乘用車(chē)柴油機(jī)優(yōu)劣勢(shì)分析
http://www.diannaozhi.com 2013-01-30 09:41 中企顧問(wèn)網(wǎng)
本文導(dǎo)讀：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，氣缸燃燒溫度與汽油車(chē)相比也較低，相關(guān)零部件不易老化，零部件磨損也比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)小，壽命也相對(duì)要長(zhǎng)，所以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的故障率遠(yuǎn)低于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
一、優(yōu)勢(shì)分析
與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)熱效率高、油耗低、扭矩大、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)，而且廢氣中CO、CO2和HC排放相對(duì)低。因此柴油轎車(chē)在以下幾個(gè)方面具有優(yōu)勢(shì)：
1、更節(jié)能：高壓縮比，熱效率高
與同等排量的汽油車(chē)相比，柴油的壓縮比在18-23，汽油的為6-11，壓縮比越高，燃燒氣體膨脹越充分，燃料燃燒后所發(fā)出的熱能較多的轉(zhuǎn)換成了機(jī)械功，所以柴油機(jī)熱效率高。通常的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率為30%左右，非直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常為35%左右，而TDI直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油被直接噴射到燃燒室內(nèi)，其燃燒效率可以達(dá)到43%。因此柴油機(jī)能夠節(jié)油30%-45%以上。由于柴油轎車(chē)具有優(yōu)異的節(jié)油特性，行駛成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽油轎車(chē)。在原油價(jià)格持續(xù)上漲、國(guó)內(nèi)成品油價(jià)也不斷上調(diào)的情況下，汽車(chē)使用過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性無(wú)論對(duì)社會(huì)還是個(gè)人，都非常顯著。
2、低速大扭矩
同一排量的柴油機(jī)和汽油機(jī)，柴油機(jī)的功率要小于汽油機(jī)，而扭矩卻遠(yuǎn)高于汽油機(jī)。主要原因是由于其燃燒特性決定的：柴油由于較長(zhǎng)的分子鏈結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其燃燒速度較慢，且燃燒時(shí)間較長(zhǎng)。較慢的燃燒速度降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，較長(zhǎng)的燃燒時(shí)間使得發(fā)動(dòng)機(jī)獲得較大的扭矩，但由于轉(zhuǎn)速相對(duì)下降較多，所以根據(jù)公式：功率=扭矩*轉(zhuǎn)速即可得出，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的功率較低，但扭矩較大。
3、更環(huán)保
柴油車(chē)的CO2排放量比汽油車(chē)低30％以上，CO和HC化合物的排放也遠(yuǎn)低于汽油車(chē)，Nox排放與汽油車(chē)基本相當(dāng)。柴油車(chē)的顆粒物（PM）排放量要遠(yuǎn)高于汽油車(chē)，但是可以通過(guò)后處理系統(tǒng)中的顆粒捕集器（DPF）及NOx選擇性催化還原器（SCR）等技術(shù)在尾氣排入大氣之前減少或處理掉。而達(dá)到歐IV標(biāo)準(zhǔn)的柴油轎車(chē)，其排放的微小顆粒物和氮氧化合物已經(jīng)與汽油車(chē)非常接近。
4、安全優(yōu)勢(shì)
與汽油相比，柴油不易揮發(fā)，著火點(diǎn)較高，不易因偶然情況被點(diǎn)燃或發(fā)生爆炸，所以使用柴油比使用汽油更為穩(wěn)定。因此，柴油車(chē)在使用、維修過(guò)程中比汽油車(chē)安全得多。
5、可靠性高
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，氣缸燃燒溫度與汽油車(chē)相比也較低，相關(guān)零部件不易老化，零部件磨損也比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)小，壽命也相對(duì)要長(zhǎng)，所以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的故障率遠(yuǎn)低于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是壓燃而不是點(diǎn)燃，沒(méi)有高壓線(xiàn)圈、火花塞、分電器等復(fù)雜的高壓點(diǎn)火系統(tǒng)，當(dāng)然也不會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火系統(tǒng)的故障。由于這一特點(diǎn)，使得柴油車(chē)比汽油車(chē)也更加耐用。
二、劣勢(shì)分析
當(dāng)然，乘柴仍存在一些問(wèn)題，其中最突出的仍然是顆粒物和氮氧化物排放、振動(dòng)和噪聲問(wèn)題。
