为什么汽油机不能像柴油机一样实现缸内2000bar 左右喷射的压力？
汽油机和柴油机在设计理念和工作原理上的根本差异，决定了它们在燃油喷射压力上有着巨大的鸿沟。简单来说，汽油机无法像柴油机那样实现两千巴（bar）左右的喷射压力，主要原因出在燃料的性质、燃烧方式以及由此带来的结构设计需求上。
首先，我们得明白为什么柴油机能承受那么高的喷射压力。
柴油机的“高压法则”：自燃的秘密
柴油机的工作循环是压燃式，它的精髓在于：
1. 吸入纯空气： 柴油机在进气冲程时，只吸入干净的空气。
2. 高压缩比： 随后，活塞将空气压缩到极高的程度，这个压缩比通常在15:1到25:1之间，甚至更高。
3. 高温空气： 如此高压的压缩，会使空气温度急剧升高，远超柴油的自燃点（通常在400550°C左右）。
4. 缸内直喷： 在活塞接近上止点，缸内空气温度达到峰值时，高压燃油（2000 bar 甚至更高）才被精确地喷射到燃烧室。
5. 瞬间自燃： 喷入的柴油雾滴接触到高温空气，几乎是瞬间就会自燃，不需要火花塞。
正是这种“吸入空气，然后注入燃料引燃”的模式，让柴油机对喷射压力有着天然的需求。为什么要如此高的喷射压力呢？
雾化效果： 柴油本身挥发性不如汽油，为了能在极短的时间内与高温空气充分混合并燃烧，必须将柴油极度雾化。高压喷射是实现精细雾化的最有效手段。想想看，水龙头开到最大，水柱粗大；但如果用高压水枪，水就能变成细密的雾。
混合均匀： 细密的燃油雾滴才能在燃烧室的短时间内均匀分布，与空气充分接触，保证燃烧的完整性和效率。
克服缸内压力： 柴油机的高压缩比本身就意味着缸内总成（气缸、活塞、活塞环）要承受极高的压力。喷射燃油时，虽然燃烧尚未完全，但缸内压力已经很高。喷油压力必须高于缸内瞬时压力，才能将燃油有效地注入。
汽油机的“火花塞法则”：火花点燃的限制
相比之下，汽油机的工作原理截然不同：
1. 吸入混合气： 汽油机通常在进气阶段就将汽油与空气混合（无论是歧管喷射还是缸内直喷），形成可燃混合气。
2. 较低压缩比： 汽油的挥发性好，而且汽油混合气在高压缩比下很容易发生爆震（未到火花塞点燃时就自行燃烧，产生破坏性的压力波），所以汽油机的压缩比通常在8:1到13:1之间，远低于柴油机。
3. 火花塞点燃： 当活塞压缩混合气至一定程度时，火花塞会产生电火花，点燃混合气。
从这个过程可以看出，汽油机不依赖高压喷射来引燃燃料。它依靠火花塞来启动燃烧。那么，汽油机为何不也采用高压喷射呢？
低压缩比的限制： 汽油机较低的压缩比意味着其工作时的缸内压力远低于柴油机。即便采用高压喷射，如果喷射压力不能显著高于缸内压力，燃油就无法有效注入，甚至可能导致燃油回流。
爆震的风险： 汽油机最致命的敌人就是爆震。虽然高压直喷（GDI）确实能够提高汽油机的性能和效率，但也带来了新的挑战。如果喷射压力过高，燃料在缸内分布不均匀，或者与缸壁接触过多，都可能在火花塞点燃前就形成局部过浓或过稀区域，增加了爆震的风险。为了避免爆震，汽油机的喷射压力需要与点火时机、燃油品质、燃烧室设计等因素精确匹配，并且有一个相对保守的上限。
燃油雾化需求不同： 汽油的挥发性好，在相对较低的压力下，通过细小的喷孔和合理的喷射角度，也能实现不错的雾化效果，足以配合火花塞进行燃烧。过高的喷射压力带来的雾化改善边际效应递减，且会大幅增加系统复杂度和成本。
高压系统的技术壁垒： 能够承受2000 bar 甚至更高压力的燃油系统，对高压油泵、高压油轨、喷油器、高压管路和密封件的材料、制造精度、耐磨性和耐久性都提出了极高的要求。制造这样一套系统，不仅成本高昂，而且技术难度巨大。汽油机之所以后来也引入了缸内直喷（GDI），是因为相对柴油机，其压力要求低得多（通常在200500 bar，甚至更高一些的性能车上达到1000 bar 以上，但仍远未到柴油机的2000 bar）。
结构和材料上的差异
反过来，汽油机之所以不普遍采用接近柴油机的喷射压力，也与其结构设计和材料选择有关：
缸体和活塞的强度： 柴油机为了承受巨大的压缩应力和燃烧压力，其缸体、缸盖、活塞、连杆等部件通常采用更厚重、更强韧的材料，并且设计得更为坚固。汽油机的结构相对而言则更轻量化，难以承受柴油机那样的超高压负荷。
密封技术： 在如此高的压力下，任何微小的泄露都可能导致灾难性的后果。柴油机的高压燃油系统采用了极其先进的密封技术，而为汽油机实现类似级别的密封，成本和技术挑战是巨大的。
