为什么很难设计出高转速的柴油机？哪些原因限制了柴油机的转速？

为什么设计高速柴油机很难或者说为什么柴油机的转速比汽油机低结论是柴油粘度大，短时间内无法与空气混合均匀柴油含碳更多，燃烧更慢因此，在慢混慢燃的先天条件下，如果柴油机转速过高，混合气浓度会急剧飙升，最终导致火灾

柴油机转速真的很低吗其实这个问题要从两个角度来看:商用车和工具车用的大排量重型柴油发动机和乘用车用的轻型柴油发动机，比如大众TDI车型和PSA HDI车型它们可以达到5000转，断油转速在5500转左右事实上，今天的涡轮增压汽油发动机的断油转速在6000转左右

所以在乘用车领域，柴油机的转速并不低，可以理解为在乘用车领域，柴油机和汽油机的转速非常接近而那些大排量的重型柴油机是转不快的，因为活塞，连杆，曲轴等部件的自重太高，机器运转时产生的转动惯量太大，所以即使真的转得快，机体也承受不了这是那些大排量重型内燃机不得不面对的问题即使是汽油发动机，实际上也不能转得太快，导致需求和使用上的差异

当然，如果有汽油机的需求，转速可以轻松超过10000，但这是轻型柴油机绝对达不到的即使是那些柴油赛车，最高转速通常也只有5000转如上图，标致908HDI赛车的峰值转速只有5000转左右但是，这并不影响它的功率，因为功率是扭矩和转速的乘积如果转速不够，可以用更高的每周期扭矩输出拉平

是什么原因限制了柴油机的转速。

如果你想获得更高的速度，你必须快速完成每个循环快速完成一个周期需要做什么一是充足的进气量，二是快速的混合过程无论是汽油机还是柴油机，在高速运转时，总会面临进气量不足的问题例如，当发动机以6000转运行时，每分钟将完成3000个循环也就是说喷油和进气的过程要达到每分钟3000次，所以进气应该是每秒50次也就是说，进气门每秒钟要开50次

在这么短的时间内完成50次摄入，留给每次摄入的时间太少了因此，诸如可变气门正时，升程等技术以改善高速行驶时进气不足的问题伴随着涡轮增压技术的普及，实现了汽油机的低转速当然，这些技术也可以应用到柴油机上，但阻碍柴油机高速的根本原因是柴油和空气的混合过程太慢太难

柴油质量重，链长，碳原子多，所以粘性更大，挥发性更强所以喷出的柴油相与空气混合均匀，很难升天如上图所示，由于喷油嘴喷出的油雾粘度大，挥发性差，柴油雾柱内的混合气始终处于过浓状态，无论进气量多大，雾柱内的混合气浓度都偏高相反，雾柱外的混合气体浓度始终处于稀薄状态，越往外越稀薄

所以柴油机是用节气门来控制喷油量的，而节气门始终保持最大开度，即实际空燃比高于理想空燃比无论进气量多大，雾柱内部浓度都过高，所以柴油的燃烧方式是先将外部的稀混合气压缩燃烧，然后产生的能量迫使更多的燃油混合，并由之前的火花继续点燃，最终完成所有柴油的燃烧

这种工况控制方式称为质量循环汽油机是根据进气量来计算喷油量的，而柴油机则是时刻最大化进气量因此，柴油的燃烧是一个由外向内逐级燃烧，加速挥发，燃烧，加速挥发，最终完成每个循环中所有柴油的燃烧的过程你知道柴油机为什么选择压燃式吗不仅仅是柴油自燃点低，根本原因是燃油每次喷入雾柱都是外稀内稠的状态

所有可燃物质都有着火临界性，但外细内粗的柴油雾柱根本无法点燃，或者点燃后在传递过程中因能量不足而熄灭因此，最困难的是快速完成柴油的均匀混合如果不能快速完成与空气的混合，就不能快速结束作功冲程，会拉长单个循环的完成时间外界影响转速的因素，比如转动惯量，进气量等等都很容易解决，但是柴油和空气的混合还是太慢

如果均匀混合速度慢，就没有办法加快燃烧过程所以柴油机一旦转速提高，做功冲程的时间就会缩短，导致柴油燃烧不完全混合物极不均匀，然后燃烧时间缩短，那么混合不均匀问题会更严重，最终导致压燃失败，也就是着火因此，柴油粘度高，挥发性差是影响转速的根本原因当然，现在的高压共轨技术已经改善了很多问题，但是和能跑几万甚至几万转的汽油机相比，柴油机是很难做到的