這就是柴油機執行時永遠保持進氣最大化的原因,等同於節氣門全開狀態。

既然汽油車的油門控制進氣量,為什麼柴油車的油門卻控制噴油量?

現在汽車已經普及,車友們對一些汽車相關知識也都很熟悉,很多車友都清楚車子的油門是控制進氣量的?這種說法沒錯,但油門控制進氣量僅僅侷限於汽油車,而柴油車的油門則是控制噴油量。因為柴油的特性導致其沒辦法迅速地與空氣形成均勻混合氣,所以利用混合氣量控制發動機工況是不現實也是不合理的,而用噴油質量來控制發動機工況則是可行的?

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柴油的燃點比汽油低,柴油機為什麼不用點燃的方式?

雖然柴油的燃點比汽油低,但柴油機噴射出油霧後會表現出不同的狀態。如上圖示因為不易揮發的特性,霧柱內部永遠呈現混合氣過濃的狀態,所以點不著。而因為實際空燃比始終高於理論空燃比,所以霧柱外部混合氣永遠呈現過稀狀態,混合氣過稀還是點不著。所以柴油機只能利用柴油自燃點低的特性去壓燃來完成每個迴圈的燃燒。

既然汽油車的油門控制進氣量,為什麼柴油車的油門卻控制噴油量?

壓燃有什麼特殊性?可以這麼說,壓燃點火初始能量更大,更易於在稀薄混合氣狀態下完成火焰的傳播。道理很簡單,火花塞跳出的電火花只是單個著火點,在稀薄混合氣狀態下它所能點燃的混合氣很少,極少量的火花蘊含的能量很少,在向外傳播的過程中很容易熄滅。而壓燃則不同,壓燃可以理解為一層混合氣被壓燃,擁有無數的著火點、蘊含的能量更大,在稀薄狀態下對外傳播不容易熄滅,確保引燃所有混合氣。

既然汽油車的油門控制進氣量,為什麼柴油車的油門卻控制噴油量?

實際上馬自達二代創馳藍天技術就是參照了柴油機的燃燒方式與原理,為了省油、低排放將壓縮比拉到二倍過量空氣係數,打造出空燃比接近30的超稀薄混合氣(理想空燃比僅為14。7),上文提到過汽油機點火臨界僅在7。4-19之間,空燃比接近30的混合氣是根本不能點燃的,所以只能去壓燃,同理柴油機同樣不能用點燃的方式,所以柴油機的油門是控制噴油量的。

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