開過柴油車的朋友一定會發現這樣的情況:柴油車發動機轉速普遍比汽油車低。
比如上圖,這是國外奧迪A3柴油版的儀錶盤,可以看到發動機最高轉速為6000轉,而在4500轉的時候已經達到紅線區域了。
而同汽油版發動機最高轉速可以達到8000轉,6000轉才進入紅線區域。這還是普通家用車的水平,一些性能車使用的汽油發動機轉速可以輕鬆過萬。最簡單的例子就是各種摩託車,發動機轉速普遍都能超過一萬轉。
為什麼柴油機轉速那麼低呢?這主要和柴油機的燃燒方式有關。
汽油機:預製混合氣,火花塞點火,燃燒速度快
小時候都放過鞭吧,紅紙裡卷一點藥,兩頭堵死,點燃後藥迅速燃燒,產生的高溫高壓氣體沒地方跑了,只能把紙給撐破,然後發出「啪啪」的響聲。
而汽油機燃燒大概也是這麼個樣子,在吸氣衝程和壓縮衝程,氣缸裡的汽油就在拼命蒸發並與空氣均勻混合,混合好以後氣缸裡就充滿了優質的可燃氣體。這時候只需要火花塞「叭」給個火花,混合氣體立馬就開始迅速燃燒,產生高溫高壓的膨脹氣體。好在氣缸沒被堵死,活塞還能動,所以膨脹氣體就把力氣都用在活塞上,活塞被推動,發動機就動起來了。
發動機想轉快點怎麼辦呢?把節氣門開大啊,多噴點油啊,這樣氣缸裡混合氣更多,燃燒膨脹的威力更大,推動活塞更有力更快,那轉速不就起來了麼。
柴油機:壓燃,燃燒速度慢
除了鞭炮,我們一定還玩過上圖這種東西,俗稱呲花。它點著后里面的藥是一點點從外向內開始燒的,所以玩的時間長點兒。前面的燒完了後面的接著燒,速度慢了一點,但是燃燒時間長,能多玩兒一會兒。
柴油機的燃燒就和呲花很像,進氣衝程只吸氣,壓縮衝程也只壓縮空氣,壓縮衝程末端氣缸裡的空氣被劇烈壓縮,溫度非常高。這時候噴油嘴打開了,把柴油噴進去,由於氣缸裡的溫度已經達到柴油自燃溫度了,所以柴油噴進去後先噴進去的開始蒸發、與空氣混合、燃燒,前面燒著的同時後面的繼續往裡噴,遇到高溫後繼續蒸發、混合、燃燒。產生的能量也能推動活塞,發動機就轉起來了。想讓轉速提高怎麼辦呢?多噴點油就行。
燃燒方式和轉速有什麼關係?
本質上就是燃燒速度在起作用。你想啊,發動機轉速越高,留給每個衝程的時間是不是越短?時間越短那麼燃料燃燒速度是不是就要快一點?
汽油機由於點火前氣缸裡已經充滿了均勻的混合氣,只要一個火花就能讓混合氣以接近爆炸的速度迅速完成燃燒,所以汽油發動機轉速高一點燃料也有充足的時間完成燃燒。
而柴油機就不行了,它是一邊噴油一邊燃燒,轉速太高的話做工衝程沒那麼多時間讓你慢慢燒,所以柴油機轉速就沒辦法達到太高。而且柴油機最大扭矩一般都出現在偏低轉速,一旦轉速提起來由於燃燒速度慢其扭矩反而會迅速衰退。
下面來點真實的圖片
這些圖片都是通過一定的技術手段,利用高速攝像機記錄下來的發動機內部真實燃燒過程。
這是慢動作下的汽油機內部燃燒過程,可以對比一下火焰傳播和燃燒的速度與活塞運行的速度。
而這個是柴油機內部的噴油、燃燒過程,可以看到先是柴油被高壓噴入氣缸,然後先噴入的柴油在鏡頭看不到的地方開始著火,與此同時噴油嘴仍然在噴油,接下來火焰出現在鏡頭中,此時氣缸裡可以明顯看到還有很多柴油沒有燒完,剩下的柴油在高溫下繼續蒸發、混合、燃燒。比起汽油機,這速度簡直弱爆了。
以後再有人問你,柴油機轉速怎麼那麼低,你知道該怎麼回答了吧?