为何汽车烧汽油、卡车烧柴油、飞机烧煤油、船烧重油?

已邀请:

JackyQ

赞同来自:

起初,人们把石油是放在一起烧的。
梦溪笔谈中就有记载,称其烟大,但是未来必定大行于世。
工程师认为,纯净的东西是好的,于是他将这一坨黑黑的东西加热。
首先挥发出来的是燃料气,工程师觉得它是好的,于是用瓶子装起来,用来做饭、化工原料和炉子的烧焙,这是第一天。
然后挥发出来的是汽油,工程师觉得它是好的,于是把它放在了高速汽油机之中,因为它燃烧速度快,反应迅速,热值高,非常适合转速飞快的点火式高速轻型汽油机,用来制造出小巧安静的汽车,这是第二天。
接着挥发出来的是石脑油、石蜡油等,工程师觉得它们本质是好的,提纯出了煤油,于是用他们点亮人的家庭、作为飞机发动机的燃料,这是第三天
最后挥发出来的是柴油,工程师觉得他有点脏,但是他状态稳定,发热量大。工程师将他弄干净后用在高压缩比的柴油机上,伴随着轰鸣声在需要苦力的地方工作,这是第四天。
最后留在锅底的是重油,工程师用滚子搅了半天也搞不清楚里面到底有些什么,工程师觉得他们是不好的。他把其中流动性好的部分拿来做炼钢、蒸汽锅炉的燃料直接烧掉,把流动性不好部分铺在地面上,叫做沥青,这就是第五天。
工程师说,各种燃料要根据自己的特点,选择自己的领域燃烧和工作,这样才能万物有序,道法自然,各从其类,事情就这样成了。

何先生

赞同来自:

近来饶有兴趣把所有大部分答案看了一下,发现都在表达这么一个思想“”汽油用在汽车上,柴油用在卡车上是因为物尽其用“”,以及这么一个思想“汽油适合高速运转的小汽车,柴油力气大,适合卡车”。
对此
我深深不以为然。
这道题扯什么排放油耗热值,以及柴油燃烧后力量大等等是不对的。
容我细细讲来:

柴油机的发明:
1892年鲁道夫狄塞尔发明了压缩式内燃机,这种机器的设计理念有二:
一是为了解决当时蒸汽机的热效率低问题,所以狄塞尔将柴油机设计成了高压缩比高膨胀比的机器,以提高热效率。
二是为了取缔内燃机的火花塞,因为火花塞工作在高温高压的环境,极易损坏,到如今科技如此发达,火花塞仍然是易损件,因此当时火花塞工作可靠性低,狄塞尔为了解决这个问题,想到不使用火花塞点燃燃油,而是靠活塞压燃燃油。
因此,在这种背景下:高压缩比的压燃式内燃机诞生了。

为什么选择柴油:
第一,虽然压燃式的内燃机压缩比比汽油机高,但是仍然不能够直接压燃汽油,相比汽油,柴油容易压燃多多了。
第二,压燃式内燃机当时首选是植物油,但是由于成本太高,所以后来也放弃。
第三,在以上两点没走通情况下,狄塞尔先生才选择了柴油作为这种压燃式内燃机的燃料,并一直到现今。

为什么卡车多是柴油机:
第一,过去的卡车并不都是柴油机,而是以汽油机为主
第二,卡车的使用性质决定的。卡车并不需要天天飙车,而是老老实实拉货,不追求速度,而是力量。这与柴油机的特性刚好吻合。柴油机的结构,决定了柴油机天生力量大,尤其是低速扭矩,而不是因为烧柴油力量大,柴油机扭矩大跟使用柴油没有关系。

