為什麼汽車燒汽油、卡車燒柴油、飛機燒煤油、船燒重油?

1JackyQ(超級汽車工程師):

起初,人們把石油是放在一起燒的。

夢溪筆談中就有記載,稱其煙大,但是未來必定大行於世。

工程師認為,純淨的東西是好的,於是他將這一坨黑黑的東西加熱。

為什麼汽車燒汽油、卡車燒柴油、飛機燒煤油、船燒重油?

首先揮發出來的是燃料氣,工程師覺得它是好的,於是用瓶子裝起來,用來做飯、化工原料和爐子的燒焙,這是

第一天

然後揮發出來的是汽油,工程師覺得它是好的,於是把它放在了高速汽油機之中,因為它燃燒速度快,反應迅速,熱值高,非常適合轉速飛快的點火式高速輕型汽油機,用來製造出小巧安靜的汽車,這是

第二天

接著揮發出來的是石腦油、石蠟油等,工程師覺得它們本質是好的,提純出了煤油,於是用他們點亮人的家庭、作為飛機發動機的燃料,這是

第三天。

最後揮發出來的是柴油,工程師覺得他有點髒,但是他狀態穩定,發熱量大。工程師將他弄乾淨後用在高壓縮比的柴油機上,伴隨著轟鳴聲在需要苦力的地方工作,這是

第四天

最後留在鍋底的是重油,工程師用滾子攪了半天也搞不清楚裡面到底有些什麼,工程師覺得他們是不好的。他把其中流動性好的部分拿來做鍊鋼、蒸汽鍋爐的燃料直接燒掉,把流動性不好部分鋪在地面上,叫做瀝青,這就是

第五天

為什麼汽車燒汽油、卡車燒柴油、飛機燒煤油、船燒重油?

工程師說,各種燃料要根據自己的特點,選擇自己的領域燃燒和工作,這樣才能萬物有序,道法自然,各從其類,事情就這樣成了。

2何先生(發動機優秀回答者 工程師):

近來饒有興趣把所有大部分答案看了一下,發現都在表達這麼一個思想“汽油用在汽車上,柴油用在卡車上是因為物盡其用”,以及這麼一個思想“汽油適合高速運轉的小汽車,柴油力氣大,適合卡車”。

對此我深深不以為然。這道題扯什麼排放油耗熱值,以及柴油燃燒後力量大等等是不對的。

容我細細講來:

柴油機的發明:

1892年魯道夫狄塞爾發明了壓縮式內燃機,這種機器的設計理念有二:

一是為了解決當時蒸汽機的熱效率低問題,所以狄塞爾將柴油機設計成了高壓縮比高膨脹比的機器,以提高熱效率。

二是為了取締內燃機的火花塞,因為火花塞工作在高溫高壓的環境,極易損壞,到如今科技如此發達,火花塞仍然是易損件,因此當時火花塞工作可靠性低,狄塞爾為了解決這個問題,想到不使用火花塞點燃燃油,而是靠活塞壓燃燃油。

因此,在這種背景下:高壓縮比的壓燃式內燃機誕生了。

為什麼汽車燒汽油、卡車燒柴油、飛機燒煤油、船燒重油?

為什麼選擇柴油:

第一,雖然壓燃式的內燃機壓縮比比汽油機高,但是仍然不能夠直接壓燃汽油,相比汽油,柴油容易壓燃多多了。

第二,壓燃式內燃機當時首選是植物油,但是由於成本太高,所以後來也放棄。

第三,在以上兩點沒走通情況下,狄塞爾先生才選擇了柴油作為這種壓燃式內燃機的燃料,並一直到現今。

為什麼卡車多是柴油機:

第一,過去的卡車並不都是柴油機,而是以汽油機為主

第二,卡車的使用性質決定的。卡車並不需要天天飆車,而是老老實實拉貨,不追求速度,而是力量。這與柴油機的特性剛好吻合。柴油機的結構,決定了柴油機天生力量大,尤其是低速扭矩,而不是因為燒柴油力量大,柴油機扭矩大跟使用柴油沒有關係。

為什麼汽車燒汽油、卡車燒柴油、飛機燒煤油、船燒重油?

為什麼家用小轎車多用汽油機:

第一,早期的柴油機沒有高壓共軌,往往是黑煙滾滾;同時壓縮比大,振動和噪音特別大,機械強度也大,維修頻繁;同時柴油機輕量化很差,體積龐大,這與家用轎車的設計理念是不符合的,所以早期家用轎車以汽油機為主。但是現在,柴油版轎車太多了。

第二:汽油機壓縮比低,工作噪音振動小,乘客坐在車廂不至於體驗太差;體積小,所以汽車不至於設計得很大;同時對於需要高速飆車的小汽車,汽油機膨脹比小,很容易達到較高轉速,因此縱觀之下,家用小汽車選擇了汽油機。

最後:Conclusion

柴油機多用在卡車上,汽油機多用在乘用車上,是由於柴油機和汽油機個各自的特性決定的,也是卡車和乘用車使用特性決定的,屬於雙向選擇,跟柴油汽油沒有關係。

柴油機使用柴油,汽油機使用汽油,則是柴油機與汽油機各自的選擇,也是燃料的特性決定的,也是雙向選擇。

3王軍亮(能源與動力工程):

學內燃機的來答一發,只能回答前兩個問題,

首先來分析一下樓主的問題,為什麼汽車燒汽油,卡車燒柴油,其實什麼車燒什麼油不能一概而論,同一種車型也有可能搭載不同型別的發動機,比如我們都知道一些越野車,SUV等出於各種考慮會有柴油機版本,而且汽車這個統稱總在此處太寬泛,

所以我們可以把問題改成為什麼汽油機燒汽油,柴油機燒柴油。

這樣更準確一點。

在回答之前我們先來了解一下汽油和柴油有什麼不同

汽油:密度小,易揮發,自燃點為415-530℃,相對於柴油蒸發性好,粘度小,燃燒主要排放物為(CH。 COx。 NOx。 )

柴油:汽油相比,具有餾分重,自燃點低(200-300℃),粘度大,相對密度大,蒸發性差,使用較安全,燃燒主要排放物為(CH, COx。 NOx。 微粒碳煙PM )

為什麼汽車燒汽油、卡車燒柴油、飛機燒煤油、船燒重油?

