發動機工作時,汽油是在爆炸,還是在燃燒?

2023年10月03日20:45:21 科技 6811

今天我們來聊一個比較冷門的知識:在做功衝程,汽油到底是在發動機里燃燒,還是爆炸呢?

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很多人認為做功時汽油在氣缸里發生的是爆炸。理由是爆炸的威力大,這樣才能產生足夠的力量去推動活塞。而我們對燃燒的認識主要來自於日常生活中的現象,比如燃氣灶的火焰,雖然釋放了很多熱量,但是看起來沒什麼威力,怎麼可能推動活塞產生動力呢?

而事實上我們都錯了,發動機工作時汽油發生的是燃燒,而並非爆炸。

燃燒和爆炸的一個主要區別就是反應速度。比如每千克優質煤炭完全燃燒釋放的熱量可能比一些同等重量的炸藥還多,但兩者的威力卻大相徑庭。原因就在於煤炭完全燃燒需要的時間更長,在此期間產生的熱量會逐漸散發,無法形成集中威力。而炸藥則可以在毫秒之間全部反應,同時釋放能量,因此威力更大。

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在進氣衝程,汽油和空氣一起進入氣缸。在氣流和燃燒室高溫的作用下,霧化的汽油液滴會進一步蒸發成氣體,然後與空氣形成濃度適宜的可燃混合氣。等火花塞點火的時候電極之間產生一道電弧,電弧中心溫度高達兩千攝氏度,瞬間將其周圍的混合氣引燃,產生一個火焰核心。之後火焰向外傳播,逐漸引燃剩餘的混合氣體。

由於混合氣是有規律的按照火焰的傳播依次燃燒,所以這個過程就和爆炸有區別了。

汽油在氣缸里其實也會發生類似爆炸的現象。比如最常見的爆震和早燃。

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爆震指的是火花塞點火後燃燒室里同時出現了多個着火點,使混合氣燃燒的速度加快了,能量釋放速度更集中,因此會產生更強烈的衝擊力。

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但爆震的危害還是相對低的,因為從整體來看混合氣仍然還是在進行燃燒。雖然有多個着火點,但火焰還是沿着一定路線向外傳播的。而且發生爆震時發動機可以通過爆震傳感器及時捕捉並採取措施消除爆震。另外發動機在設計時也考慮到爆震的情況,會對結構強度進行優化,所以偶爾的爆震並不會對發動機產生過於嚴重的損壞。

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但早燃就厲害了,它是在火花塞還未點火之前混合氣就由於某種原因出現的瞬間同時燃燒,此時汽油的能量在瞬間釋放,會產生比爆震大得多的衝擊力。再加上此時活塞正在快速壓縮,衝擊力疊加作用後會對發動機產生比較嚴重的損害。

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理論上來說汽油如果能在氣缸里以爆炸的方式工作,那麼發動機的效率或許會更高。但現實中發動機的承受能力以及工作平順性使得這個想法很難實現。

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