为什么理论上柴油机寿命很长,实际生活中柴油机寿命比汽油机还短?
有没有点常识,我以前做过重型柴油机生意,一台发动机价值从十几万到上百万不等。主要用于矿山机械,发电机组,船用动力。
在我看来,相比于汽油机,柴油机除了噪音震动大,其他各方面碾压汽油机。
以前那些客户的柴油机的工作环境之恶劣,日夜不停的转,保养维修停一天就损失多少万,发个配件经常要空运,赶紧装上就得继续干活儿。
而且经常会遇到八九十年代的机型还在买配件,一台机器保养得当,用十几二十年很正常,你可以想象如果是装车上跑120速度,日夜不停开十几年,折算是多少里程?最终很多机器替换掉也只是因为油耗排放等因素。
柴油机看似傻大粗结构简单,但要造好可不容易,特别是高压喷油系统,是核心技术,对工艺要求很高。所以我们国家的重型柴油机市场长期被国外品牌垄断,近些年才有所突破。
题主要知道,社会生产需要效率和可靠性的重要领域,几乎都是用柴油机,比如部队,能源,矿产,船舶,卡车等。这也是为什么我们国家老百姓没多少柴油可用,也就不可能像欧洲那样发展柴油乘用车。
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柴油压燃式发动机,它是由德国人Diesel(狄塞尔)于1892年最先发明的,而大多数人对于柴油车的固有印象应该是:劲大、耐用、省油、加速慢、噪声大、尾气污染等等,这些优点其实都与柴油发动机本身的工作原理和结构特点,是密不可分的。
至于柴油发动机为什么比汽油发动机更耐用,我们可以简单从以下两个方面逐步进行解释!
1、柴油发动机的点燃方式
柴油具有极不易挥发的特点,它不像汽油那样会很容易与空气产生混合,增加自己的可燃面,从而形成可燃气体,因此就算柴油的燃点要低于汽油,但它在发动机内部依旧很难通过火花塞点火的方式被点燃。
不过正是由于柴油燃点比汽油低的原因,我们可以通过在密闭空间,利用快速压缩空气产生热量的方式,可以让气缸内的温度快速达到柴油的可燃温度,然后在更高效喷油泵的作用下,被雾化的柴油便可以通过压燃的方式被点燃。
压燃式发动机具备更高的能量转换效率,它在燃油“压燃-做功”的过程中,能量损失仅为汽油发动机的一半左右,所以马自达也开始在汽油发动机上采用压燃式的点火原理,这就让它具备了更好的燃油经济性和动力性。
2、柴油发动机压燃方式的缺点
对于这点我们可以这样先了解一下汽油发动机的点火源,它只有一个:火花塞。
火花塞可以通过提前点火的方式,让活塞在压缩冲程还未到达气缸顶部时,就点燃汽油,以免汽油因气缸内部高温而提前出现燃烧的问题。
可以说火花塞提前点燃的目的之一,就是控制气缸内的汽油燃烧姿势,让汽油燃烧的能量释放以点状的形式进行扩散,从而防止因汽油提前燃烧而在气缸内出现多个燃点。
但是,柴油发动机的压燃方式最主要的问题就是,它会在气缸内部造成燃点过多的问题。
柴油发动机的压燃式点火无法做到燃油的点燃姿态是点状扩散,它会在气缸内部产生多个燃烧点,我们可以把每一个燃烧点想像成一个个的微型能量爆炸点,它们在释放能量的时候相互间会产生碰撞作用力,这种作用力就会反弹到气缸壁上,从而带来气缸壁震动现象。
气缸震动自然会影响到发动机的稳定性和静音性,这也是为什么柴油发动机的抖动和噪声要比汽油发动机更大的原因之一。所以如果汽油车在行驶过程中出现发动机抖动,或者加速时出现发动机抖动问题时,这有可能就是你的火花塞点火角有所提前造成的。
不过柴油发动机解决这个问题的方法也很简单,就是增大发动机缸体的壁厚,用自己的壁厚去缓冲这种震动能量,而且柴油发动机是靠压缩空气产生热量去压燃柴油,因此它的发动机压缩比会比汽油机高很多,这会让气缸内部的压缩空气温度迅速上升,因此柴油机的工作温度是要明显高于汽油机的。
因此我们在汽油车上常见到铝合金发动机缸体,在柴油发动机上就很难见到。
柴油发动机基本用的都是铸铁材质,而铸铁材质的耐用性要高于铝合金材质,再加上柴油发动机的压燃方式,不需要多余的电子点火系统,因此它的辅助电路配置就要比汽油发动机少很多,所以柴油发动机的耐用性从理论上就是要高于汽油机。
但为什么在实际使用过程中,柴油发动机会让人觉得耐用性不如汽油发动机呢?