为什么家用小轿车多用汽油机:
第一,早期的柴油机没有高压共轨,往往是黑烟滚滚;同时压缩比大,振动和噪音特别大,机械强度也大,维修频繁;同时柴油机轻量化很差,体积庞大,这与家用轿车的设计理念是不符合的,所以早期家用轿车以汽油机为主。但是现在,柴油版轿车太多了。
第二:汽油机压缩比低,工作噪音振动小,乘客坐在车厢不至于体验太差;体积小,所以汽车不至于设计得很大;同时对于需要高速飙车的小汽车,汽油机膨胀比小,很容易达到较高转速,因此纵观之下,家用小汽车选择了汽油机。
最后:Conclusion
柴油机多用在卡车上,汽油机多用在乘用车上,是由于柴油机和汽油机个各自的特性决定的,也是卡车和乘用车使用特性决定的,属于双向选择,跟柴油汽油没有关系。
柴油机使用柴油,汽油机使用汽油,则是柴油机与汽油机各自的选择,也是燃料的特性决定的,也是双向选择。

船舶和飞机我不懂。

王军亮

赞同来自:

学内燃机的来答一发,只能回答前两个问题,

首先来分析一下楼主的问题,为什么汽车烧汽油,卡车烧柴油,其实什么车烧什么油不能一概而论,同一种车型也有可能搭载不同类型的发动机,比如我们都知道一些越野车,suv等出于各种考虑会有柴油机版本,而且汽车这个统称总在此处太宽泛,所以我们可以把问题改成为什么汽油机烧汽油,柴油机烧柴油。这样更准确一点。

在回答之前我们先来了解一下汽油和柴油有什么不同,

汽油
密度小,易挥发,自燃点为415-530℃,相对于柴油蒸发性好,粘度小,燃烧主要排放物为(CH. COx. NOx. )

柴油
与汽油相比,具有馏分重,自燃点低(200-300℃),粘度大,相对密度大,蒸发性差,使用较安全,燃烧主要排放物为(CH, COx. NOx. 微粒碳烟PM )

在石油蒸馏过程中,按照沸点不同,柴油可分为轻柴油(沸点范围180-370℃)和重柴油(沸点范围350-410℃)两大类。轻柴油用于高速柴油机,重柴油用于中低速柴油机,车用柴油机都属于高速柴油机。
柴油与汽油燃料的各项性质对比



很多人觉得汽油的燃点比柴油低,其实并非如如此,对燃点问题有疑问的可以参考 白晨 的回答
http://www.zhihu.com/question/33444541/answer/117222681?from=singlemessage&isappinstalled=0

我们再来说汽油机,
汽油机的着火方式为点燃,所以也叫点燃式发动机 (这里只讨论传统汽油机,暂且不提HCCI, 汽油均质混合气压燃),
因为汽油燃点高,如果采用压燃的着火方式,首先需要比较高的压力,当压力过高时,汽油会发生类似于爆燃的现象(请参考后面对于爆燃的解释),会导致燃烧速率不可控,严重爆燃会增加发动机的机械负荷,降低发动机寿命,所以压燃燃烧对于汽油来说并不是一个很好的选择,这就是柴油机不能用汽油的原因。

当汽油采用点燃燃烧时,气缸内就可以避免过高的压力(汽油机缸内混合气燃烧过程中压力一般不超过5MPa ),从而有效的控制爆燃,

燃烧压力较低以及燃烧过程中 压力升高率较低 (这个参数用于表征工作粗暴性,以及噪声,振动的程度),使得汽油机工作相对柔和,振动小,所以广泛用于乘用车,舒适性较好。
但压力小,也是导致发动机在低转速区运转的时候,输出转矩较小的主要因素。


柴油机,
采用压燃着火,也叫压燃式发动机,柴油容易被压燃有两个原因,与汽油相比
1,燃点低,
2,自燃性好
油机活塞在压缩冲程末期最高爆发压力为普通柴油机5-9MPa,增压柴油机可达10-15MPa,柴油在高温高压下,迅速开始燃烧,并推动活塞做功,由于柴油机的爆发压力高,压缩比较大,所以在低转速范围内运转时依然能输出较大的转矩,
但为了了承受这个压力,在各部件材料强度上就需要有很大的提升,导致柴油机较为笨重,同时运转噪声也比较大(燃烧时压力升高率较大),但随着各项技术的发展和完善,现在柴油机各项性能指标也都能达到相当不错的水平。