总结一下，汽油机不能像柴油机那样实现2000 bar 左右喷射压力的根本原因在于：
1. 工作原理不同： 柴油机是压燃式，依赖高压喷射使柴油雾化并与高温空气自燃；汽油机是火花点燃式，火花塞是主要的点火源，不需要那么高的喷射压力来引燃。
2. 压缩比差异： 柴油机的高压缩比创造了高温空气，为高压喷射提供了条件，也使其能承受更高的缸内压力；汽油机较低的压缩比限制了其缸内压力，且过高的喷射压力可能诱发爆震。
3. 燃油性质： 汽油挥发性好，雾化要求相对较低；柴油挥发性差，需要极高的喷射压力才能实现良好的雾化和混合。
4. 结构和材料限制： 汽油机的结构设计和材料强度不足以应对柴油机在高压喷射时所产生的巨大应力。
虽然现代汽油机通过缸内直喷技术，不断提高喷射压力以提升性能和燃油经济性，但其目标压力与柴油机的“压燃”需求相比，依然是小巫见大巫。这是一种由物理规律和工程设计目标决定的根本性差异。
首先，我们得明白为什么柴油机能承受那么高的喷射压力。
柴油机的“高压法则”：自燃的秘密
柴油机的工作循环是压燃式，它的精髓在于：
1. 吸入纯空气： 柴油机在进气冲程时，只吸入干净的空气。
2. 高压缩比： 随后，活塞将空气压缩到极高的程度，这个压缩比通常在15:1到25:1之间，甚至更高。
3. 高温空气： 如此高压的压缩，会使空气温度急剧升高，远超柴油的自燃点（通常在400550°C左右）。
4. 缸内直喷： 在活塞接近上止点，缸内空气温度达到峰值时，高压燃油（2000 bar 甚至更高）才被精确地喷射到燃烧室。
5. 瞬间自燃： 喷入的柴油雾滴接触到高温空气，几乎是瞬间就会自燃，不需要火花塞。
正是这种“吸入空气，然后注入燃料引燃”的模式，让柴油机对喷射压力有着天然的需求。为什么要如此高的喷射压力呢？
雾化效果： 柴油本身挥发性不如汽油，为了能在极短的时间内与高温空气充分混合并燃烧，必须将柴油极度雾化。高压喷射是实现精细雾化的最有效手段。想想看，水龙头开到最大，水柱粗大；但如果用高压水枪，水就能变成细密的雾。
混合均匀： 细密的燃油雾滴才能在燃烧室的短时间内均匀分布，与空气充分接触，保证燃烧的完整性和效率。
克服缸内压力： 柴油机的高压缩比本身就意味着缸内总成（气缸、活塞、活塞环）要承受极高的压力。喷射燃油时，虽然燃烧尚未完全，但缸内压力已经很高。喷油压力必须高于缸内瞬时压力，才能将燃油有效地注入。
汽油机的“火花塞法则”：火花点燃的限制
相比之下，汽油机的工作原理截然不同：
1. 吸入混合气： 汽油机通常在进气阶段就将汽油与空气混合（无论是歧管喷射还是缸内直喷），形成可燃混合气。
2. 较低压缩比： 汽油的挥发性好，而且汽油混合气在高压缩比下很容易发生爆震（未到火花塞点燃时就自行燃烧，产生破坏性的压力波），所以汽油机的压缩比通常在8:1到13:1之间，远低于柴油机。
3. 火花塞点燃： 当活塞压缩混合气至一定程度时，火花塞会产生电火花，点燃混合气。
从这个过程可以看出，汽油机不依赖高压喷射来引燃燃料。它依靠火花塞来启动燃烧。那么，汽油机为何不也采用高压喷射呢？
低压缩比的限制： 汽油机较低的压缩比意味着其工作时的缸内压力远低于柴油机。即便采用高压喷射，如果喷射压力不能显著高于缸内压力，燃油就无法有效注入，甚至可能导致燃油回流。
爆震的风险： 汽油机最致命的敌人就是爆震。虽然高压直喷（GDI）确实能够提高汽油机的性能和效率，但也带来了新的挑战。如果喷射压力过高，燃料在缸内分布不均匀，或者与缸壁接触过多，都可能在火花塞点燃前就形成局部过浓或过稀区域，增加了爆震的风险。为了避免爆震，汽油机的喷射压力需要与点火时机、燃油品质、燃烧室设计等因素精确匹配，并且有一个相对保守的上限。
燃油雾化需求不同： 汽油的挥发性好，在相对较低的压力下，通过细小的喷孔和合理的喷射角度，也能实现不错的雾化效果，足以配合火花塞进行燃烧。过高的喷射压力带来的雾化改善边际效应递减，且会大幅增加系统复杂度和成本。
高压系统的技术壁垒： 能够承受2000 bar 甚至更高压力的燃油系统，对高压油泵、高压油轨、喷油器、高压管路和密封件的材料、制造精度、耐磨性和耐久性都提出了极高的要求。制造这样一套系统，不仅成本高昂，而且技术难度巨大。汽油机之所以后来也引入了缸内直喷（GDI），是因为相对柴油机，其压力要求低得多（通常在200500 bar，甚至更高一些的性能车上达到1000 bar 以上，但仍远未到柴油机的2000 bar）。