壹车热评认为原因其实很简单:喷油系统的不同!
文章前面讲到柴油具有不易挥发的特点,因此想要柴油在气缸内充分雾化燃烧,就必须给柴油发动机配备更高喷射效率,和更强喷射力道的喷油系统,比如卡车上都会单独配备一套高压喷油泵就是这个原因。
但是,更高喷射效率和喷射力道的喷油系统,它就会带来一个新的问题,那就是它的精密度要求会更高,这不仅在考验厂家的制造工艺水平,同时也对柴油的品质提出了更高的要求。
如果我们的柴油品质不好,或者喷油系统的工艺水平不达标的话,就容易造成喷油系统的堵塞问题,而喷油系统堵塞又会影响到发动机的工作效率,从而造成每个缸之间的燃烧效率不一致、缺缸燃烧、发动机抖动等一系列问题,而当柴油发动机出现这些问题时,有时并不一定就是柴油机自身的缺陷所带来的。
比如某人新买了一台柴油汽车,从4S店出门就进了一家提供劣质燃油的加油站,加了劣质柴油,那可能没开几天这台新车就会出故障,其中的原因可能就是劣质燃油所带来的喷油系统故障。
此外,要求和精密度更高的喷射系统,它对环境的要求也会比汽油发动机更加严苛,比如你的柴油车长期是在尘土较多的环境里工作,这些都容易给你的喷油系统带来堵塞问题,从而影响到发动机的工作效率。
综上所述,从结构原理上来讲,柴油发动机具有汽油发动机所不具备的很多优点,特别是它的维修会相对更简单,但无论是汽油机还是柴油机,要想延长发动机的寿命,我们首先要注意的就是对发动机进行定期保养,这样才能让发动机保持良好的工作状态。
「柴油机·理论使用寿命」与实际情况的矛盾在于超负荷运行
问题:
- 柴油机&汽油机的使用寿命,哪个更长?
理论上毫无疑问是柴油机的周期要长的多,正常标准应当为≤8000小时(接近一年)无大修,这是连续运行的标准,时间周期看似短但是里程数可能是非常夸张的。然而汽油机的「台架测试」多为≤1500小时,测试功率标准为25%、50%、75%、100%四个等级;测试结果只要实现除更换常规配件以外无故障,这种机器就算合格且可以装车量产了。
那么究竟是什么原因让柴油机使用寿命更长,又让汽油机明显更短,但事实却又基本相反呢?
理论支持
注意重点:汽油机的台架测试会分为四个周期,每个周期都更加接近额定功率(最高转速)标准;这就是使用寿命偏短的核心因素,因为转速基数远远大于柴油机!普通家用代步汽车的内燃机多为汽油机,红线转速区间是不是会在「6500/7000rpm」的范围内呢?
相信答案是不会被否定的, 转速的概念实际指内燃机曲轴每分钟运转的次数,与曲轴连接的缸内结构是活塞与连杆,动力输出端是“飞轮”;推动曲轴运转的基础是活塞在气缸内的往复循环运动,活塞与缸壁当然是存在磨损的了。参考下图。
「Engine oil·发动机润滑油」简称机油,这种油液要对内燃机的气门、活塞、曲轴等核心结构进行润滑与密封;其中活塞缸壁的润滑是依靠喷射机油到活塞下方,利用活塞环上行布油、下行则可以做到减磨,可以将这种润滑方式理解为“打时间差”。
理论上转速越高润滑的效果是会一定程度降低的,同时汽油碳氢化合物和异丁烷的辣少对缸壁油膜的质量会产生影响;也就是说机油的润滑能力会随着转速的升高而降低,那么汽油机作为“高转机”当然会有较大程度的磨损,不过这种机器仍旧是家用汽车的理想选项,原因在于NVH(噪音振动/声振粗糙度)的体验要远超柴油机。
【柴油发动机】属于低转机,驾驶过柴油动力汽车的司机都知道其正常运行转速有多低,一般最大扭矩会在1500/2500rpm区间维持(依靠涡轮增压技术),超过2500转就会出现扭矩的下降,提升马力只能依靠拉升转速。
但是到接近4000转就基本打动极限了,而且振动噪音也会非常夸张;所以驾驶柴油汽车往往只是与2000左右的转速行驶,磨损程度想当然要比高转汽油机更低。即使依靠压燃技术会产生更强的振动与磨损,但是低转速“磨损PLUS”的基数,相比高转速“磨损++”的基数还是要低一些,说白了就是耐磨性能仍旧更高。
重点:柴油比较特殊,这种燃油中含有较多的蜡质,这种物质对于缸壁油膜润滑性能的影响比较小,那么在低转运行的基础上就能实现更理想的润滑保护。
同时柴机油的高温粘度(流动性)要比汽机油高得多,虽然机油粘度过高会过量损耗扭矩,但是形成的油膜厚度也会更理想;简而言之为喷射缸壁的机油,在重力作用的影响下流速很慢,活塞布油的量更大,油膜质量强就能更大程度的降低磨损,所以柴油机的理论使用寿命确实是比较高的。加之点火方式是压燃柴油使其自燃,没有电控点火系统则维保项目更少,这也是显得故障率低的原因,但为什么事实情况却相反呢?
