为什么很难设计出,高转速柴油发动机?
柴油车的仪表盘,和汽油车有很大的不同 , 最大的区别就在转速表上:汽油车的转速表最高可以显示7000-8000的数值,汽缸摩托车的最高转速可达15000转 , 而柴油车的转速表,最高转速通常在4000转左右 。
卡车转速表的最高转速仅为2800转,最经济的转速范围是通常为1,500rpm,不建议在高速范围内使用,很多人都疑惑:为什么汽油机的转速可以那么高,而柴油机的转速却那么低呢?如果柴油发动机也是为高速设计的,会发生什么情况?柴油发动机转速是否很低?
其实这个问题应该从两个角度来看 , 商用车和多用途车,使用的大排量、重型柴油机,乘用车使用的轻型柴油机,比如大众TDI车型,PSA对于AHDI车型都可以达到5000rpm,燃油-关闭速度约为5500rpm,事实上,涡轮增压汽油发动机大多具有6,000rpm左右的燃油切断转速,所以在乘用车领域,柴油机的转速并不低 。
在乘用车领域,柴油机和汽油机的转速已经非常接近了,但是 , 在大排量、重型柴油机的情况下,由于活塞、曲柄、曲轴等部件质量大,机器在运转过程中 , 产生的惯性力矩过大,因此不可能转得快 , 转得快身体受不了,这就是大排量、大功率的内燃机,甚至汽油机都不能很快旋转的问题,是需要和应用的区别 。
因为发动机正常运转的基本条件是,做功冲程有足够的时间,使混合气燃烧产生能量,例如发动机转速为8000rpm , 单缸做功冲程仅需0.225秒,对于汽油机来说时间足够,但对于柴油机来说就有点弱了 , 由于汽油容易着火,当汽油机运转时,它在进气冲程中开始混合汽油和空气 , 然后在压缩冲程中进一步混合 。
因此可以立即快速燃烧混合物,更高的内能和更早的爆发,推动活塞在柴油机中实现高油耗,但同时不可避免地引起更剧烈的振动,发动机的活塞和气缸,不是用导轨或其他方法刚性连接的 , 活塞进入圆形气缸,气缸壁之间有间隙 , 由于工作时振动强度大,活塞和气缸壁柴油机的“碰撞磨损”程度增加,低强度振动的汽油机会更小 。
所以柴油机不能设计成高速发动机,否则磨损会非常大 , 众所周知,柴油机的排量,比汽油机大30-40%,即使是同款车型,由于柴油机冲程长,活塞重,不能高速旋转,别无选择,只能依靠充值,增压器引入大量空气,增加氧气浓度,减少黑烟,燃烧更多燃料,产生扭矩 。
随着吸入气体量的增加 , 其吸收的热量也增加,燃烧温度降低,NOx也减少 , 柴油机涡轮增压器,不仅关乎性能,更是防止废气排放的一项必不可少的措施,因此 , 随着柴油机转速的提高,做功冲程的时间缩短(四个冲程所占用的时间缩短),导致柴油机燃烧极不完全 , 混合已经极度不均匀,如果缩短燃烧时间,会加剧混合不均匀的问题,最终导致压燃失败,即失火 。
【为什么很难设计出,高转速柴油发动机?】
所以柴油的粘度高、挥发性差,是影响速度的根本原因,当然高压共轨技术已经改善了很多问题,但是相对于汽油机可以上万甚至上万几千转,柴油机很难做到 。
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