同时柴油机的热效率要大于汽油机,尤其是在采用增压以后这个差距会进一步加大,总体来说,与汽油机相比较,柴油机具有耗油量低,能量利用率高,工作可靠性高,低速性能好,扭矩大,工具使用范围宽广等优点。所以,这也是柴油机几乎霸占了重型汽车发动机领域的主要原因。

注一:

解释一下什么叫爆燃(不感兴趣的话看下面第一段就行,后面的可以忽略 (*^▽^*),我一激动就写多了,,,,sorry )

『总的来说就是汽油机的一种异常燃烧,即在火花塞点火时,火花塞远处的末端混合气由于压力温度过高,在火焰未传播到之前会提前自燃着火的现象,对于发动机的各项性能指标都有较大影响』


贴一张爆燃时的示功图



在火花塞点火以后,火焰前锋面以球面波形状向外传播,传播速度在30~70m/s ,汽油燃烧时产生的压力波以音速传播,所以对于距离火花塞叫远处的末端可燃混合气,压力波要先于火焰前锋面到达,这时末端混合气压力和温度上升,燃前化学反应加速,如果这一反应过于迅速,在火焰前锋面还没到达之前,末端混合气就开始自燃了(有点类似于柴油机的着火方式),然后会导致一系列的波动,撞击燃烧室壁面,发出高频颤音,发生强烈爆燃的时候火焰传播速度可达800-1000m/s ,这对于发动机的各项性能都非常不利(热负荷上升,机械负荷增大,动力性,经济性下降等等)。
在火花塞点火以后,火焰前锋面以球面波形状向外传播,传播速度在30~70m/s ,汽油燃烧时产生的压力波以音速传播,所以对于距离火花塞叫远处的末端可燃混合气,压力波要先于火焰前锋面到达,这时末端混合气压力和温度上升,燃前化学反应加速,如果这一反应过于迅速,在火焰前锋面还没到达之前,末端混合气就开始自燃了(有点类似于柴油机的着火方式),然后会导致一系列的波动,撞击燃烧室壁面,发出高频颤音,发生强烈爆燃的时候火焰传播速度可达800-1000m/s ,这对于发动机的各项性能都非常不利(热负荷上升,机械负荷增大,动力性,经济性下降等等)。

注二:

我看到楼下有答主说『柴油机压缩比高是因为柴油不易爆燃,』,此处为概念错误,我再来科普一下。
关于柴油的自燃性和汽油的抗爆性
这是柴油和汽油非常重要的两个性质,虽然名字不同,但它们所描述的关键点都在于 【自燃】。

自燃性: 燃料在无外源点火的情况下能够自燃着火的性能,
抗爆性: 燃料抵抗爆燃的能力,
前者描述自燃的能力,后者描述抵抗自燃的能力,

我们再看爆燃的定义:
火花塞远处的末端混合气在火焰未传播到之前会提前自燃着火的现象,

所以,爆燃的本质就是自燃,而汽油的正常燃烧,是不应该有爆燃的(此处指严重爆燃,轻微爆燃有利于提高性能,在发动机中ECU通过爆震传感器的信号控制点火提前角对爆燃进行控制)。

柴油的自燃性在某一范围内(十六烷值小于50),自燃性越好越有利。
汽油的抗爆性越强越有利。
所以,不存在柴油不易爆燃这一概念!



补充说明:
这个答案在原基础上作出了很多修改,(改了好多回了,心累,)总感觉之前答的很乱,
包括我之前的结论,
“”汽油机和柴油机都是根据各自的燃料燃烧特性而设计的,所以什么样的机器烧什么样的油,这样就能完美发挥出各自的性能优势。”
看起来好像没错,但实际上存在一个严重的逻辑错误,
起初,是首先设计出了发动机,然后再选用了适于其使用的燃料,再针对燃料特性对发动机进行优化,而不是专门为一种燃料设计了发动机,颠倒了主次,我有罪。
对之前看到过这个结论的知友说声抱歉,我也是想了很久才发现这个问题。

如果还有别的问题还望各路大神指正,

最后

谢谢各位的点赞, (-^〇^-)


参考资料
汽车运行材料第三版,凌永成 北京大学出版社
汽车发动机原理,王建昕 清华大学出版社

saki kawa

赞同来自:

