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汽油机和柴油机的本质区别到底是什么？

汽油机和柴油机最核心的区别是，它们的燃烧模式截然不同，汽油机的是预混合的火焰传播燃烧，柴油机主要是扩散燃烧。正是因为燃烧模式不同，所以汽油机和柴油机的效率和污染物排放会有很大的区别。

当然了，火焰传播（flame propagation）和扩散燃烧（diffusive flame）这是燃烧学里的专有名词，所以为了方便大家理解，才会说成汽油机和柴油机，或者点燃和压燃的。

汽油机的火焰传播

在汽油机里面，燃料和氧化剂，也就是汽油和空气，是预混合的，点火前缸内形成的是组分均匀的混合气。哪怕是缸内直喷，大多数的量产汽油机会选择在进气冲程或者压缩冲程前喷油，有时间让汽油和空气充分混合。对于一些缸内直喷分层稀燃的汽油机，尽管这个情况下缸内混合气组分不再均匀（宏观不均匀），但喷出来的油也已经和周围的气体充分混合了（微观均匀）。总之，对于汽油机，点火前燃油和空气已经混合完毕，这类燃烧叫预混合燃烧。

在某一个合适的时刻，火花塞点火。火焰从火花塞产生，向外传播，最后燃尽整个燃烧室内的可燃混合气。这个过程叫火焰传播。

那么很显然，火焰传播速度有快有慢，根据理想奥托循环和迪塞尔循环的比较，燃烧越快越接近等容燃烧，效率越高。所以，为了加快火焰燃烧速度，有几个措施：

01.把火花塞放到气缸圆的中心，这样火焰只要传播半个缸径。火花塞可以很容易地放在四气门发动机的中心，但和直喷喷油嘴布置在一起有一定难度。因此有相当一部分直喷发动机的喷油嘴并不放在气缸当中。（这里并不是说喷油嘴一定要放在当中，但是火花塞必须放当中）

02.减少缸径，这样火焰传播距离就短了。这和第一个原因告诉我们，美国超大排量肌肉车的燃烧注定不太好，因为缸径太大，火焰传播时间更长，而且那些肌肉车都是两气门的，所以火花塞不能放在当中。有一些肌肉车会选择在一个气缸里面装两个火花塞来改善这一问题。

03.火焰传播速度是由缸内气体湍流强度决定的。什么意思呢，假设缸内的气体是完全静止的，火焰传播地会非常得慢。但是呢，因为进气的时候气流有一定的速度，活塞压缩气体的时候也有可能让气体产生不同方向的运动，这种混沌的运动叫作湍流。可以通过合理设计气门和燃烧室，来提高湍流强度，最经典的例子就是丰田的Dynamic Force Engine了，通过增加滚流比，来大幅提高火焰传播速度。

这里需要提一点的是，增加湍流强度不是没有副作用的。缸内湍流强度增加会增加散热损失，因为缸壁和气体的热交换更加剧烈了。但是，汽油机的燃烧速度加快的话，如果配合更高压缩比，缸内温度维持在高温的时间会变短，所以对于现在这种情况，散热损失应该是下降了。

柴油机的扩散燃烧

在柴油机中，燃料和空气不是预混合的，只有空气被压缩。在上止点附近喷油嘴喷出高压柴油，随后燃烧。喷油嘴喷出柴油的那一瞬间，燃烧并没有开始，因为柴油小液滴附近没有空气，烧不起来，局部空燃比是0（紫红色部分）。随着柴油液滴气化扩散，和空气混合，柴油开始燃烧，但这个时候，空气还是很少，局部柴油是过量的，那么不可避免地发生了不完全燃烧，产生碳烟（Soot）。下图里面从左侧淡蓝色、到深蓝色、到右边黄色的球，这都是碳烟。随着燃烧的进行，气体扩散会更快，碳烟和一些其它未燃烧的物质和空气混合后继续燃烧，最后转化成二氧化碳和水，这两者在围绕着喷雾周围的一圈橙色的扩散火焰中形成。随着柴油完全燃烧，温度很高，喷雾外侧又只有空气没有燃油，氧气过量，所以产生了NO。

所以说，柴油这种燃烧方式，既会产生反应不完全的碳烟，又会产生高温氧气过量的NOx，傻得不行。但是，扩散燃烧是一种非常稳定的燃烧，在大部分地方都有应用。比如煤气灶就是扩散燃烧。航空发动机里面的燃烧室也是扩散燃烧。大部分可靠的燃烧其实都是扩散燃烧。但在发动机里的应用我觉得并不特别合适。原因有二，一是发动机要求燃烧快速完成，柴油机需要把柴油喷出来，然后雾化扩散，这需要时间，这导致了柴油机的燃烧并不接近理想奥拓循环。早期的柴油机，喷射压力非常低，柴油一边喷一边烧，所以被近似成迪塞尔循环。现代的高压共轨柴油机，喷射压力至少有1600 bar（BOSCH第二代共轨系统），燃烧比以前快多了，但柴油机的问题还是存在。第二，扩散燃烧很稳定，但是往复式发动机里面，燃烧一下就可以了，然后是做功、换气、压缩，再燃烧，所以，特别稳定的燃烧未必很有意义。

氮氧化物催化装置」的工作原理是什么？

尿素分解反应：

SCR反应：

SCR系统概况

在SCR系统中，SCR催化剂扮演者重要的角色。国五之前，主要是V2O5基催化剂(抗高温能力弱)，现在主要是分子筛催化剂，随着环保的越来越高的要求，对SCR催化剂的研制提出了更高的要求：

01.高效的NOx转化效率

02.良好的氨存储能力

03.良好的抗高温老化性能力

04.良好的抗硫老化和再生性能