什么是压缩比,为什么汽油机压缩比要增大,柴油机压缩比要减小?
未来的发动机会是什么样子?发动机燃烧方式这些年来都有什么新进展?
汽油机和柴油机如果会趋于一致……那么汽油和柴油会不会发展成一种油?一,什么是压缩比,为什么汽油机压缩比要增大,柴油机压缩比要减小?压缩比,题目中围绕的这个关键词,实际上反应了柴油机和汽油机的主要区别之一。那么什么是压缩比,指的是热机燃烧室最大体积与最小体积的比例。以柴/汽油机为例,燃烧室最小体积的位置就是活塞上行到最高处(被称作上止点,TDC),最大体积出现在活塞下行的最低位置(下止点,BDC),这两个位置对应的燃烧室/汽缸体积就被称为压缩比。
更大的压缩比,通常意味着更高的热效率,更低的油耗,但油耗并不是发动机性能的唯一追求。典型的汽油机,油和空气在进气道就混合(PFI,进气道喷射)进入汽缸后通过火花塞点燃(SI,火花塞点燃)。通常压缩比在对于汽油机而言,进气道就混合好的油气混合气一经点燃就会迅速燃烧,大的压缩比会导致汽油燃烧更加剧烈,引起发动机爆震,不仅影响燃烧效果,对机体也会有所损害。
随着汽油机缸内直喷技术的普及(DI,缸内直喷),汽油机在缸内直接喷射汽油,与空气预混合后再被点燃。汽油机的油气混合方式由均匀的混合气转变为部分预混的混合气,这使得这一团气体更加“耐压”了,因此压缩比也可以随之增大,提高输出性能与热效率。
而对于有着大压缩比的柴油机而言,柴油是直接喷入汽缸(DI),接着随着压缩被压燃(CI,压缩燃烧)。更大的压缩比会导致燃烧温度更高,在高温环境下容易产生的氮氧化物(NOx)就随之增多。随着排放法规的日益严格,压缩比适当的下降,有助于降低NOx排放。
以上的这一段,与无往的观点是一样的。之所以赘述,是想介绍粗体字的几个概念,用于引申回答汽油机和柴油机未来是不是会趋向于一致。这也是内燃机研究者们的感兴趣的热点方向。
二,未来的发动机会是什么样子?发动机燃烧方式这些年来都有什么研究进展?那么从汽油机的PFI SI到DI SI,到柴油机的DI CI,这中间会发生技术的融合让他们成为一种发动机么?最左侧是汽油机PFI SI (进气道喷射点燃)到DI SI(缸内直喷点燃),最右侧是柴油机的DI CI(缸内直喷压燃)。将汽油与柴油的特征结合,出现了中间的这幅图——火了十几年的HCCI(均质充量压燃),也就是将汽油均匀混合后,通过压缩着火的方式压燃。
HCCI全面着火、迅速的燃烧过程会让燃烧进行的快速而充分,高效率的同时,颗粒物与氮氧化物的排放同时降低。但HCCI可以压燃的工况范围太小,由于没有了火花塞,对于燃烧的开始时刻与燃烧过程也缺乏可以控制的手段。因此随着经年累月的研究,改造HCCI,成为了研究的热点方向:
汽油的燃烧速度要比柴油快得多,过高的压缩比会加剧其燃烧速度,这样会短时内释放很多的能量,引起发动机爆震。
更大的压缩比,通常意味着更高的热效率,更低的油耗,但油耗并不是发动机性能的唯一追求。
这主要是和发动机的控制系统和燃油标号有一定的关系
因为汽油发动机和柴油发动机的燃烧速率不一样,压缩比适用不同。