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柴油發動機的工作原理(上)

(李奧/大紀元)
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【大紀元2022年06月22日訊】(大紀元記者玉山編譯報導)柴油機是在汽油機的發明之後出現的。尼古拉斯·奧古斯特·奧託於1876年發明了汽油發動機並申請了專利。他的發明使用了四衝程燃燒原理,也稱為「奧托循環」,如今大多數汽車發動機的仍是基於這一原理運行。在早期,汽油機效率不高,蒸汽機等其他主要交通工具也表現不佳。在這些類型的發動機中使用的燃料,只有大約10%實際用於驅動車輛。其餘的燃料只是產生了無用的熱量。

1878年,魯道夫·迪塞爾(Rudolf Diesel)將大部分時間用於開發「燃燒動力發動機」並發明了一種效率更高的發動機。到1892年,Diesel獲得了我們現在所說的柴油發動機的專利。

幾十年來,柴油發動機以冒黑煙、有氣味和噪音大而著稱。雖然歐洲相當廣泛地採用了這項技術,但美國的大多數司機並不認同。雖然到了21世紀,柴油發動機變得更清潔、更安靜、甚至更高效,但由於2014年大眾柴油車醜聞,使得柴油燃料汽車在輿論中遭遇更大挫折。儘管如此,由於其久經考驗的效率,柴油機正在重新獲得一些地位。

柴油發動機與汽油發動機

從理論上講,柴油發動機和汽油發動機非常相似。它們都是內燃機,旨在將燃料中可用的化學能轉化為機械能。這種機械能使氣缸內的活塞上下移動,活塞連接到曲軸,活塞的上下運動(稱為線性運動)產生了使汽車車輪向前轉動所需的旋轉運動。

柴油發動機和汽油發動機都通過一系列爆炸或燃燒將燃料轉化為機械能。柴油發動機和汽油發動機之間的主要區別在於這些爆炸發生的方式。在汽油發動機中,燃料與空氣混合後進入燃燒室,然後被活塞壓縮到一定程度,被火花塞的火花點燃。然而在柴油發動機中,首先壓縮空氣到一定程度,然後噴射燃料進入燃燒室。空氣壓縮到相當高壓力時會變熱,其溫度足以點燃燃料。

柴油發動機與汽油發動機一樣使用四衝程燃燒循環。四個衝程分別是:

1) 進氣沖程:進氣門打開,讓空氣進入,活塞向下移動。

2) 壓縮衝程:活塞向上移動並壓縮空氣。

3) 燃燒衝程:當活塞到達頂部時,燃料在恰當的時刻噴射並點燃,迫使活塞回落。

4) 排氣沖程:活塞回到頂部,將燃燒產生的廢氣推出排氣門。

柴油發動機沒有點燃空氣和燃料換合體的火花塞。相反,它將燃料直接噴射到燃燒室(直接噴射)。點燃柴油發動機燃料的是壓縮空氣的熱量。

柴油發動機和汽油發動機之間的一大區別在於噴射過程。汽油發動機使用進氣道噴射(在進氣沖程之前噴射燃料)和直接燃料噴射的組合。進氣道噴射用於較低的發動機轉速,因為它具有更穩定的空氣和燃料混合物。直接噴射在更高的速度下使用,以提供更多的動力和更少的爆震機會。柴油發動機僅使用直接燃油噴射 – 柴油直接噴射到氣缸中。

柴油發動機上的噴油器是其最複雜的部件,並且仍然是柴油發動機研究的中心——在不同的發動機中,它可能位於不同的位置。噴油器必須能夠承受氣缸內的高溫高壓,並且必須以細霧的形式輸送燃料。使油霧在氣缸中循環以使其均勻分佈也是一個問題,因此一些柴油發動機採用特殊的進氣閥、預燃燒室或其他裝置來使燃燒室內的空氣旋轉或以其他方式改善點火和燃燒過程。(下週續)◇

責任編輯:鍾義雲

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