大货车用柴油机真的是因为它扭矩大吗?
问到点子上了。
内燃机分活塞式内燃机和燃气轮机,还有个转子发动机我不知道咋归类。燃气轮机是喝油式的工作,主要用于航空航天领域。活塞式内燃机就是我们常见的各种军民用发动机,有两冲程、四冲程、六冲程几种,这里只说四冲程内燃机。
柴油和汽油是四冲程内燃机的两种重要燃料,两种燃料的单位热值近似,汽油的成分为c5~c12的烷烃类物质,柴油则是c9~c22的烃类混合物。学过化学的知道,这其中的C是碳,也就是说两者组成物中碳原子数不同,汽油成分的碳原子数明显低一些。那我们可以简单的理解成碳原子少的物质分子轻,就易挥发为气体,反之柴油就会稳定保持液态形式。
这就是汽柴油的主要区别。即:汽油轻一些,闪点低(-43 °c),易挥发且常温易燃;柴油重一些,闪点高(55 °c),相对稳定常温不易燃。所以加油站按升加油,不按克。
针对这两者的特性,神奇的人类就发明了有针对性的汽油机和柴油机:对易燃的汽油设计出了低压缩比的点燃式汽油机,对稳定的柴油设计出了高压缩比的压燃式柴油机。原理先别急,后面有讲解。
汽柴油机工作时都是把油料雾化成气体喷入气缸,而气体的燃点并不固定,体积压缩会使气压升高,而降低燃点。这是气体的特性。柴油机的压燃式工作原理即基于此。
气体被压缩就引入了压缩比这个概念。压缩比是活塞在上下止点时的气缸容积比。先说数据,现在汽油机压缩比普遍在8~12,柴油机在16~22。
这里有个词叫爆震,定义为油料在气缸达到压缩行程上止点前就燃烧。这不就产生反向力了嘛,为什么产生爆震呢?就在压缩比上。刚才说了汽柴油的特性,汽油挥发性高暴燥易燃,但燃点高(427 °c),所以要用火花塞点燃;柴油虽不易挥发不易点燃但燃点低(220 °c),所以可以通过高压降低燃点而压燃,神奇不。那当汽油压过头了,没等点呢,先自燃了就是爆震。所以决定了汽油只能限制压缩比12以内(绝大多数在11以内),柴油在22以内。
知道原理了再讲区别。
汽油机扭矩低,功率高,设计复杂能效低。
柴油机扭矩高,功率低,设计简单转速低。
柴油机的工作特点是压缩比高,导致活塞行程长,这就决定了柴油机无法高转,不然会抖的厉害。高压缩比同样意味着高做功行程,这使得同样燃烧量的汽柴油,柴油做功更多,所以柴油机有高扭矩是天生的。厂家在设计柴油机时需要考虑增大缸体强度以适应其做功能力。同时柴油机因为设计结构简单,不需要汽油机那些复杂的凸轮轴气门点火系统正时系统等等等等,使得柴油机的热效率明显高于汽油机。上世纪六十年代起,涡轮增压技术介入柴油机,通过多年技术整合发展,柴油机的热效率进一步提高,目前已有50%以上的量产型号。这直接导致了柴油机的油耗辗压。有资料显示商用车柴油机比汽油机省油近30%。
近十年来汽油机涡轮增压技术开始普及,由此汽油机的压缩比也有所增加,使得汽油机的参数飞速上升。通过特定调校,中等排量的汽油机在低速扭矩及最大功率上均能超过柴油机。如奔驰M139高功率版扭矩500,功率400匹,这是个特例,是以牺牲油耗为代价的高参数;其它厂家量产产品也都普遍在扭矩350,功率250匹上下。而量产版2.0T柴油机普遍400扭矩110左右功率。不同应用场景有不同的调校,汽柴油发动机分别在自己适合的领域占据主导地位,所以不能简单地说汽油机已超过柴油机。
商用车普遍大排量,要的是效率,柴油机的简单结构极其适合商用,而且转速低带来的工作温度也低,保养起来也容易。假设汽油机也做大排量商用,那整个发动机会占据巨量体积,不利于装车,且油耗惊人,发热量更惊人。十几升排量的汽油机,到那时几十上百吨的大货车零百加速10秒内,想想都刺激,货甩一地。。。。。。
如今的货车,扭矩已超千牛,超级重卡甚至直逼3000牛。
所以说,货车用柴油机是在于柴油机的研发特点,低速扭矩高、结构简单,易保耐用加省油。当然柴油机缺点也一大堆,环保排放就是个硬伤,这也是乘用车放弃柴油机的原因。另外,抖动,噪音,水温低不利于冬季。
天然气或柴气双燃料发动机,其实是以汽油机或柴油机为基础,换个燃料和调校而已。相比汽柴油机而言在环保排放方面完全辗压,且燃料经济性更优。不足之处主要在温度控制和燃料供应上,北方地区目前比较普及,南方分布较少。但技术在近年逐步进步,商用应用范围逐年扩大,未来可期。