不想看公式,不要看数据又想搞懂问题的人,就交给我吧,虽是外行,也请放心,教你然也教你所以然。


重点:越短链的烃蒸气,燃烧速度越快,越适合低负荷而灵活又高速的场合,但可耐受压缩比越低,热效率越差。所以,轻小快用短链烃,沉大慢用长链烃。

汽油机,转速可达10000转以上,常规民用车也可达6000,转速高,响应快,但不适合重负荷,也就是说,扭距低,经济性差,但清洁性好,不易产生碳污。(划重点了,为什么响应快?汽油燃气传播速度快,汽油机机件运动惯量小)。但有限的压缩比限制了它的热效率,同时,也是较低的压缩比,让汽油机有较低的震动和噪音,明显比较适合用于乘用车。

柴油机相对而言,扭距大,适合重负荷,为什么扭距大?主要是因为,1,压缩比高,2,增压比大(柴油机几乎都是带涡轮增压的),为毛能这样?还是因为不容易爆燃,能用高压缩比。同时,高压缩比也是其经济性好的主要原因。和汽油机先喷油再燃烧不一样,柴油机是边喷油边燃烧,进一步降低了柴油机的转速。现在的柴油电控,高压共轨技术,让柴油机的经济性,舒适性提高,更广地用于小型乘用车。

船用重油机,大家都知道,用重油,油粘,便宜,转速极低,但是,有一个问题你们都没提到,很多重油机是二冲程的,为什么用落后的二冲程?能量密度大,一台大型机,二冲比四冲轻几十吨。没有配气机构,保养简单。同时也说明,二冲重油机也有良好的经济性,为啥,只因为其比柴油机还要高的压缩比。

飞机用煤油,这话不科学,应该是,使用涡轮机做动力的飞机才用航空煤油。包括,涡轮喷气,涡轮风扇,涡轮螺旋桨,涡轮轴发动机,(就是不包括涡轮增压发动机),煤油烃链长度介于汽柴油之间,对于涡轮机来说,汽油太爆了,闪点太低,挥发性太高,不安全,柴油流动性太差,不适合涡轮机的“蒸发式油喷咀”。还有一点很重要,(划重点了),涡轮机和活塞机不同,涡轮机的燃烧室是连续燃烧的,对火焰稳态要求高,这点,煤油比汽柴油都好。再说个极端的情况,(注意了),军用涡喷涡扇机,有些带加力燃烧室的,把煤油直接喷到尾喷管内燃烧,煤油行,你喷汽油试试?分分钟炸成一朵花。同时,高空温度很低,柴油冻上了真的好吗?高空气压很底,汽油沸腾了真的好吗?



大喵儿

赞同来自:

汽油机制造难度最低,汽油也是几种燃料中最不安全的,也容易爆燃,不过却因为更容易燃烧所以发动机可以造的很小。

柴油机相比之下缸内压力更高,也就需要的发动机的绝对质量就需要相应增大,所以用在商用车上更多。

航空煤油积碳是最少的,也是最清洁的,更适合高工况工作,所以无论是螺旋桨飞机还是喷气式飞机都在使用各种航空煤油。

重油在船舶上的使用其实除了经济方面的考虑,还有一些传统因素,从前船舶主要是蒸汽机,无论是往复式还是透平式,都是用重油烧开水推动蒸汽机运转,二战时期,甚至到中国的051旅大级都还是重油蒸汽动力的。不过现在的重油也不太一样了,质量其实已经早不是过去那种低质量的重油了,很多船舶都是拿重油当柴油烧,直接用在内燃机上,甚至用在燃气轮机上。不过重油确实是便宜啊便宜啊

regiaohu

赞同来自:

某些汽车也可以烧机油……

李佐贤

赞同来自:

石油炼出来就有各种轻质油,重质油啊,想让重质油少点就要裂化,加氢什么的。还不如直接卖,根据特点用在不同热机上面。
轻质油好燃烧,适合要转速和轻量化的机器,比如汽油机。
柴油适合要扭矩要功率的机器。
重油适合大船,消耗量大,对机器重量不敏感。
反正就是物尽其用。最经济。
汽油是点燃的,不是压燃的,不适合造单个大容积气缸。比如船上的1万匹以上的机器

白晨

赞同来自:

王军亮的答案说的不错!!!

