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論述柴油機(jī)和汽油機(jī)最大的區(qū)別
發(fā)布時(shí)間:2022-05-22 13:32:32  ▏閱讀:


 

新聞主題

柴油發(fā)電機(jī)與汽油機(jī)有什么差別

 

摘要:說(shuō)起汽油發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)的區(qū)別,很多人都會(huì)說(shuō)當(dāng)然知道,不就是燃料的點(diǎn)燃方式不同嗎,汽油發(fā)電機(jī)是點(diǎn)燃的,柴油發(fā)電機(jī)是壓燃的。汽油發(fā)電機(jī)比柴油發(fā)電機(jī)多了一套點(diǎn)火系統(tǒng),所以汽油發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)比柴油發(fā)電機(jī)復(fù)雜。這些說(shuō)的都沒(méi)錯(cuò),但是不夠全面,今天康明斯發(fā)電機(jī)廠家從更專業(yè)更權(quán)威的角度為您解析汽油機(jī)和柴油機(jī)到底有何不同。

 

柴油發(fā)電機(jī)是個(gè)利用汽缸內(nèi)燃燒柴油所產(chǎn)生的高溫高壓的燃?xì)鈦?lái)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)器。它的主要構(gòu)造與汽油發(fā)電機(jī)大致相同,所不同的是柴油發(fā)電機(jī)氣缸頂部無(wú)火花塞而有噴油嘴。它的工作過(guò)程與汽油發(fā)電機(jī)大致相同,也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán),在一個(gè)循環(huán)內(nèi),曲軸和飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周,對(duì)外做功一次。以下為柴油發(fā)電機(jī)和汽油發(fā)電機(jī)之間差異的注意特征:



一、燃油的區(qū)別


眾所周知,柴油和汽油都是石油提煉物之一,它們主要以碳?xì)浠衔锘旌衔锍霈F(xiàn),汽油與柴油分子上區(qū)別是中碳原子數(shù)不同,構(gòu)成不同相對(duì)分子質(zhì)量。煉制汽油與柴油最簡(jiǎn)便的方法是利用沸點(diǎn)不同直接進(jìn)行分餾,依次得到石油氣-汽油-煤油-輕、重柴油-渣油。換句通俗話來(lái)說(shuō),提煉汽油的過(guò)程必定提煉出柴油,柴油與汽油就是同一個(gè)媽生,只是柴油晚一點(diǎn)出世而已。

(1)汽油與柴油相比要輕很多,一般汽油的密度0.725g/ml,而柴油的密度是0.83~0.855g/ml(柴油標(biāo)號(hào)越高密度越低),同時(shí)柴油的粘度更高,不容易汽化。

(2)汽油的主要成分是異辛烷,而柴油的主要成分是是含9到18個(gè)碳原子的鏈烷、環(huán)烷或芳烴,一般用十六烷值來(lái)表示。比起汽油來(lái),柴油含有更多更長(zhǎng)的碳原子鏈。生產(chǎn)柴油時(shí)的精煉過(guò)程較少,所以柴油比汽油便宜。

(3)柴油比汽油有更高的能量密度。平均算來(lái),每升的柴油含有的能量是每升的汽油含有能量的1.2倍。再加上柴油發(fā)電機(jī)的熱效率更高,所以柴油發(fā)電機(jī)比汽油發(fā)電機(jī)的油耗要低很多。

在大家的印象中,汽油更容易燃燒,所以汽油的燃點(diǎn)低。事實(shí)上汽油的燃點(diǎn)是427℃,而柴油的燃點(diǎn)是220℃,柴油的燃點(diǎn)更低。這也是柴油發(fā)電機(jī)可以使用壓燃式的理論依據(jù)之一。由于汽油更容易汽化,所以汽油的燃燒速度更快,而柴油的燃燒速度相對(duì)較慢。


發(fā)電機(jī)組熱效率.png

汽油和柴油對(duì)比

 

