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柴油发动机的工作原理(上)

(李奥/大纪元)
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【大纪元2022年06月22日讯】(大纪元记者玉山编译报导)柴油机是在汽油机的发明之后出现的。尼古拉斯·奥古斯特·奥托于1876年发明了汽油发动机并申请了专利。他的发明使用了四冲程燃烧原理,也称为“奥托循环”,如今大多数汽车发动机的仍是基于这一原理运行。在早期,汽油机效率不高,蒸汽机等其他主要交通工具也表现不佳。在这些类型的发动机中使用的燃料,只有大约10%实际用于驱动车辆。其余的燃料只是产生了无用的热量。

1878年,鲁道夫·迪塞尔(Rudolf Diesel)将大部分时间用于开发“燃烧动力发动机”并发明了一种效率更高的发动机。到1892年,Diesel获得了我们现在所说的柴油发动机的专利。

几十年来,柴油发动机以冒黑烟、有气味和噪音大而著称。虽然欧洲相当广泛地采用了这项技术,但美国的大多数司机并不认同。虽然到了21世纪,柴油发动机变得更清洁、更安静、甚至更高效,但由于2014年大众柴油车丑闻,使得柴油燃料汽车在舆论中遭遇更大挫折。尽管如此,由于其久经考验的效率,柴油机正在重新获得一些地位。

柴油发动机与汽油发动机

从理论上讲,柴油发动机和汽油发动机非常相似。它们都是内燃机,旨在将燃料中可用的化学能转化为机械能。这种机械能使气缸内的活塞上下移动,活塞连接到曲轴,活塞的上下运动(称为线性运动)产生了使汽车车轮向前转动所需的旋转运动。

柴油发动机和汽油发动机都通过一系列爆炸或燃烧将燃料转化为机械能。柴油发动机和汽油发动机之间的主要区别在于这些爆炸发生的方式。在汽油发动机中,燃料与空气混合后进入燃烧室,然后被活塞压缩到一定程度,被火花塞的火花点燃。然而在柴油发动机中,首先压缩空气到一定程度,然后喷射燃料进入燃烧室。空气压缩到相当高压力时会变热,其温度足以点燃燃料。

柴油发动机与汽油发动机一样使用四冲程燃烧循环。四个冲程分别是:

1) 进气冲程:进气门打开,让空气进入,活塞向下移动。

2) 压缩冲程:活塞向上移动并压缩空气。

3) 燃烧冲程:当活塞到达顶部时,燃料在恰当的时刻喷射并点燃,迫使活塞回落。

4) 排气冲程:活塞回到顶部,将燃烧产生的废气推出排气门。

柴油发动机没有点燃空气和燃料换合体的火花塞。相反,它将燃料直接喷射到燃烧室(直接喷射)。点燃柴油发动机燃料的是压缩空气的热量。

柴油发动机和汽油发动机之间的一大区别在于喷射过程。汽油发动机使用进气道喷射(在进气冲程之前喷射燃料)和直接燃料喷射的组合。进气道喷射用于较低的发动机转速,因为它具有更稳定的空气和燃料混合物。直接喷射在更高的速度下使用,以提供更多的动力和更少的爆震机会。柴油发动机仅使用直接燃油喷射 – 柴油直接喷射到气缸中。

柴油发动机上的喷油器是其最复杂的部件,并且仍然是柴油发动机研究的中心——在不同的发动机中,它可能位于不同的位置。喷油器必须能够承受气缸内的高温高压,并且必须以细雾的形式输送燃料。使油雾在气缸中循环以使其均匀分布也是一个问题,因此一些柴油发动机采用特殊的进气阀、预燃烧室或其他装置来使燃烧室内的空气旋转或以其他方式改善点火和燃烧过程。(下周续)◇

责任编辑:钟义云

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