针对于众人迷惑的柴油/汽油自燃温度的问题尝试回答,错误之处请指正。

首先,柴油的自燃温度肯定比汽油低。

关于自燃,这里给出一个定义(可能与教科书不尽相同),即燃料由于温度达到某一阈值,分子动能足够,进而发生快速氧化反应(发光发热的快速氧化反应即为燃烧)过程。这个温度阈值即为自燃温度。

显然,发生快速氧化反应需要分子动能少的燃料自然温度低。

相比于汽油,柴油中含有更多直链结构。在柴油燃烧模拟计算中,通常使用正庚烷(C7H16),一种直链烷烃代替柴油(柴油为混合物,准确获得其分子组成困难,并且需考虑计算耗时及动力学机理确定的问题)。

而汽油则使用异辛烷代替(C8H18),辛烷的异构体,空间结构复杂。

当温度达到700K,正庚烷开始裂解放热,开启燃烧过程,随后经历负温度系数区、氢氧环路反应、一氧化碳氧化反应后结束。

在负温度系数区之前,正庚烷经历低温缓慢氧化过程。负温度系数区是指在这一过程发生的反应为吸热反应,其消耗前一阶段产生的热量,如果此时热量散失过多(取决于燃烧区域与外界热交换的情况),则整个燃烧反应终止。

对于异辛烷当温度达到900K,其开始氢氧环路反应,经历一氧化碳氧化反应后结束。

正庚烷的裂解反应由分子内部的小分子团相对震动产生,由于正庚烷的长链结构特征,其能量需求低(想象手握一根不怎么结实的竹竿的一端,用力甩动,竹竿断掉的过程)。

异辛烷结构复杂,一定温度下,内部的小分子团相对震动不足以使其断裂(想象将上面断成好多段的竹竿捡起,让每小段竹竿的中心点重合并紧紧绑在一块,握住这个组合体的一端用力甩动),当其温度(以及周围氧分子的温度)继续升高,通过与氧分子之间的激烈碰撞开启燃烧反应之旅。

以上,以正庚烷代替柴油,以异辛烷代替汽油说明了为什么柴油的自燃温度低。

至于为什么上面所列的温度与教课书的自燃温度有差别,原因有三:
1、不同实验条件,不同批次燃油获得的数据不同
2、正庚烷和柴油的差别
3、压力不同


但为什么日常生活中,我们常常感到汽油更易燃呢?

这是因为,一般情况下,燃料只有先变成气态才能发生燃烧,即气态燃油分子才能和氧充分地结合。

而由于汽油的平均分子量更小(C4-C12,柴油C10-C15),其更容易挥发,在室温下,汽油液面上存在更多的汽油蒸汽,当此区域存在高温热源时(例如烟头),就会引发剧烈燃烧。

而很多时候,由于柴油液面上的柴油蒸汽分子数目较少,柴油很难被引燃。

补充:燃油挥发的能力一般取决其分子量。燃油挥发过程实质上是液面附近的液态分子通过自身的震动摆脱了其它液态分子的吸引(分子间引力),而逃逸到空气中的过程。分子量越大则分子间相互的引力越大。

guaiguai

赞同来自:

上面答主
@王军亮已经把前两者解释得相当透彻了,作为相关行业从业者来说说重油。
国内海运业一般把柴油称为轻柴,重油称为重柴,目前货运船舶内燃机多为低速柴油机,汽轮机已经相当少见。轻柴和重柴都可以作为船用中低速柴油机的燃料,但是重柴相对柴油价格要低很多,而且燃烧效率不低,所以船上多选用重柴作为主要燃料。但目前我国在某些特定海域及港区内相关部门考虑环境影响,是禁止燃烧重油的,所以一般船上都会备有一定量的柴油(轻柴)或在出港前加一部分柴油(轻柴)。
有人看就多唠叨几句。为什么车用柴油机不用重柴,而且轻柴要分标号?因为柴油车少了一个系统——燃油加热系统。众所周知,柴油的凝固点要比汽油高很多,所以在低温环境柴油车要选用适当标号的柴油如-35。所谓的-10、-20、-35是指普通柴油加入抗凝剂,从而达到降低凝固点的柴油,相应标号越低,加入抗凝剂越多,而价格也越贵。重柴本身流动性就较差,船上在使用重柴时所采用的抗凝手段绝大部分是加热升温,以此来提高重柴的流动性,从而使其更适合燃烧。有机会的话放一张船用燃油加热管系图上来。
匿名用户