运行负荷
柴油发动机主要用于哪些车型?(除用于发电的专用柴油机,以及柴电系统增程车型,以及船舶舰艇以外)
标准答案:营运汽车!也就是≥轻卡与中型客车的车型,但是客车仍旧不在讨论范围内,因为这种车型是绝对禁止超员驾驶的。但是货车就不同了,比如轻卡按照行驶证标注的载质量,理论上能达到一吨也就很难得了;然而仍然有很多区域对于轻卡是按照“双轴车”定义,那么这种车型就能硬拉18吨。
其次还有众所周知的“百吨王”,这些渣土车核载质量与实际载重量差了好几倍,也就是100多吨的差距!如此用车可以说即使用电动机也无法保证使用寿命与理论能接近,因为推重比决定了转速需求,如何理解呢?
【公制马力】是柴油汽车用户喜欢讨论的话题,马力大则运载能力强。公制马力的驱动力标准是「1PS=75kg/1m·1s」,也就是1马力只能把七十五公斤的物体以一秒一米的速度移动;那么在质量不变的前提下,2马力不就能实现2m/1s的运动速度了吗?而货车需要的不是车速有多高,所以结果往往是“1PS=150kg/0.5m·1s”,这算是正常标准吧。
而重载轻卡、重卡与各类牵引车,这些车的的比例基本达到了“1PS驱动300kg”,此时的车速按照正常转速标准基本就是在“挪动”,想要正常的驾驶就要提升马力;而马力的计算公式为(转速×扭矩÷9549×1.36),优秀柴油机扭矩超过2500rpm就会下滑,想要大马力就只能把转速拉升到接近4000转!——这是汽油机台架测试额定功率的75%~100%的标准,使用寿命会倍数级缩短!
冷知识:面对小微型载客汽车(家用代步车型)的维修厂,生存的基础是维修事故车;因为正常的维修保养类目很少,除了钣喷以外基本都不是那么理想。
但是面对轻重卡车的维修厂就是在修车,单纯维修发动机变速箱也就忙不过来了;这就足以说明柴油机的实际使用寿命是远低于汽油机的,但原因不在于理论和技术层面有漏洞,也不是所谓的柴油品质低等因素,真正的原因是这些用户的超负荷用车。
(家用代步汽车以平均2500rpm左右的转速驾驶,这只是额定转速标准的35%左右而已,使用寿命自然会更长)
客观因素
柴油发动机的燃烧产物比较特殊,类型主要为以下两种。
- NOx·氮氧化物
- 颗粒物
NOx的各类氧化物是形成偏「酸性·雨水」的主要物质之一,超量排放是会对空气质量造成严重影响的;而作为主要排放源的柴油动力货车,这些排量动辄超【10.0L-TURBO】的直喷柴油机,长期以超负荷运行则会快速的降低发动机的工况,排放物的基数也总会比较夸张。
然而在维修保养层面的要求只是能开就行,检测环节但是有些灰色方式可以钻空子;于是就不得不进行严格的限制了,也就是通过“4/5/6”的升级方式加速柴油汽车的淘汰,这也是柴油车看起来使用寿命偏短的主要原因——归根究底是用户用车不规范导致的结果,检测要求加强又加强了不规范用车的程度,至此进入了恶性循环,至于颗粒物的影响应当不用赘述了。(PM2.5)
综上所述,柴油机的理论使用寿命确实很长,但是也有需要控制保有量的刚需;如果都像欧洲一样普及柴油小车,结果也会像欧盟的很多国家一样,早早的制定出了柴油动力汽车停产时间表。
至于欧洲部分国家流行柴油小车,原因不是什么所谓的“务实”或其他;核心因素是车辆要按照CO2的排量课税,排量过大则可超过2k/1年的程度。但是NOx并没做要求,所以才有早期柴油车保有量偏大的原因,而亚美等区域是没有这种要求的,那么柴油机车也就不会是理想选项。
「NVH」是柴油机的硬伤,因其压燃点火是提前角度比较另类,在压缩冲程达到上止点的瞬间就会开始做功;活塞连杆曲轴承受的不规则冲击会造成较大程度的振动,这会把汽车的驾乘体验大幅拉低。