结构和材料上的差异
反过来，汽油机之所以不普遍采用接近柴油机的喷射压力，也与其结构设计和材料选择有关：
缸体和活塞的强度： 柴油机为了承受巨大的压缩应力和燃烧压力，其缸体、缸盖、活塞、连杆等部件通常采用更厚重、更强韧的材料，并且设计得更为坚固。汽油机的结构相对而言则更轻量化，难以承受柴油机那样的超高压负荷。
密封技术： 在如此高的压力下，任何微小的泄露都可能导致灾难性的后果。柴油机的高压燃油系统采用了极其先进的密封技术，而为汽油机实现类似级别的密封，成本和技术挑战是巨大的。
总结一下，汽油机不能像柴油机那样实现2000 bar 左右喷射压力的根本原因在于：
1. 工作原理不同： 柴油机是压燃式，依赖高压喷射使柴油雾化并与高温空气自燃；汽油机是火花点燃式，火花塞是主要的点火源，不需要那么高的喷射压力来引燃。
2. 压缩比差异： 柴油机的高压缩比创造了高温空气，为高压喷射提供了条件，也使其能承受更高的缸内压力；汽油机较低的压缩比限制了其缸内压力，且过高的喷射压力可能诱发爆震。
3. 燃油性质： 汽油挥发性好，雾化要求相对较低；柴油挥发性差，需要极高的喷射压力才能实现良好的雾化和混合。
4. 结构和材料限制： 汽油机的结构设计和材料强度不足以应对柴油机在高压喷射时所产生的巨大应力。
虽然现代汽油机通过缸内直喷技术，不断提高喷射压力以提升性能和燃油经济性，但其目标压力与柴油机的“压燃”需求相比，依然是小巫见大巫。这是一种由物理规律和工程设计目标决定的根本性差异。
网友意见
首先，传统汽油机一般是port fuel injection（PFI）。根本不存在喷油压力一说，只有进气压力而已。意思就是说油跟气是预先混合好，直接通过intake valve（进气阀）跟空气一起进去了。而现在新兴的GDI (gasoline direct injection) engine，的确是直接喷汽油，可是这个直接喷汽油跟柴油机的直喷是完全不同的两个概念。
柴油机是压燃，不存在spark plug（火花塞）。柴油机在上止点喷油，油喷进去之后马上燃烧。一般喷油过程还没结束，前面喷的油就已经起火了，当然也有都喷完了还要在等几个crank angle degree （这个怎么翻译，翻译成曲柄角度么？）的。这里喷油压力一定要很大，才能保证油气尽量的扩散，跟缸内空气尽量好的混合。不然不但不利于燃烧速率，还会产生很多的排放PM (颗粒物) 和NOx (氮氧化物）。
GDI engine，虽然也是direct injection （直喷），可是还是有火花塞的，依然靠点燃而不是压燃。而且为了让油气更好的混合，喷油时间跟柴油机是大大不同的。柴油机喷油时间是在上止点(TDC)前几度，十几度而已。而GDI一般是在上止点前300度左右。也就是说，intake stroke (进气冲程) 刚刚开始的时候，就开始喷油了，然后在进气冲程和压缩冲程(compression stroke)整个过程中，油气有足够的时间混合，所以根本不需要太大的喷油压力。另外还有两点，其一是喷油时间是进气冲程刚开始的时候，喷油压力太大会喷在cylinder wall（气缸壁）和piston（活塞）上。其二就是汽油本身也比柴油更加容易挥发。
GDI 比PFI 的优点在哪里呢？首先可以增加compression ratio （压缩比），压缩比增加了，thermal efficiency （热效率）和 fuel conversion efficiency（燃料转化效率？） 就都会增加。简单的来说就是会省油啦，会增加你的MPG（作者终于肯说人话了）。那么为什么可以增加压缩比呢，汽油机的压缩比一般都是由 knock limit （爆震极限？）决定的。也就是说，虽然我们想要更大的压缩比提高热效率，可是压缩比太大了会产生knock，所以不能太高。而knock的产生是由于在开始燃烧的过程中温度太高，导致end gas（末端气体？）自燃而造成的。直喷的时候，油气蒸发的过程吸热会降低缸内温度，进而可以小小的增大压缩比。第二个有点就是可以增加缸内进气量，从而增大发动机的功率体积比。因为进气的时候只进空气不进油，可以让更多的空气进入。说人话就是可以用同样大小的气缸达到更大的最大输出功率。
好了本宝宝答题完毕，求赞。专业名词中文不太会说，如果翻译的不对见谅。
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