基建狂魔的動力源泉！柴油發動機的冷知識

當拖拉機負載著巨大的農機具耕地時，速度很慢，但是充滿力量，沒有人會對這感到驚奇，這是大家司空見慣了的現象。但為什麼這樣呢？為什麼有了燃料後，拖拉機能在堅硬的土壤上一往無前，將耕地任務圓滿完成？那麼這些拖拉機、卡車、甚至火車、輪船、潛艇等為我們帶來無數便利的工具最為核心的部件是什麼呢？

毫無疑問，這些節省了我們許多的人力物力的偉大發明的動力源泉就是柴油發動機，這就是它們的心臟。表面上看，柴油發動機與普通汽油發動機極其相似，但它們的工作方式還是有些許不同，這些不同，使得柴油發動機產生動力更多，且更有效！下面來讓我們仔細了解下吧！

| 農機小課堂 | 什麼是柴油發動機？

和汽油發動機一樣，柴油發動機也是一種內燃機。內燃機顧名思義，就是使得燃料在其內部燃燒，從而產生動力的機器，而燃料燃燒產生動力的主要部分被稱為氣缸。這與老式蒸汽機車使用的外燃機非常不同。在蒸汽機里，鍋爐的一端會有專門燃料燃燒來加熱水，來產生蒸汽；蒸汽沿長管流向鍋爐另一端的汽缸，來推動活塞做往複運動，從而移動車輪。這是外部燃燒的動力系統，因為鍋爐在氣缸外面(通常是6-7米遠)。在汽油或柴油發動機中，燃料在汽缸內部燃燒，所以內燃機損耗的能量相對外燃機損耗的能量要少得多，因為熱量不需要從其產生的地方流進氣缸，所有的過程都發生在同一個地方。這就是為什麼內燃機比外燃機更有效率(即內燃機能從同樣的燃料中產生更多的能量)。

| 農機小課堂 | 柴油發動機與汽油發動機有何不同？

汽油發動機和柴油發動機都可以通過內燃來工作，但方式稍有不同。在汽油發動機中，燃料和空氣被一同注入氣缸中，通過活塞壓縮燃料和空氣的可燃混合物，經火花塞點火，混合物燃燒釋放大量熱能，使得氣缸內氣體的壓力和溫度迅速升高，高溫高壓的燃氣推動活塞，使得氣缸容積增大，在這一過程中通過曲柄連桿機構向外輸出機械能。

柴油發動機的工作過程是相似的，但它更簡單。首先，空氣被單獨注入氣缸中，並被活塞壓縮，但它注入的空氣要比汽油發動機注入的空氣多得多。在汽油發動機中，燃料-空氣混合物被壓縮到其原始體積的十分之一，但在柴油發動機中，空氣被14倍到25 倍的壓縮。如果你曾經同氣筒手動給自行車輪胎打過氣，你會感覺到你使用時間越長，就會越熱，這是因為壓縮氣體會產生熱量，想像一下，柴油機壓縮空氣將會產生多少熱量！壓縮過程中，空氣變得非常熱——通常至少 500°C，甚至更高。一旦空氣被壓縮完成，通常霧狀燃料通過電子燃料噴射系統被噴射到汽缸中（注入的燃油量會有所不同，具體取決於駕駛員想要發動機產生多少動力）空氣溫度超過了柴油的自燃燃點，噴入的燃油會立即點燃並爆炸，無需使用火花塞。這種受控制的爆炸使得活塞從氣缸中推出，產生驅動車輛或機?的動力。當活塞返回到汽缸內時，廢氣通過排氣閥排出，並且這個過程會在一分鐘內重複成百上千次!

| 農機小課堂 | 柴油發動機如何將燃料轉化為動能？

四衝程發動機：它與汽油發動機一樣，通常通過循環重複四個工作過程來工作，這四個過程為一周期，在該周期內，活塞上下移動了兩次，曲軸旋轉兩次。

1、 進氣：當活塞向下移動時，空氣（淺藍色）通過右側開放的進氣閥（綠色）吸入氣缸。

2、 壓縮：進氣閥關閉，活塞向上移動，壓縮空氣混合物，使得氣缸溫度升高。燃料（深藍色）通過燃料噴射閥注入到氣缸中，並自發點燃。不需要火花塞點燃。

3、 做功：當燃料-空氣混合物燃燒時，產生的能量將活塞向下推動，驅動曲軸（底部的紅色輪）將動力傳遞給車輪。

4、 排氣：左側的排氣閥（綠色）打開，排出廢氣，廢氣由返回的活塞推出。

兩衝程發動機：在這種柴油機中，整個循環過程中，活塞只需要上下移動一次，二衝程循環有三個階段。

1、 排氣和進氣：新鮮空氣通過氣缸側面進入氣缸，同時氣缸內的廢氣則通過頂部的排氣閥排出。

2、 壓縮：當進氣門和排氣門關閉後，活塞向上移動，壓縮空氣，使溫度升高。當活塞到達氣缸頂部時，燃油被注入，並且自發點燃。

3、 做功：燃燒的混合物將活塞向下推動，驅動曲軸將動力傳遞給車輪。

兩衝程發動機比四衝程發動機更小、更輕，而且效率也往往更高，因為它們在活塞上下移動一次時就可以產生一次動力（四衝程發動機產生一次動力需要活塞上下移動兩次）。但這也意味著二衝程發動機需要更多的冷卻和潤滑，並承受著更高的磨損。