二、壓縮比的區(qū)別


汽油發(fā)電機(jī)吸入燃料與空氣的混合物并將其壓縮,然后通過(guò)火花將混合物點(diǎn)燃。柴油發(fā)電機(jī)只吸入空氣并將其壓縮,然后將燃油噴入壓縮空氣。壓縮空氣產(chǎn)生的熱量就能將燃油點(diǎn)燃。汽油發(fā)電機(jī)的壓縮比為8:1至12:1,而柴油發(fā)電機(jī)的壓縮比為14:1,甚至能達(dá)到25:1。由于柴油發(fā)電機(jī)具有更高的壓縮比,因此效率也更高。

可以看出,柴油發(fā)電機(jī)的壓縮比要遠(yuǎn)高于汽油發(fā)電機(jī)。一般來(lái)說(shuō),壓縮比越高,發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率就越高,那么汽油發(fā)電機(jī)為什么不可以將壓縮比做大一點(diǎn)呢?這主要是因?yàn)椋偷娜紵俣群芸欤绻麎嚎s比過(guò)大,汽油和空氣的混合氣被壓縮的過(guò)于猛烈,在燃燒過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)爆燃。這是一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)害處極大的燃燒狀態(tài)。在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),壓縮比與燃料的匹配,主要就是看是否會(huì)發(fā)生爆燃。所以,汽油發(fā)電機(jī)的壓縮比相對(duì)較低,就是為了避免爆燃?!?/span>

 

汽油機(jī)和柴油機(jī)點(diǎn)火方式區(qū)別.png

 

三、缸徑的區(qū)別


一般汽油發(fā)電機(jī)的氣缸直徑都不超過(guò)100mm,。而柴油發(fā)電機(jī)的氣缸直徑很大,一些船用發(fā)動(dòng)機(jī)可以做到一米多。這究竟是為什么呢?答案還是與汽油和柴油的燃燒特性有關(guān)。汽油發(fā)電機(jī)使用的是火花塞點(diǎn)火的方式點(diǎn)燃混合氣的。如果氣缸的直徑過(guò)大,氣缸中的末端混合氣就會(huì)在火焰前鋒到達(dá)前發(fā)生燃燒,即爆燃。所以汽油發(fā)電機(jī)的缸徑不能做得過(guò)大。而柴油發(fā)電機(jī)使用的是壓燃式的方式來(lái)點(diǎn)燃混合氣的,在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生多個(gè)火焰中心,不存在爆燃這種說(shuō)法。所以柴油發(fā)電機(jī)的缸徑做的很大也無(wú)所謂。

  

 

 

四、活塞行程的區(qū)別

 

柴油發(fā)電機(jī)機(jī)進(jìn)氣行程中吸入純空氣。壓縮行程時(shí),柴油油壓會(huì)提高到10MPa以上,再通過(guò)噴油器噴入氣缸,在很短時(shí)間內(nèi)與壓縮后的高溫空氣混合,形成可燃混合氣。由于柴油發(fā)電機(jī)壓縮比高(一般為16-22),所以壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)空氣壓力可達(dá)3.5-4.5MPa,同時(shí)溫度高達(dá)750-1000K(而汽油發(fā)電機(jī)在此時(shí)的混合氣壓力會(huì)為0.6-1.2MPa,溫度達(dá)600-700K),大大超過(guò)柴油的自燃溫度。因此柴油在噴入氣缸后,在很短時(shí)間內(nèi)與空氣混合后便立即自行發(fā)火燃燒。氣缸內(nèi)的氣壓急速上升到6-9MPa,溫度也升到2000-2500K。在高壓氣體推動(dòng)下,活塞向下運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)而作功,廢氣同樣經(jīng)排氣管排入大氣中。

