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柴油发动机为什么比汽油机更省油?

发布日期:2018-12-14 浏览次数:100

我们系统地讲解了为什么柴油发动机会比汽油发动机更有劲儿?简单来说,从表面现象来看,多数人能接触到的柴油机的扭矩都是比汽油机大的,但是,非常颠覆多数人认知的是,柴油机的扭矩比汽油机更大,其实是因为相同情况下柴油发动机的扭矩更小!(具体详见上篇文章)当然,这样颠覆大家常规认知的结论,其实是很难被接受的!而在留言里,也有很多朋友表示了对这个结论的强烈质疑。然鹅,真理往往掌握在少数人手里,正如大家下面将要看到的,坊间传闻的柴油发动机省油的原因,其实也离真相非常遥远!

 主流互联网上关于柴油机省油的原因其实非常简单粗暴,号称为柴油机的“压缩比高”,那么事实到底是什么样的呢?答案其实很简单,柴油发动机的压缩比确实比汽油发动机高,但,柴油机因为这个“高”压缩比因素而带来的相对汽油发动机的节油优势,基本可以忽略不计。


       为什么是这样?乍一听,这完全不符合一般人的认知,因为在大众眼中,柴油发动机使用的是压燃,压缩比高,高压燃油直接喷射入气缸,燃烧压力和温度都比汽油机更高,妥妥的效率更高。但是,这只是根据表面现象毫无科学根据的民科式臆想。


       为了把事情简化,让我们梳理一下发动机的总效率由什么决定?首先是理论效率,这个由压缩比和燃烧方式决定。其次是指示效率,这个主要由热损失决定。最后就是机械效率,主要由控制方式决定。最后,我们上面提到的几点影响的是发动机的效率,如果我们谈论的是发动机的百公里油耗,则还需要考虑燃油的密度。

       在理论效率方面,就乘用车发动机而言,柴油机的压缩比通常在16-18,而汽油机基本在10-11。乍一看,压缩比高这么多,柴油机的效率要高很多。但是,90%以上的人忽略的是,柴油机的压燃燃烧方式,在热力学循环上是迪赛尔循环,也就是等压燃烧,而汽油机的燃烧是奥托循环,也就是等体积燃烧。这里的关键在于后者的燃烧速度要比前者快很多,而燃烧速度快就意味着效率高(等于提升了压缩比),因为这样动力在更接近上止点的位置被释放出来能更多地被转化为机械功。也就是说,虽然柴油机的压缩比高,但是燃烧的速度太慢(等压燃烧是热力学放热现象,对应直喷压燃的扩散燃烧),里外里其实抵消了高压缩比带来的优势。所以准确地说,柴油发动机压缩比高但是燃烧速度慢,汽油机压缩比低但是燃烧速度快,所以汽油机燃烧方式(火焰传播燃烧,也就是更接近等体积燃烧,也就是更快的放热)弥补了其因为较低压缩比带来的纸面效率上的劣势。这部分是绝大多数人都没有正确理解的。


       柴油发动机真正比汽油发动机省油的第一点决定性因素,其实是它的燃烧更加“稀薄”。因为我们上篇文章提到的柴油发动机“扩散燃烧”(也就是压燃)的运作原理,导致柴油发动机要比汽油机(在最大扭矩的工况还)要少喷25%的油,这就导致柴油发动机的最高燃烧温度是低于汽油机的(2500k以上vs.2000k以上),这也就意味着柴油发动机的热损失更少。就这一项,柴油机效率会比汽油机高10%左右(就指示效率而言,柴油机45%,汽油机40%是比较实际的数值),而这个10%是最大扭矩工况下,在日常驾驶的发动机工作区间,这个效率的优势其实是更大的。

       最后,因为没有节气门,在日常行驶的综合工况下(发动机中低转速和扭矩),柴油发动机的机械效率要比汽油机高很多,作为一个粗略的估算,这个效率的优势在10-20%。再考虑我们之前提到的柴油本身的密度比汽油要高10%左右,那么就百公里油耗而言,柴油机比汽油机省30-40%的油,就非常顺理成章了。

       所以做个总结,柴油发动机比汽油发动机显著节油(-30%以上),主要是因为燃烧更为稀薄/没有节气门(压燃燃烧导致控制喷油就可以了不需要节气门)/柴油密度比汽油更高,这三点主要的原因,和压缩比并没有什么太大的关系。相信这个听起来非常违反常规认知的结论,应该还会得到大家的质疑!不过没有关系,真理都是越辩越明的,有意义的讨论反而能够促进更多人对这些问题的认知!

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