1、顆粒物排放問(wèn)題
柴油機(jī)排放的有害成分主要是顆粒物PM和NOx。PM生成的主要原因是由于燃燒不均勻,部分燃料燃燒不充分,在高溫缺氧條件下氧化、裂解而形成。柴油機(jī)顆粒物的組成包含兩大部分：一是由碳顆粒物(干碳煙DS)、硫酸鹽和灰顆粒組成的不溶性顆粒;另一組分主要是來(lái)源于未完全燃燒的燃料、機(jī)油及其中間產(chǎn)物或懸浮微粒組成的可溶性顆粒。
解決PM的方法現(xiàn)在主要是通過(guò)增壓中冷（減少PM產(chǎn)生）、高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)（減少PM產(chǎn)生）及排氣后處理系統(tǒng)（減少PM排放）。
2、NOx產(chǎn)生較多
NOx在一般在燃燒溫度大于2300k的富氧條件下生成,即在高溫富氧情況下生成的。同一溫度下,燃料混合氣越稀薄即空燃比越高,則生成NOx的量越高;同一燃料混合濃度下,燃燒溫度越高,生成NOx的量也越高。而當(dāng)燃燒溫度在1700k以下時(shí),生成NOx的速度很低。控制NOx的生成量,必須控制燃燒溫度,使燃燒放熱率沒(méi)有急速的峰值,控制燃燒放熱率的平穩(wěn)性。降低燃燒的初始溫度能大幅度地降低NOx的排放。
因此，減少NOx排放的主要方法是：中冷技術(shù)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)等。中冷技術(shù)主要是降低經(jīng)增壓器增壓后的空氣溫度，能減少NOx的生成。EGR是利用廢氣再循環(huán)，將部分廢氣引回氣缸，由于其具有惰性則將會(huì)延緩燃燒過(guò)程，從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過(guò)程放慢來(lái)降低燃燒溫度，從而減少NOx的生成。
3、振動(dòng)和噪聲問(wèn)題
盡管柴油機(jī)技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，但在振動(dòng)水平上與汽油車(chē)仍有一定差距，尤其在怠速工況時(shí)較為明顯。柴油車(chē)噪音較大主要是由于壓燃式的點(diǎn)火類(lèi)似于汽油機(jī)的爆震，導(dǎo)致噪音較大。解決乘柴噪音的問(wèn)題，目前主要通過(guò)好的發(fā)動(dòng)機(jī)艙隔音降噪技術(shù)來(lái)吸收前艙傳導(dǎo)噪音。在實(shí)際駕駛采用這種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)型的時(shí)候，基本上感覺(jué)不到與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)明顯的區(qū)別。
與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)熱效率高、油耗低、扭矩大、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)，而且廢氣中CO、CO2和HC排放相對(duì)低。因此柴油轎車(chē)在以下幾個(gè)方面具有優(yōu)勢(shì)：
1、更節(jié)能：高壓縮比，熱效率高
與同等排量的汽油車(chē)相比，柴油的壓縮比在18-23，汽油的為6-11，壓縮比越高，燃燒氣體膨脹越充分，燃料燃燒后所發(fā)出的熱能較多的轉(zhuǎn)換成了機(jī)械功，所以柴油機(jī)熱效率高。通常的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率為30%左右，非直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常為35%左右，而TDI直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油被直接噴射到燃燒室內(nèi)，其燃燒效率可以達(dá)到43%。因此柴油機(jī)能夠節(jié)油30%-45%以上。由于柴油轎車(chē)具有優(yōu)異的節(jié)油特性，行駛成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽油轎車(chē)。在原油價(jià)格持續(xù)上漲、國(guó)內(nèi)成品油價(jià)也不斷上調(diào)的情況下，汽車(chē)使用過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性無(wú)論對(duì)社會(huì)還是個(gè)人，都非常顯著。
柴油版和汽油版大眾高爾夫V百公里油耗對(duì)比
同一排量的柴油機(jī)和汽油機(jī)，柴油機(jī)的功率要小于汽油機(jī)，而扭矩卻遠(yuǎn)高于汽油機(jī)。主要原因是由于其燃燒特性決定的：柴油由于較長(zhǎng)的分子鏈結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其燃燒速度較慢，且燃燒時(shí)間較長(zhǎng)。較慢的燃燒速度降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，較長(zhǎng)的燃燒時(shí)間使得發(fā)動(dòng)機(jī)獲得較大的扭矩，但由于轉(zhuǎn)速相對(duì)下降較多，所以根據(jù)公式：功率=扭矩*轉(zhuǎn)速即可得出，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的功率較低，但扭矩較大。
3、更環(huán)保