活塞的行程越大,發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就越大,但是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低。一般汽油發(fā)電機(jī)燃燒速度快,趨向于使用短行程、高轉(zhuǎn)速;而柴油發(fā)電機(jī)燃燒速度慢,趨向于使用長(zhǎng)行程、低轉(zhuǎn)速。所以一般同排量的汽油發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī),柴油發(fā)電機(jī)相對(duì)更高一些,就是這個(gè)原因。同時(shí)由于柴油發(fā)電機(jī)壓縮比高,工作壓力大,所以柴油發(fā)電機(jī)的零部件都經(jīng)過(guò)加強(qiáng),比較笨重。


 

內(nèi)燃機(jī)類型
汽油機(jī)
柴油機(jī)
主要燃料
汽油
柴油
構(gòu)成
氣缸、活塞、連桿、曲軸、進(jìn)氣門、排汽門
火花塞
噴油嘴
一、吸氣沖程
進(jìn)氣門開(kāi),排氣門關(guān),活塞由最上端向下運(yùn)動(dòng)
吸入汽油和空氣混合物    
吸入空氣
二、壓縮沖程
進(jìn)、排汽門都關(guān)閉,活塞由最下端向上運(yùn)動(dòng),汽紅內(nèi)溫度升高,氣壓增大
三、做功沖程
燃料燃燒,產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)猓苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)對(duì)外做功
點(diǎn)燃式
壓燃式
四、排氣沖程
進(jìn)氣門關(guān),排氣口開(kāi),活塞由最下端向上運(yùn)動(dòng),排出廢氣
效率、功率
低、小
高、大

 

五、燃燒方式的區(qū)別


柴油發(fā)動(dòng)機(jī)跟汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程一樣,每個(gè)工作步驟都會(huì)經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程。不過(guò)柴油發(fā)電機(jī)的燃料,粘度比汽油大,不易蒸發(fā),但自燃溫度比汽油低,所以柴油發(fā)電機(jī)點(diǎn)火方式與汽油發(fā)電機(jī)不同。汽油發(fā)電機(jī)采用點(diǎn)燃式,而柴油發(fā)電機(jī)采用壓燃式。那么為什么汽油發(fā)電機(jī)不能采用壓燃式呢?大家知道,發(fā)動(dòng)機(jī)工作有四個(gè)行程,分別是進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣。當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于壓縮上止點(diǎn)時(shí),缸內(nèi)溫度可以達(dá)到500~800℃。由于柴油的燃點(diǎn)是220℃,所以此時(shí)噴入柴油,在很短時(shí)間內(nèi)與空氣混合后便立即自行發(fā)火燃燒;而汽油發(fā)電機(jī)的缸內(nèi)溫度只有300~400℃,但是汽油的燃點(diǎn)是427℃,所以此時(shí)即使噴入汽油,汽油也不會(huì)燃燒,必須使用火花塞點(diǎn)火來(lái)引燃它。因此汽油發(fā)電機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)壓燃的。

有人說(shuō),現(xiàn)在的汽油發(fā)電機(jī)也使用了缸內(nèi)直噴的技術(shù)了,這不就跟柴油發(fā)電機(jī)一樣了嗎!其實(shí)二者還是有區(qū)別的。汽油缸內(nèi)直噴是在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣行程結(jié)束、壓縮行程開(kāi)始就開(kāi)始噴入汽油,汽油與空氣是在整個(gè)壓縮行程中充分混合的,當(dāng)?shù)竭_(dá)上止點(diǎn)時(shí)火花塞點(diǎn)火燃燒;而柴油發(fā)電機(jī)噴油是在壓縮行程終了時(shí)才開(kāi)始的,噴入的柴油立即發(fā)火燃燒,柴油與空氣的混合是不均勻的。所以,汽油發(fā)電機(jī)的空燃比一般嚴(yán)格控制在14.7:1,而柴油發(fā)電機(jī)的空燃比可以高達(dá)20:1。

 