| 農機小課堂 | 柴油機為什麼更有效率？

業界普遍認為柴油發動機的功率約為汽油發動機的兩倍。簡單地說，這意味著你可以用同樣數量的燃料上做更多的事情，例如：以更少的錢獲得更多的里程數。原因有以下幾個方面：首先，柴油機壓縮空氣壓縮得更多從而使得氣缸內的溫度更高；熱機工作原理的一個基本理論，也就是卡諾定律，告訴我們發動機的效率取決於它運行的高低溫度；一個通過更大的溫差循環的柴油發動機效率更高。第二，由於缺少一個火花塞點火系統，使得更簡單的設計能夠更容易地壓縮燃料，從而使得混合物燃燒更充分，釋放出更多的能量。第三，在沒有全功率工作的汽油發動機中，你需要向氣缸提供更多的燃料(或更少的空氣)，保持其運轉；而柴油發動機沒有這個問題，所以當它們在低功率工作時，只需要更少的燃料。另一個重要的因素是柴油的能量密度比汽油高。柴油還是一種比汽油更好的潤滑劑，所以柴油發動機在運行時，產生較少的摩擦。

| 農機小課堂 | 柴油有什麼不同？

柴油與汽油是完全不同的。從本質上講，柴油是一種較低等級的低純度石油產品，由較重的碳氫化合物(由更多的碳和氫原子構成的分子)構成。從理論上講，缺乏複雜燃油噴射系統的粗柴油發動機幾乎可以在任何碳氫燃料燃料上運行——因此，有了生物柴油的出現和發展(一種由廢棄植物油製成的生物燃料)。柴油發動機的發明者，魯道夫·迪塞爾(RudolfDiesel)，成功地用花生油發明了他早期的柴油機，他認為只要他能研發出來，他的發動機就可以幫助人們擺脫對煤和汽油等燃料的依賴。

| 農機小課堂 | 柴油發動機的優缺點

柴油發動機是目前最常見的燃料燃燒發動機，廣泛應用於拖拉機、火車、推土機、潛艇等各類機械中。與汽油發動機相比，柴油發動機更簡單、更高效、更經濟。由於柴油燃料揮發性比汽油低，蒸汽的爆炸性也低於汽油，所以柴油發動機比汽油發動機更安全。與汽油發動機不同的是，柴油發動機特別適合適合用於低速行駛、重負荷的工作環境中，貨運船舶、拖拉機、卡車、公共汽車和機車等通常都選擇柴油發動機。更高的壓縮率意味著柴油發動機的部件必須承受比汽油發動機更大的應力與應變，這也是為什麼柴油發動機需要變得越來越重，而且由於這個原因，柴油發動機一般只用來驅動大型車輛和機器。雖然重量重看起來是個缺點，但這也意味著柴油發動機通常更強勁，續航能力更長。

污染是柴油發動機最大的缺點之一：它們噪音大，且會產生大量未燃燒的煙塵顆粒，這些顆粒嚴重污染環境並且對人體產生危害。理論上，柴油機的效率更高，它們應該能使用更少的燃料，產生更少的二氧化碳排放量，來延緩全球變暖這一現象。但實際上，柴油機是否真的有這些優點存在著爭議。一些實驗室試驗證明，柴油機的平均排放量僅略低於汽油機的排放量，但製造商們堅持認為，如果比較類似的柴油車和汽油車，柴油機確實會更好。根據英國汽車製造商和貿易商協會的說法：「柴油車已經減少了大量CO2 的排放，從2002年開始，選擇柴油發動機的買主們節省了將近300萬噸二氧化碳進入大氣層。」從20世紀90年代中開始，歐洲各大汽車公司大力發展柴油發動機技術，並陸續向消費者推廣，目前超過三分之二的轎車都使用柴油發動機。雖然柴油發動機的成本往往比汽油發動機成本高，但是柴油發動機的運行成本更低，運行壽命也更長，綜合考慮，其實二者花費其實相差不大。

毫無疑問，柴油發動機將繼續為重型車輛提供動力，但它們在汽車和輕型車輛上的未來正在變得越來越不確定。電動汽車的推廣強有力地推動了汽油發動機的發展，汽油發動機將會變得更輕、更經濟、也更環保。而這些改進無疑會破壞在柴油機在汽車中使用的一些優勢。越來越被大家認可的電動汽車與不斷改進的汽油車之間的競爭日益激烈，柴油機則有可能完全被排除在外。不過，柴油機本身也在不斷發展，早在2011年，美國能源部預測未來柴油發動機的效率將從現在地40%提高到60%，甚至更多。如果這一預測實現，柴油機將仍能在未來的競爭中佔得一席之地。

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