而正常的汽油机的压缩冲程不会引燃混合油气,而是在活塞达到上止点后并开始做出下行动作时,火花塞延迟点火做功;此时活塞的运动方向一定程度的控制了热能的传导,“顺水推舟”式的运转则会降低振动,噪音由振动强度决定,所以NVH体验就会好得多。
至于油耗的表现实际也没有明显差值了,因为汽油机的技术进步速度很快;缸内直喷技术也已经普遍应用,甚至EGR废气再利用技术也有部分机器使用。所以汽油机也做到了以1.5T排量达到300N·m,以2.0T排量达到400N·m,功率分别130/200kw的峰值。
尴尬的是很很多2.5T-3.0T的柴油机最大扭矩还不足300N·m,比如铃系的柴油机;理想一些的选项参考云内、上柴、长城与大通的1.9-2.0T选项,实际也只是350~400N·m的标准,功率普遍低至100/120kw区间。所以这些机器的节油优势相比优秀的汽油机是非常不明显的,甚至很多铃系≥2.5T柴油车的油耗高于很多汽油车!
柴油技术研发的投入在不断缩减,技术越来越落后,所以最终只会剩下营运车型使用柴油机;尤其是在混合动力技术开始大面积普及后,这种起步第一转就能爆发最大扭矩,同时可以实现接近量玩转高转速的电机,淘汰柴油机是必然的结果,汽油机也只是作为增程器还有存在价值而已。
编辑:天和Auto-汽车科学岛
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这个理论本身就是错误的。柴油机首先工作原理就是气缸压力比汽油机高一大截,同时,高压器件也多,包括柴油高压泵里的柱塞等器件,既然是高压,就意味着工况更加恶劣,材料要求就更高。
同时,就拿气缸组件来说,更高的压力就意味着对活塞及活塞环的冲击更高,对曲轴和轴瓦的冲击更猛烈……
撇开能源利用率和费效比和动力输出方面的优劣势来说,单单就工作状况和材料要求来看,柴油机的使用寿命就远远不及汽油机。
再者,由于柴油机主要用于生产动力上,使用频率高,工作环境恶劣,保养条件不好,所有方面都导致柴油机的使用时间比不上汽油机。
柴油机压缩比虽然高但活塞连杆轴瓦面积都相应的加强了,这就是柴油机比汽油机更笨重的原因,绝不是压强高就寿命短,另外柴油机的工作水温也比汽油机要低还有转速也低的多,这都为长寿命提供了很有力的条件。但为什么大家感觉寿命怎么没有汽油机长呢?我想应该是这样的,第一我国的柴油机基本都搭载在商用货车上,乘用车搭载比例很少,主要还是平时保养跟不上,在加上油品质量差都有关系,你看跑长途的大客车或挂车100万不大修很平常因为这些群体很重视保养。短途的小货车保养是最差的,都觉得不出远门差不多就行保养根本跟不上去,可能这也就给人一种柴油机寿命不及汽油机的感觉。
理论和实际是一致的,就是比汽油机寿命长很多。国内柴油机寿命短的主要原因是,长期超负荷运行造成的。一个标载几百kg的三蹦子拉几吨都嫌少,标载5吨的货车拉二十多吨很正常。
柴油比汽油机耐用是事实,特别是大型机械特别是长时间运转的基本是柴油机,就以我们矿山车来说吧,只要不下雨一年四季每天都是差不多十二个小时,上班到下班中间不熄火。合理保养,五六年不会有什么问题,神人除外,我就碰到过别人开得好好的车,只要到他手里小毛病不断但是在别人手里屁事没有,不过那也不是发动机毛病,就是各项不合理的档位呀,不合理操作造成的,但发动机只要不乱来基本都能保持五年左右没毛病,汽油机根本达不到。
