這實際上是汽油機與柴油機在工況調節方式中的一個最重要的區別:汽油機是量調節,柴油機是質調節。
所謂“量調節”,即利用節氣門開度控制進入氣缸的可燃混合氣量,從而改變發動機負荷大小。而“質調節”則是指透過調整噴油量改變發動機負荷,也就是柴油機所使用的調節方式。
題主的問題,我理解是等同於問“汽油機可不可以質調節”,這個問題不是個廢問題,相反,反而是內燃機控制,特別是汽油機電控研究中一個挺有意思的研究方向。
我這裡給不出一個明確的答案,只能先談一談我對於為什麼汽油機當前只能是量調節方式的理解。汽油機與柴油機調節方式的巨大差異,本質上來源於汽油與柴油在理化性質上的差別。內燃機是讓燃料在燃燒室內燃燒,進而將工質的熱力學能轉化為機械能的裝置,內燃機的核心問題就是燃料的燃燒問題。
需要注意,液體燃料不燃燒,燃燒過程發生在氣相工質中,也就是說,無論是汽油還是柴油,發生燃燒的一定是蒸發後的氣態燃油,著火區域一定發生了氣態燃油與氧氣的混合。
汽油為短鏈烴類,碳原子數一般在5到12之間,自燃溫度較高,難自燃,但易於點燃,所以汽油機會採用火花塞點火方式引燃,燃燒起始時刻可控;揮發性強,易於與空氣形成均質混合氣,可以較精確地令缸內混合氣實現化學計量空燃比混合,燃料燃燒更充分。但對於點燃式內燃機,存在一個“著火界限”的問題:無論混合氣過濃或過稀,都會導致電火花放電之後,缸內並不能形成火焰中心,進而導致火焰熄滅。對於汽油,濃限為0.5,稀限為1.3(此數值計算方法與過量空氣係數計算相同)。因為汽油機空燃比基本固定,所以調節進氣量就是調節噴油量,也就是所謂“量調節”了。
柴油碳鏈長,自燃溫度低,易自燃,不易點燃,所以柴油機採用壓燃方式;黏度高,不易揮發,難於與空氣均質混合,在氣缸內的燃燒過程實質上是“邊蒸發、邊混合、邊燃燒”,對於柴油機而言,燃燒室內混合氣分佈非常不均勻,霧注內始終過濃,因此,柴油機需要大量吸入新鮮空氣,令缸內總的空燃比大於理論空燃比,以儘可能使缸內燃油能得到充足的氧氣維持燃燒。由此可見,柴油機的工況調節完全依賴於缸內噴油量的多少,而對於進氣量則不做控制,因為缸內空氣量總是富餘的。
此外,汽油機空燃比之所以固定,還有另一個原因:三元催化。三元催化器正常工作的前提是過量空氣係數要等於1,這樣才能保證催化效率。
所以,汽油機採用量調節的原因,就是汽油性質、燃燒方式以及排氣後處理要求鎖住了空燃比,如果能突破這些限制,汽油機質調節或許也不是不可能實現吧。
對了,研究汽油機質調節時還有另外一個因素可能也需要考慮:爆震。進氣量太大,壓縮終了缸內溫度壓力過高,汽油機可能發生爆震。
最後附幾張圖吧,來自周龍保《內燃機學》
這實際上是汽油機與柴油機在工況調節方式中的一個最重要的區別:汽油機是量調節,柴油機是質調節。
所謂“量調節”,即利用節氣門開度控制進入氣缸的可燃混合氣量,從而改變發動機負荷大小。而“質調節”則是指透過調整噴油量改變發動機負荷,也就是柴油機所使用的調節方式。
題主的問題,我理解是等同於問“汽油機可不可以質調節”,這個問題不是個廢問題,相反,反而是內燃機控制,特別是汽油機電控研究中一個挺有意思的研究方向。
我這裡給不出一個明確的答案,只能先談一談我對於為什麼汽油機當前只能是量調節方式的理解。汽油機與柴油機調節方式的巨大差異,本質上來源於汽油與柴油在理化性質上的差別。內燃機是讓燃料在燃燒室內燃燒,進而將工質的熱力學能轉化為機械能的裝置,內燃機的核心問題就是燃料的燃燒問題。
需要注意,液體燃料不燃燒,燃燒過程發生在氣相工質中,也就是說,無論是汽油還是柴油,發生燃燒的一定是蒸發後的氣態燃油,著火區域一定發生了氣態燃油與氧氣的混合。
汽油為短鏈烴類,碳原子數一般在5到12之間,自燃溫度較高,難自燃,但易於點燃,所以汽油機會採用火花塞點火方式引燃,燃燒起始時刻可控;揮發性強,易於與空氣形成均質混合氣,可以較精確地令缸內混合氣實現化學計量空燃比混合,燃料燃燒更充分。但對於點燃式內燃機,存在一個“著火界限”的問題:無論混合氣過濃或過稀,都會導致電火花放電之後,缸內並不能形成火焰中心,進而導致火焰熄滅。對於汽油,濃限為0.5,稀限為1.3(此數值計算方法與過量空氣係數計算相同)。因為汽油機空燃比基本固定,所以調節進氣量就是調節噴油量,也就是所謂“量調節”了。
柴油碳鏈長,自燃溫度低,易自燃,不易點燃,所以柴油機採用壓燃方式;黏度高,不易揮發,難於與空氣均質混合,在氣缸內的燃燒過程實質上是“邊蒸發、邊混合、邊燃燒”,對於柴油機而言,燃燒室內混合氣分佈非常不均勻,霧注內始終過濃,因此,柴油機需要大量吸入新鮮空氣,令缸內總的空燃比大於理論空燃比,以儘可能使缸內燃油能得到充足的氧氣維持燃燒。由此可見,柴油機的工況調節完全依賴於缸內噴油量的多少,而對於進氣量則不做控制,因為缸內空氣量總是富餘的。
此外,汽油機空燃比之所以固定,還有另一個原因:三元催化。三元催化器正常工作的前提是過量空氣係數要等於1,這樣才能保證催化效率。
所以,汽油機採用量調節的原因,就是汽油性質、燃燒方式以及排氣後處理要求鎖住了空燃比,如果能突破這些限制,汽油機質調節或許也不是不可能實現吧。
對了,研究汽油機質調節時還有另外一個因素可能也需要考慮:爆震。進氣量太大,壓縮終了缸內溫度壓力過高,汽油機可能發生爆震。
最後附幾張圖吧,來自周龍保《內燃機學》