为什么汽油发动机需要保持空燃比,而柴油发动机则不需要?


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这个简单的问题一直困扰着我。根据通过节流阀进入的空气量(通过质量空气流量/歧管绝对压力传感器测量)计算喷射到汽油发动机中的燃料量。然而,喷射到柴油发动机中的燃料量仅取决于踏板压力,并且空气能够自由地吸入气缸。这意味着在正常运行中柴油运行非常稀薄,汽油不断维持化学计量比(不考虑高负荷情况)。为什么汽油发动机在没有节流阀的情况下也不能倾斜,仅仅取决于喷射的燃油量?

Answers:


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听起来你已经知道为什么汽油发动机保持燃料/空气比尽可能接近化学计量比,但仅仅为了其他任何人的信息:化学计量燃料/空气比是燃烧所需的氧气量所有的汽油完全。“瘦”燃烧会留下一些氧气,“富”燃烧意味着汽油不会完全燃烧。

根据这个网站,柴油运行精益,因为

在柴油发动机中,燃料在压缩冲程结束附近喷射到燃烧室中并自发点燃。这是柴油发动机产生的燃烧声音的原因,这对每个读这本杂志的人来说都是音乐。当燃料和空气发生混合时,燃烧继续进行。该过程非常不均匀(因为燃料和空气在燃烧室中混合,它不像在进入汽缸盖之前产生混合物的燃气发动机那样均匀)。在燃烧期间形成烟灰,因为一些燃料在氧气不足的情况下燃烧,并且燃料的燃烧未完成。随着注入额外的燃料,产生越来越多的烟灰。因此,柴油发动机的空气/燃料比必须始终比化学计量更稀,以防止过量的烟雾。出于这个原因,改进的高输出柴油会吹黑烟,因为它单独为燃料提供燃料而不用担心烟灰的产生。与汽油发动机的汽缸相比,无烟柴油在汽缸中的燃料更少,因此柴油动力减少。

汽油在点燃之前注入,因此有时间更均匀地混合。柴油机在压缩冲程结束时喷射,因此它几乎在它有时间扩散到可用空气之前立即在压力下燃烧。如上所述,运行柴油机倾斜是为了减少产生的烟灰量,从而减少排放。


编辑

解决燃烧贫油的汽油发动机会发生什么问题。

将汽油注入发动机具有冷却效果。稀燃发动机的汽油量低于达到化学计量比所需的汽油,其运行温度高于以化学计量比运行的发动机或运行浓度为1的发动机。运行过于倾斜,您可能会发生过热以及发动机部件(如密封件)的额外磨损。在更高的压缩比下,稀燃发动机可以更加省油并且产生更少的碳排放。缺点是有更多的NOx排放需要比大多数现代车辆更复杂的催化转化器。

我还应该清理你的最后一句话。您的加速器连接到节流阀(直接或“通过电线驱动”)并控制允许多少空气进入发动机。它不直接控制注入多少汽油。质量流量传感器检测有多少空气进入发动机,将该信息传递给ECU,ECU控制注入多少燃料。无论您的汽车是精益还是丰富,都由ECU通过质量流量传感器,O2传感器和/或制造商或用户设置的输入决定。在化油器的时代,很容易调整发动机运行丰富或精益,但你需要特殊的设备来调整ECU中的设置。

顺便说一下,制造商或车主可能希望运行他们的发动机倾斜或富有与性能,冷却或燃料经济性有关的各种原因。


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烟尘减少方面取得了两项进展。首先,共轨柴油喷射系统具有非常高的轨道压力,从而提供更大的燃料雾化以更好地燃烧。其次,(在Duramax中看到)先导爆破在压缩冲程开始时喷射少量柴油燃料。该动作允许燃料在主喷射脉冲发生之前点燃并且已经燃烧。这减少了点火延迟时间,改善了燃烧。
vini_i 2015年

好吧,我会改写。如果我们通过直接控制喷射的燃油量来尝试运行汽油发动机真的像柴油一样倾斜会怎么样?只要有足够的氧气,汽油就会完全燃烧,那么为什么汽油发动机的氧气太多会不好?
我不知道我

@ IhavenoideawhatI'mdoing,我会编辑我的回复以解决这个问题。
泊松鱼

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混合物的倾斜程度也存在物理极限,并且仍然可以通过火花点火来点燃。(看看本田的分层点火系统)因为柴油使用空气作为点火源,所以没有这样的问题。
vini_i 2015年

编辑补充的两个问题:1)点火温度过高(超过~1700°F IIRC)时会产生NOx排放; 2)大多数现代车辆都有催化转换器,可以补偿NOx排放。这些被称为只猫,因为它们可以消除三种主要污染物(CO和HC是另外两种)。
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

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我很惊讶没有人具体提到它,但答案是引爆。泊松鱼很接近,但气缸温度升高引起的额外磨损并不是主要问题。主要问题是额外的热量导致汽油在火花之前自燃并破坏电机。