柴油机的理论寿命更长。按说明书保养的话,寿命远高于汽油机。知道为什么不?因为转的慢。如果柴油机工作额定转速在1500转,汽油机额定转速在3000转的话。如果材料设计寿命都一样的话,柴油机寿命是汽油机的两倍。更别说大型柴油机都是低转速的,寿命更长。
从结构上来说是不是柴油机比汽油机更适合六冲程?毕竟有较大质量的飞轮(对于不同燃油、喷水两个不同做功冲程发力不同发力特性兼容性更强),铸铁缸体也更耐操。而且柴油机燃点过多的问题也可以通过加入火花塞来解决,发动机完全可以加入一个“试验模式”或者学习模式,火花塞先不介入,采用压燃方式获得油箱内柴油的压燃极限,然后火花塞再介入,在压燃极限到来之前主动点燃制造一个大的燃点,避免燃点过多造成运行品质下降。
柴油机转速低,结构强,比汽油机耐用。柴油机因为直喷压燃的,气密喷油压力要求高,无论好坏要定期检查保养。说简单点,汽油机状况不好能蒙混过关,无非油耗高些,柴油机无法蒙混过关,状况差一点就能表现出来。有些故障对于行家来说其实是小问题。
我的是中兴皮卡,装的是五十铃的4jb1发动机,有一次追尾后,修理厂没有把水箱下边的管子上紧,防冻液漏光了,没有注意跑到自己高温熄火抱死了,机油都从缸盖封里跑出来了,停车等了会加上水,发现还可以启动,就这样又开了半年,但是冷天凉车实在是不好打火,每次都是两块电瓶打好久,最后实在受不了就换了四配套!
火花塞可以通过提前点火的方式,让活塞在压缩冲程还未到达气缸顶部时,就点燃汽油,以免汽油因气缸内部高温而提前出现燃烧的问题。这句话怎么听不明白呢?
柴油机噪音大/振动大的原因是压缩比大(1:17左右,汽油机1:10左右),还有就是柴油机的工作温度比汽油机低,因为柴油机多选择长行程设计,这样会使燃油燃烧得更充分后再排出去,排气温度低(400度左右,汽油机700度左右)所以普遍柴油机热效率高于汽油机。
柴油机因是压燃式发动机,且压缩比高于汽油机,所以其制造成本高于汽油机。尽管柴油机经济性比汽油机好,但其在振动和噪声方面的确比汽油机略大些,另外,柴油机的维修成本也比汽油机略高些。在使用寿命方面,柴油机比汽油机经用。
题主完全不懂,明明是柴油机比汽油机寿命高很多,却问为何汽油机比柴油机寿命长。
和外观印象不同的是,“傻大黑粗”,声音又大的柴油机,制造精度比汽油机高很多,柴油机有很多件是偶件,即这对零件,换了一个,就无法满足要求,需要成对换。
柴油机还有一个比汽油机优越的地方,是结构简单,没有耐用性和可靠性不佳的点火系统,维护费用低,因为结构简单,也变得更可靠。
柴油机工作转速低于汽油机,这也带来寿命优势,同样里程,转速低一半,磨损也就小一半,寿命长一倍。
其实,柴油机寿命比汽油机长了不止一倍。
在欧洲,四五十万公里的柴油小车,还能卖不错的价钱,到汽油车就不行了。
大型商用车用柴油发动机,欧洲的大型柴油车大修里程可以达到400万公里,这在汽油车是不可想象的。
一般的柴油机转数在15OO左右高的也不超过20OO转(压缩比大),柴油机一般多用在牵引式拖拉机上(汽车也有用的),而汽油机发动机压缩比小很容易使转数达到4OOO一8000转左右(多用在汽车上(大型或小型)。两者发动机的原理有差异柴为四冲程的工作方式超高速运转很少,而汽油机是采用的是二冲程工作原理很容易达到高速运转。两者的寿命与使用保养环境都有很大关系,在相同条件下寿命应该是差不多。
何出此言?我们家用乘用车用柴油机的不多,寿命完全不比汽油机短,至于商用车,高速上物流公司的甩挂拖头一年有跑80万公里的,矿上的挖掘机三班倒,除去司机吃饭和保养,一年保底5000小时,四年内不用大修。
所以,你的问题本身就是错误的。