柴油車(chē)的CO2排放量比汽油車(chē)低30％以上，CO和HC化合物的排放也遠(yuǎn)低于汽油車(chē)，Nox排放與汽油車(chē)基本相當(dāng)。柴油車(chē)的顆粒物（PM）排放量要遠(yuǎn)高于汽油車(chē)，但是可以通過(guò)后處理系統(tǒng)中的顆粒捕集器（DPF）及NOx選擇性催化還原器（SCR）等技術(shù)在尾氣排入大氣之前減少或處理掉。而達(dá)到歐IV標(biāo)準(zhǔn)的柴油轎車(chē)，其排放的微小顆粒物和氮氧化合物已經(jīng)與汽油車(chē)非常接近。
Passat柴油版和汽油版CO2排放量對(duì)比
柴油機(jī)和汽油機(jī)排放污染物對(duì)比
| 污染物種類(lèi) |
柴油機(jī) |
汽油機(jī) |
備注 |
| CO(%) |
<0.5 |
<10 |
汽油機(jī)是柴油機(jī)的20倍以上 |
| HC(ppm) |
<500 |
<3000 |
汽油機(jī)是柴油機(jī)的5倍以上 |
| NOx(ppm) |
1000-4000 |
2000-4000 |
二者相當(dāng) |
資料來(lái)源：中企顧問(wèn)網(wǎng)整理
4、安全優(yōu)勢(shì)
與汽油相比，柴油不易揮發(fā)，著火點(diǎn)較高，不易因偶然情況被點(diǎn)燃或發(fā)生爆炸，所以使用柴油比使用汽油更為穩(wěn)定。因此，柴油車(chē)在使用、維修過(guò)程中比汽油車(chē)安全得多。
5、可靠性高
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，氣缸燃燒溫度與汽油車(chē)相比也較低，相關(guān)零部件不易老化，零部件磨損也比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)小，壽命也相對(duì)要長(zhǎng)，所以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的故障率遠(yuǎn)低于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是壓燃而不是點(diǎn)燃，沒(méi)有高壓線(xiàn)圈、火花塞、分電器等復(fù)雜的高壓點(diǎn)火系統(tǒng)，當(dāng)然也不會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火系統(tǒng)的故障。由于這一特點(diǎn)，使得柴油車(chē)比汽油車(chē)也更加耐用。
二、劣勢(shì)分析
當(dāng)然，乘柴仍存在一些問(wèn)題，其中最突出的仍然是顆粒物和氮氧化物排放、振動(dòng)和噪聲問(wèn)題。
1、顆粒物排放問(wèn)題
柴油機(jī)排放的有害成分主要是顆粒物PM和NOx。PM生成的主要原因是由于燃燒不均勻,部分燃料燃燒不充分,在高溫缺氧條件下氧化、裂解而形成。柴油機(jī)顆粒物的組成包含兩大部分：一是由碳顆粒物(干碳煙DS)、硫酸鹽和灰顆粒組成的不溶性顆粒;另一組分主要是來(lái)源于未完全燃燒的燃料、機(jī)油及其中間產(chǎn)物或懸浮微粒組成的可溶性顆粒。
解決PM的方法現(xiàn)在主要是通過(guò)增壓中冷（減少PM產(chǎn)生）、高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)（減少PM產(chǎn)生）及排氣后處理系統(tǒng)（減少PM排放）。
乘柴高壓燃油噴射系統(tǒng)
噴油嘴噴射過(guò)程壓力變化曲線(xiàn)
乘柴顆粒撲集器效果對(duì)比
NOx在一般在燃燒溫度大于2300k的富氧條件下生成,即在高溫富氧情況下生成的。同一溫度下,燃料混合氣越稀薄即空燃比越高,則生成NOx的量越高;同一燃料混合濃度下,燃燒溫度越高,生成NOx的量也越高。而當(dāng)燃燒溫度在1700k以下時(shí),生成NOx的速度很低。控制NOx的生成量,必須控制燃燒溫度,使燃燒放熱率沒(méi)有急速的峰值,控制燃燒放熱率的平穩(wěn)性。降低燃燒的初始溫度能大幅度地降低NOx的排放。
因此，減少NOx排放的主要方法是：中冷技術(shù)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)等。中冷技術(shù)主要是降低經(jīng)增壓器增壓后的空氣溫度，能減少NOx的生成。EGR是利用廢氣再循環(huán)，將部分廢氣引回氣缸，由于其具有惰性則將會(huì)延緩燃燒過(guò)程，從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過(guò)程放慢來(lái)降低燃燒溫度，從而減少NOx的生成。
增壓中冷原理示意圖
奧迪3.0FSI發(fā)動(dòng)機(jī)中冷器
盡管柴油機(jī)技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，但在振動(dòng)水平上與汽油車(chē)仍有一定差距，尤其在怠速工況時(shí)較為明顯。柴油車(chē)噪音較大主要是由于壓燃式的點(diǎn)火類(lèi)似于汽油機(jī)的爆震，導(dǎo)致噪音較大。解決乘柴噪音的問(wèn)題，目前主要通過(guò)好的發(fā)動(dòng)機(jī)艙隔音降噪技術(shù)來(lái)吸收前艙傳導(dǎo)噪音。在實(shí)際駕駛采用這種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)型的時(shí)候，基本上感覺(jué)不到與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)明顯的區(qū)別。
長(zhǎng)城H6柴油版2.0T（12年款）和汽油版2.0L（11年款）噪音對(duì)比
與 柴油機(jī) 的相關(guān)內(nèi)容