柴油机不会遇到这个问题,因为它基本上可以按照这个原则运行 - 柴油一进入汽缸就会点燃。

我的猜测是,如果汽油具有更高的辛烷值,那么从技术上讲,我们可以像柴油一样运行它。


我同意爆炸是主要问题,特别是在涡轮增压汽油发动机中,进入发动机的空气温度更高。然而,长时间的稀薄燃烧(不引爆)可能同样有害,特别是对于通常不设计用于承受增加的热量的排气阀。
Nick G

这可能是个问题 - 它们不是为了解决这个问题而设计的。他们可能是。
我不知道我

制造汽油发动机应对这种热量将使其像柴油发动机一样昂贵,并且它也会像柴油发动机一样具有相同的排放问题。
Ian Ringrose 2016年

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如果你在进入汽缸之前将柴油与空气混合,然后在正常(柴油发动机)压缩冲程中将其压缩,它肯定会在你到达上死点之前引爆。然而,在正常操作中,柴油被喷射到汽缸中并在其离开喷射器时燃烧并与加热的空气接触。只有进入燃烧室的柴油才会点燃。因为没有其他燃料存在,所以没有任何东西可以引爆。火花点火发动机准备好燃烧室中存在的所有燃料和空气,并等待火花开始点火。然后火焰前锋从火花塞向外移动。如果压力太高或温度太高或者在圆筒中存在热点,则整个燃料空气混合物可以立即引爆。作为旁注: - 柴油实际上可用于火花点火发动机。我们曾经有一辆带有小型汽油箱和大型柴油或煤油油箱的拖拉机。你开始使用汽油,当发动机预热时切换到柴油,然后在关闭之前切换回汽油,以确保化油器中的汽油准备好下次启动。不可能在柴油上冷却,并且在热时不能在汽油上运行良好。我相信压缩比高于普通汽油,但低于普通柴油,汽油会在你换柴油之前温度升高时引起爆炸。确保化油器中的汽油准备好下次启动。不可能在柴油上冷却,并且在热时不能在汽油上运行良好。我相信压缩比高于普通汽油,但低于普通柴油,汽油会在你换柴油之前温度升高时引起爆炸。确保化油器中的汽油准备好下次启动。不可能在柴油上冷却,并且在热时不能在汽油上运行良好。我相信压缩比高于普通汽油,但低于普通柴油,汽油会在你换柴油之前温度升高时引起爆炸。


我不相信混有空气的柴油会引爆,因为有太多的空气和很少的柴油(假设你没有踩油门踏板)。有一个最佳的燃烧空燃比范围,柴油发动机工作的唯一原因是接近注入点AFR是最佳的,即使全球它是如此倾斜,它不会燃烧。
juhist

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其他答案未能注意到空燃比取决于您测量的位置。因此,即使在整个气缸上平均的空燃比是稀的(如果混合物是均匀的,那么燃烧就不可能燃烧),非常接近喷射点,它非常浓(非常浓,燃烧不是'在可能的情况下,并且从注射点开始进一步是化学计量的,因此燃料燃烧。

实际上,汽油发动机不需要保持化学计量的空燃比。有直接喷射汽油发动机,如柴油机。直喷式汽油发动机同样具有非常接近于喷射点的浓空燃比,但是稍微远一点,它是化学计量的,因此燃料燃烧,即使全局空燃比可以是稀的。

然而,稀空燃比的问题在于氧气太多,使得空气中的氮气可能燃烧成各种氮氧化物。产生的NOx是一种污染物,并且将来会阻止所有使用稀空燃比的发动机符合规定,除非使用某种SCR系统。因此,除非您喜欢手动添加SCR流体,否则将来唯一的选择将是化学计量引擎。


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因为在火花点火发动机中限制气流是控制发动机转速的唯一方法。通过仅改变燃料而不限制气流来控制发动机的RPM是困难的。这是因为在火花点火发动机中,点火开始于火花塞所在的位置并且远离该点行进。而在压缩点火发动机中,一旦注入燃料,点火就开始。直喷式压缩点火发动机也不是均匀混合物,因为在点火之前燃料不允许足够的时间在燃烧室中混合。您可以在柴油发动机内的摄像头的YouTube视频中看到这一点。在视频中,您可以看到燃料从喷射器喷嘴喷出时点燃的痕迹。此外,当我还是个孩子的时候,我有一台旧的割草机,而且我常常使用混合调节螺丝,并且通过使发动机运转更加精简,我可以在不实际移动节流板的情况下实现更高的转速。我真的不明白为什么更稀薄的燃料混合物产生更高的温度,但可能是因为燃料液滴之间的距离更大,因为每个液滴中的每个液滴都可以给予更多的燃烧时间,从而产生更多的燃料热,但我不确定这只是一个理论。


实际上,直接喷射发动机可以通过仅改变燃料来改变RPM。然后注射点靠近火花塞。
juhist


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空气

柴油发动机不使用节流板进行空气控制,节流板始终打开。

这意味着柴油发动机总是吸入最大量的空气,并且动力由供应的燃料量来调节。使用汽油发动机节流板控制进入发动机的空气量,该量将根据负载而变化,因此需要控制空燃比。

希望有所帮助。

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