作為內(nèi)燃機(jī)，柴油機(jī)與汽油機(jī)工作原理一樣，都是將包含化學(xué)能的燃料，在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒，釋放熱能，通過(guò)熱力學(xué)循環(huán)轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，但汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作原理完全不同，為什么汽油機(jī)需要火花塞？為什么柴油機(jī)更省油？為什么柴油機(jī)需要添加尿素呢？

這一切得先從燃料的特性說(shuō)起。

汽油、柴油都是石油副產(chǎn)品，具有揮發(fā)性、可燃性的烴類混合物液體，非常適合用于燃料。但汽油自燃點(diǎn)高達(dá)420℃—500℃，而柴油自燃點(diǎn)低，僅為220℃。

物理老師講過(guò)，物體要燃燒需要滿足一些條件：可燃物、氧化劑（助燃物）、溫度（引火源）。不同的燃料特性使得柴油更適合壓燃，柴油機(jī)壓縮比高，所以當(dāng)活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)的時(shí)候氣缸內(nèi)溫度已經(jīng)達(dá)到600℃—800℃，而柴油自燃點(diǎn)僅220℃，所以無(wú)需火花塞這個(gè)火源，柴油自己就被點(diǎn)燃了。

汽油閃點(diǎn)比較低，即便達(dá)到最大的壓縮比也無(wú)法自燃，因此汽油機(jī)需要配置火花塞這個(gè)火源來(lái)點(diǎn)燃油氣混合物。

同樣，由于燃料的密度以及發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理不同，也導(dǎo)致汽油機(jī)和柴油機(jī)不同的工況特性。

理論上，要說(shuō)明一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)參數(shù)，可以概略地用功率與扭矩的大小來(lái)標(biāo)示，但影響功率、扭矩輸出的因素卻很多，其中一個(gè)重要因素就是發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。壓縮比表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，氣缸氣體被壓縮的程度。

就發(fā)動(dòng)機(jī)單個(gè)氣缸而言，當(dāng)活塞的行程到達(dá)最低點(diǎn)，此時(shí)的位置點(diǎn)便稱為下止點(diǎn)，整個(gè)氣缸包括燃燒室所形成的容積便是最大行程容積。當(dāng)活塞反向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)最高點(diǎn)位置時(shí)，這個(gè)位置點(diǎn)便稱為上止點(diǎn)，所形成的容積為整個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)行程容積最小的狀況，需計(jì)算的壓縮比就是這最大行程容積與最小容積的比值，即氣缸最大體積（V1）與最小體積（V2）之比。

空氣在壓縮的過(guò)程中，其溫度會(huì)升高。壓縮比越高，意味著空氣和燃油會(huì)被壓縮得更狠，進(jìn)而燃油分子也就會(huì)跟空氣結(jié)合得更加充分，從而使燃燒更加充分。此外，高壓縮比還有一個(gè)好處，混合更加充分的油氣混合物能夠?qū)崿F(xiàn)更快燃燒。

壓縮比越高，熱效率越高，但隨壓縮比的增高，熱效率增長(zhǎng)幅度越來(lái)越小。本文的重點(diǎn)在于前面這兩句。

汽油機(jī)的壓縮比一般為8—14左右，柴油機(jī)的壓縮比一般是15起步，約15—18，高的還有20以上壓縮比機(jī)型。這樣一看，柴油機(jī)的壓縮比要遠(yuǎn)高于汽油機(jī)，自然燃燒效率也就越高，因此柴油機(jī)的熱效率普遍高于汽油機(jī)。

現(xiàn)階段，汽油機(jī)的最高熱效率普遍在40%上下，新能源專用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在電池的幫助下可以達(dá)到43%—45%左右，而柴油機(jī)基本上是熱效率45%起步，國(guó)內(nèi)的濰柴等廠家已經(jīng)量產(chǎn)熱效率50%的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

相比汽油，柴油含有更多更長(zhǎng)的碳原子鏈，同時(shí)柴油的密度為0.83g/ml—0.855g/ml，汽油的密度0.725g/ml，能量密度上汽油比柴油略低一些。粗略計(jì)算下，每燃燒1升的柴油所釋放的能量，約等于燃燒1.2L的汽油所釋放的能量。

壓縮比更高，燃油能量密度更高，使得同排量下柴油機(jī)普遍較汽油機(jī)省油。就拿2015款奔馳GL來(lái)對(duì)比，該車(chē)可選汽油/柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，排量都是3L，均配備渦輪增壓器。在NEDC工況下，柴油機(jī)的百公里綜合油耗為8.1L，而汽油機(jī)的百公里綜合油耗達(dá)到10.1L，漲幅超過(guò)20%。

那為什么汽油機(jī)有個(gè)三元催化器就行了，柴油機(jī)除了三元外，還需要加尿素呢？

19世紀(jì)90年代，德國(guó)人魯?shù)婪颉さ屹悹柊l(fā)明柴油機(jī)。經(jīng)過(guò)100多年發(fā)展，柴油機(jī)技術(shù)已經(jīng)日臻完善，特別是采用高壓共軌噴射、渦輪增壓等技術(shù)后，柴油機(jī)的效率進(jìn)一步提高，使得柴油機(jī)現(xiàn)在仍然是熱效率最高的內(nèi)燃機(jī)之一。

和技術(shù)一起攜手進(jìn)步的還有環(huán)保和排放。

早在國(guó)一國(guó)二時(shí)代，那時(shí)候柴油發(fā)動(dòng)機(jī)還采用機(jī)械泵，國(guó)三開(kāi)始用上共軌系統(tǒng)，大馬力的代價(jià)，是日益先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，以及越來(lái)越精密的設(shè)備?，F(xiàn)在來(lái)到國(guó)六時(shí)代，除了油品升級(jí)外，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是后處理器這一塊已經(jīng)相當(dāng)完善。

國(guó)六柴油機(jī)，后處理器這一塊主要是通過(guò)EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、DOC（柴油催化氧化）、DPF（顆粒物捕捉）、SCR（選擇性催化還原）、ASC（氨逃逸監(jiān)測(cè)）等組成。

其中需要定期加注維護(hù)的，就是SCR尿素系統(tǒng)了。

早期人們對(duì)柴油車(chē)的印象就是拖著黑煙跑，稍微大點(diǎn)油門(mén)，能熏黑一大片地方，堪稱煙霧彈。其實(shí)這些黑煙就是固體微小顆粒，也稱為碳煙。

冒黑煙的原因主要是柴油品質(zhì)不佳、燃料混合氣過(guò)濃、可燃混合氣形成不良或燃燒不完善等原因造成的。

通過(guò)提前噴油，混合氣的滯燃期隨噴油提前角的加大而延長(zhǎng)。因此，著火前噴油量較多，循環(huán)溫度高，燃燒過(guò)程結(jié)束較早，從而使排煙下降。

正所謂魚(yú)和熊掌不可兼得，提前噴油會(huì)帶來(lái)較高的燃燒噪聲、較大的機(jī)械應(yīng)力和較多的NOx排放。柴油和空氣在高溫高壓下混合燃燒，使得氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生反應(yīng)，生成各種氮氧化物，包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）。

于是人們不得不在柴油機(jī)的DPF后再加上一個(gè)SCR系統(tǒng)，通過(guò)尿素還原反應(yīng)來(lái)降低氮氧化物排放。通過(guò)向催化劑上游的尾氣中混入氨，利用貴金屬催化器在溫度為200℃—450℃的條件下，將尾氣中的NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退?，以此?shí)現(xiàn)降低氮氧化物的排放。（朋月）