在石油蒸餾過程中,按照沸點不同,柴油可分為輕柴油(沸點範圍180-370℃)和重柴油(沸點範圍350-410℃)兩大類。輕柴油用於高速柴油機,重柴油用於中低速柴油機,車用柴油機都屬於高速柴油機。

柴油與汽油燃料的各項性質對比:

為什麼汽車燒汽油、卡車燒柴油、飛機燒煤油、船燒重油?

很多人覺得汽油柴油容易燃燒,認為汽油比柴油的燃點低,其實並非如此。

我們再來說汽油機

汽油機的著火方式為點燃,所以也叫點燃式發動機(這裡只討論傳統汽油機,暫且不提HCCI,汽油均質混合氣壓燃)。因為汽油燃點高,如果採用壓燃的著火方式,需要比較高的壓力,當壓力過高時,汽油會發生爆燃(請參考後面對於爆燃的解釋),嚴重爆燃會增加發動機的機械負荷,降低發動機壽命,所以壓燃燃燒對於汽油來說並不是一個很好的選擇,這就是柴油機不能用汽油的原因。

當汽油採用點燃燃燒時,氣缸內就可以避免過高的壓力(汽油機缸內混合氣燃燒過程中壓力一般不超過5MPa ),從而有效的控制爆燃。

燃燒壓力較低以及燃燒過程中壓力升高率較低 (這個引數用於表徵工作粗暴性,以及噪聲,振動的程度),使得汽油機工作相對柔和,振動小,所以廣泛用於乘用車,舒適性較好。

但壓力小,也是導致發動機在低轉速區運轉的時候,輸出轉矩較小的主要因素。

為什麼汽車燒汽油、卡車燒柴油、飛機燒煤油、船燒重油?

▲內燃機工作:左邊是汽油機,右邊是柴油機

柴油機

採用壓燃著火,也叫壓燃式發動機,柴油容易被壓燃有兩個原因,與汽油相比:①燃點低;

②自燃性好。

油機活塞在壓縮衝程末期最高爆發壓力為普通柴油機5-9MPa,增壓柴油機可達10-15MPa,柴油在高溫高壓下,迅速開始燃燒,並推動活塞做功,由於柴油機的爆發壓力高,壓縮比較大,所以在低轉速範圍內運轉時依然能輸出較大的轉矩。

但為了承受這個壓力,在各部件材料強度上就需要有很大的提升,導致柴油機較為笨重,同時運轉噪聲也比較大(燃燒室壓力升高率較大),但隨著各項技術的發展和完善,現在柴油機各項效能指標也都能達到相當不錯的水平。

同時柴油機的熱效率要大於汽油機,尤其是在採用增壓以後這個差距會進一步加大,總體來說,與汽油機相比較,柴油機具有耗油量低,能量利用率高,工作可靠性高,低速效能好,扭矩大,工具使用範圍寬廣等優點。所以,這也是柴油機幾乎霸佔了重型汽車發動機領域的主要原因。

1

解釋一下什麼叫爆燃(不感興趣的話看下面第一段就行)

『總的來說就是汽油機的一種異常燃燒,即火花塞遠處的末端混合氣在火焰未傳播到之前會提前自燃著火的現象,對於發動機的各項效能指標都有較大影響。』

貼一張爆燃時的示功圖

為什麼汽車燒汽油、卡車燒柴油、飛機燒煤油、船燒重油?

在火花塞點火以後,火焰前鋒面以球面波形狀向外傳播,傳播速度在30~70m/s ,汽油燃燒時產生的壓力波以音速傳播,所以對於距離火花塞叫遠處的末端可燃混合氣,壓力波要先於火焰前鋒面到達,這時末端混合氣壓力和溫度上升,燃前化學反應加速,如果這一反應過於迅速,在火焰前鋒面還沒到達之前,末端混合氣就開始自燃了(有點類似於柴油機的著火方式),然後會導致一系列的波動,撞擊燃燒室壁面,發出高頻顫音,發生強烈爆燃的時候火焰傳播速度可達800-1000m/s ,這對於發動機的各項效能都非常不利(熱負荷上升,機械負荷增大,動力性,經濟性下降等等)。

注二:

我看到有人說柴油機壓縮比高是因為柴油不易爆燃,此處為概念錯誤,我再來科普下。

關於柴油的自燃性和汽油的抗爆性

這是柴油和汽油非常重要的兩個性質,雖然名字不同,但它們所描述的關鍵點都在於【自燃】

自燃性:燃料在無外源點火的情況下能夠自燃著火的效能

抗爆性:燃料抵抗爆燃的能力

前者描述自燃的能力,後者描述抵抗自燃的能力

我們再看爆燃的定義:

火花塞遠處的末端混合氣在火焰未傳播到之前會提前自燃著火的現象

所以,爆燃的本質就是自燃,而汽油的正常燃燒,是不應該有爆燃的(此處指嚴重爆燃,輕微爆燃有利於提高效能,在發動機中ECU透過爆震感測器的訊號控制點火提前角對爆燃進行控制)。

柴油的自燃性在某一範圍內(十六烷值小於50),自燃性越好越有利。

汽油的抗爆性越強越有利。

所以,不存在柴油不易爆燃這一概念!