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  • 1 # 使用者5855820911097

    從自己以前寫的回答中華麗麗的貼一段過來。

    這個是4衝程汽油發動機

    這個是四衝程柴油發動機

    對於4衝程發動機(4-stroke engine)來說,第一個衝程是進氣衝程,進氣門開啟。第二個衝程是壓縮衝程,氣門關閉壓縮氣體。第三個衝程燃燒做功。第四個衝程排氣門開啟排放尾氣。活塞往復迴圈走兩次720度。

    不同的是,汽油機進氣的時候進入的是汽油和空氣的混合。而柴油機進入的只是空氣。然後在活塞壓縮氣體到上止點後,汽油機靠火花塞點燃油氣混合物,而柴油機直接噴油,由於壓縮氣體產生高溫,柴油噴進去之後直接燃燒。

    所以點燃方式的不同都產生了神馬影響呢?

    首先就是汽油和柴油的不同,汽油是短鏈(平均大概8個碳),柴油是長鏈(平均大概16個碳)。汽油需要在高溫下不自燃,如果在點火之後,由於壓縮空氣溫度上升,在火焰還沒燃燒還沒有傳播到位置(end gas)油氣混合物自燃了,就會產生爆震(knock)損壞發動機。柴油如果噴進去的時候在高溫下不自燃,發動機就會熄火(misfire)。這都是不行的。

    第二就是壓縮比的不同,導致熱效率(efficiency)的不同。壓縮比是指活塞在下止點是氣缸體積/活塞在上止點氣缸體積。根據某個我實在懶得貼上來的公式,壓縮比越高,熱效率越高。可是壓縮比越大,在壓縮衝程結束的時候缸內氣體溫度也越高。對於汽油機來說壓縮衝程缸內溫度太高不行的,會自燃爆震啊。可是柴油機後噴油就不存在這個問題了,溫度高好啊,反正就是要自燃麼。壓縮比的不同,就直接導致了柴油機的熱效率遠遠的大於汽油機。

    這就引出了第三點。柴油機熱效率比汽油機好那麼多,為什麼不都用柴油機算了呢?答案是多麼的簡單,因為柴油機髒啊,就是說排放不過關啊。為什麼柴油機排放大呢?首先是氮氧化物(NOx),根據另一個我懶得貼出來的公式,NOx的形成速率是跟溫度呈指數關係的,前面也說到柴油機壓縮比大所以燃燒溫度高,所以生成的NOx顯然更多。另一個就是碳煙(soot)啊,就是傳說中霧霾的元兇。汽油機中油氣是均勻混合的,所以反應過程中油氣充分接觸產生的soot相對很少。可是柴油機就不一樣了,油噴進去直接燃燒,根本來不及混合啊,所以接觸不到足夠空氣的油在高溫下直接熱解(pyrolysis)形成了soot。

    -------------華麗麗的貼完了-------------

    再來說Otto Cycle 和 Diesel Cycle 的區別:

    Otto Cycle 假定 Heat addition 過程中,也就是燃燒過程中,氣缸體積不變,可能是由於汽油機油氣預先混合,所以燃燒過程迅速,於是假定放熱過程氣缸體積不變。Diesel Cycle 則是假定放熱過程中氣缸中壓力不變,大概是由於汽油機是壓燃,一邊燃燒一邊有新的油噴進去,燃燒過程相對汽油機緩慢,所以假定燃燒過程中氣缸中壓力不變。

    這兩個 Cycle 只是理想模型而已,實際汽油機和柴油機的燃燒過程都是介於兩者之間的。

    於是我又華麗麗的上網盜圖了:

    大概就是這個樣子吧,實際上差別並不大。

    Good Night

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