燃燒加熱模式-發(fā)電機(jī)組.png

燃燒效率比示意圖

六、熱效率的區(qū)區(qū)別

 

汽油發(fā)電機(jī)通常使用汽化作用,即在空氣進(jìn)入氣缸或油口之前,空氣與燃油早已混合;或使用油口燃油噴射,即在開(kāi)始進(jìn)氣沖程(氣缸外)之前噴射燃油。柴油發(fā)電機(jī)采用直噴式,即柴油被直接噴入氣缸。由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比是高于汽油發(fā)電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的,所以其燃油轉(zhuǎn)化率也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽油發(fā)電機(jī)的,能獲得更高的燃燒效率,所以柴油發(fā)電機(jī)的熱效率一般高于汽油發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)階段,汽油發(fā)電機(jī)的熱效率普遍在30%~40%之間,而柴油發(fā)電機(jī)可以達(dá)到35%~45%。

  

 

發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒熱率特征.png

發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒熱率特征曲線

 

 

七、扭矩的區(qū)別

 

大家都知道,柴油發(fā)電機(jī)更“有勁”,其實(shí)是指發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩更大。如果對(duì)比同排量的汽油發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī),會(huì)發(fā)現(xiàn)汽油發(fā)電機(jī)的功率更大,但是柴油發(fā)電機(jī)的扭矩更大。這主要是因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)的壓縮比大,活塞行程大,所以可以發(fā)出較大的扭矩。但是由于轉(zhuǎn)速低,所以功率并不大。柴油發(fā)電機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)就是可以在較低的轉(zhuǎn)速下發(fā)出較大的扭矩,所以一般大型發(fā)電機(jī)組采用柴油機(jī)來(lái)做主動(dòng)力。

 

八、使用成本的區(qū)別

 

(1)耗油量區(qū)別

相比起汽油發(fā)電機(jī),柴油發(fā)電機(jī)具有燃油消耗率低(平均比汽油發(fā)電機(jī)低30%),而且柴油價(jià)格較低,所以燃油經(jīng)濟(jì)性較好;同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般比汽油發(fā)電機(jī)來(lái)得低,扭距要比汽油發(fā)電機(jī)大,但其質(zhì)量大、工作時(shí)噪音大,制造和維護(hù)費(fèi)用高,同時(shí)排放也比汽油發(fā)電機(jī)差。但隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,柴油發(fā)電機(jī)的這些缺點(diǎn)正逐漸的被克服。

(2)燃油價(jià)格區(qū)別

由于柴油較重,所以蒸發(fā)很慢。比起汽油來(lái),它含有更多更長(zhǎng)的碳原子鏈(汽油一般是C9H20,而柴油一般是C14H30)。生產(chǎn)柴油時(shí)的精煉過(guò)程較少,所以柴油比汽油便宜。柴油比汽油有更高的能量密度。平均算來(lái),3.8升的柴油含有約155x106焦耳能量,而3.8升的汽油含有132x106焦耳。這一優(yōu)勢(shì)結(jié)合柴油發(fā)電機(jī)更高的效率,說(shuō)明了柴油發(fā)電機(jī)比汽油發(fā)電機(jī)運(yùn)行費(fèi)用低的原因。


九、排放污染的區(qū)別

 

汽油機(jī)的排放物應(yīng)為二氧化碳(CO2)、氮(N2)和水(H2O)。但汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作過(guò)程中,混合氣燃燒往往是不完全的,燃燒生成物除了以上三種之外,還有炭氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOX)、鉛化物以及二氧化硫等。柴油機(jī)排放特點(diǎn)是碳顆粒物和氮氧化物(NOx)排放量多而一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)排放量少。而氮氧化物是全球目前需要治理的主要目標(biāo),于是從綜合性來(lái)看上柴油機(jī)污染大于汽油機(jī)。

 

 柴油機(jī)和汽油機(jī)燃燒室區(qū)別.png

廢氣排放差異示意圖

 


 


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