匿名用户

赞同来自:




上图系汽油机和柴油机外特性曲线对比
上图系汽油机和柴油机外特性曲线对比
选择汽油机还是柴油机?从升功率和结构紧凑化、轻量化( 指比体积和比质量指标)的角度看, 汽油机优于柴油机。现代汽油机的升功率一般比自然吸气式柴油机高45 %~65 % ,但与增压中冷式柴油机相近; 转速则是汽油机比同类柴油机高 25% ~30%。一般说来,同排量的汽油机与自然吸气柴油机相比, 则汽油机加速性能好,最高车速高; 而等功率的柴油机和汽油机相比, 汽油机排量小, 质量轻, 最高车速也高, 但转矩和爬坡能力,柴油机比汽油机大, 加速性能则互有高下,视配套情况而定。问题在于汽油机一般只在小缸径条件下使用,输出功率受到局限, 所以近代载货汽车和各种大、中型客车几乎毫无例外都使用柴油机, 轿车则以汽油机为主。考虑到燃油经济性的制约,相当数量的轿车也采用了柴油机。当然,讨论这些问题都是以汽、柴油机能满足排放法规为前提。随着排放法规的进一步严格,汽车技术的进步以及代用燃料的应用与开发, 上述选择会有一定的变化。其次是选择大一些还是小一些功率的发动机。显然,选择高比功率——大排量、高升功率的动力,必然获得更高的动力性能。但是并非功率愈大的机器就愈好, 有一个多种性能——动力性、经济性、排放性等的综合考虑,也和当时当地的燃料供应和价格、使用和服务的要求、道路条件以及能源法规的限制有密切关系。




图汽油机 柴油机负荷特性曲线对比,不难看出汽油机有效燃油消耗率 be 都比同负荷的 柴油机高,统计资料表明, 汽、柴油机 bemin 的差值约 15%~30% , 而综合使用油耗的差值可 达 25%~45% , 是由于汽车大多在中、低负荷 条件下运行所致。
图汽油机 柴油机负荷特性曲线对比,不难看出汽油机有效燃油消耗率 be 都比同负荷的 柴油机高,统计资料表明, 汽、柴油机 bemin 的差值约 15%~30% , 而综合使用油耗的差值可 达 25%~45% , 是由于汽车大多在中、低负荷 条件下运行所致。
若单纯从燃油经济性出发进行汽车动力的选择,自然是柴油机优于汽油机, 这是柴油机最明显的优势。实际选用时不可能只考虑这一因素。另外一点则是,无论汽、柴油机都希望尽可能提高负荷利用率,使其经常接近最经济的 80%~90%负荷率处工作。这一点对汽油机尤为重要。它已成为改善发动机燃油经济性,降低实际使用油耗的一个极为重要的原则。





由上图柴油机和柴油机有效油耗率的全特性曲线的对比可以看出,柴油机的be尤其是在部分符合区域远低于汽油机,但是汽油机转速范围大大高于柴油机,主要由于柴油机缸内直喷,混合时间更长切运动件更重运动惯量也大。
由上图柴油机和柴油机有效油耗率的全特性曲线的对比可以看出,柴油机的be尤其是在部分符合区域远低于汽油机,但是汽油机转速范围大大高于柴油机,主要由于柴油机缸内直喷,混合时间更长切运动件更重运动惯量也大。


摘录自:汽车发动机原理,王建昕 清华大学出版社

该问题目前已经被锁定, 无法添加新回复