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壓縮比

[2009-04-03 11:17:27]    太平洋汽車網(wǎng)    出處:pcauto     責(zé)任編輯: zengcongzhi
關(guān)注: 上海車展關(guān)鍵詞: 壓縮比

  要說明一臺發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù),可以概略地用功率與扭矩的大小來標(biāo)示出來,然而影響功率、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,可壓縮比這個(gè)術(shù)語似乎令不少維修人員模糊,知道它的數(shù)值大小不如知道氣缸壓力的數(shù)值實(shí)用,然而壓縮比確是對發(fā)動(dòng)機(jī)至關(guān)重要的參數(shù)。

  什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比?不論這輛車上所選裝的是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)還是柴油發(fā)動(dòng)機(jī),能保持穩(wěn)定且適當(dāng)?shù)膲嚎s比才能使發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)得以平順和穩(wěn)定。壓縮比的定義就是發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣體被壓縮的程度,用壓縮前的氣缸總?cè)莘e與壓縮后的氣缸容積(即燃燒室容積)之比來表示。目前,絕對大部分汽車采用所謂的'往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)',簡單地講,就是在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中,有一只活塞周而復(fù)始地做著直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),且一直循環(huán)不已,所以在這周而復(fù)始又持續(xù)不斷的工作行程之中有其一定的運(yùn)動(dòng)行程范圍。就發(fā)動(dòng)機(jī)某個(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。

  壓縮比與發(fā)動(dòng)機(jī)性能有很大關(guān)系,我們都知道汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),吸進(jìn)來的通常是汽油與空氣混合而成的混合氣,在壓縮過程中活塞上行,除了擠壓混合氣使之體積縮小之外,同時(shí)也發(fā)生了渦流和紊流兩種現(xiàn)象。當(dāng)密閉容器中的氣體受到壓縮時(shí),壓力是隨著溫度的升高而升高。若發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比較高,壓縮時(shí)所產(chǎn)生的氣缸壓力與溫度相對地提高,混合氣中的汽油分子能汽化得更完全,顆粒能更細(xì)密,再加上剛才所說的渦流和紊流效果和高壓縮比所得到的密封效果,使得在下一刻運(yùn)動(dòng)中,當(dāng)火花塞跳出火花時(shí)就能使得這混合氣在瞬間內(nèi)完成燃燒的動(dòng)作,釋放出最大的爆發(fā)能量,來成為發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。反之,燃燒的時(shí)間延長,能量會耗費(fèi)并增加發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度而并非參與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的輸出,所以我們就可以知道,高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)就意味著可具有較大的動(dòng)力輸出。

  通常的低壓壓縮比指的是壓縮比在10以下,高壓縮比在10以上,相對來說壓縮比越高,發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力就越大,目前所知三菱GPI發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比已經(jīng)達(dá)到了12。

  壓縮比越高發(fā)動(dòng)機(jī)抖振越厲害,這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比越高,通常伴隨著的就是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)抖振會較明顯增大,即使是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)也是如此。在爆發(fā)點(diǎn)火時(shí)混合氣燃燒所產(chǎn)生的能量在瞬間釋放出來,相對的振動(dòng)的動(dòng)能也就較大,于是運(yùn)輸動(dòng)力也就較為明顯。另外是由于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)其動(dòng)力的產(chǎn)生較為密集,所以直接的感覺較為輕微。至于其他直列式的四缸、三缸發(fā)動(dòng)機(jī),其動(dòng)力產(chǎn)生的次數(shù)就沒有那么頻繁,再加上采用高壓縮比,其振動(dòng)也就避免不了。然而有一點(diǎn)值得一提的是,既然如上所提到的現(xiàn)象,那么近代的高級轎車幾乎都屬于高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī),即使是四缸發(fā)動(dòng)機(jī)其抖動(dòng)現(xiàn)象也不明顯,甚至有些車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),如不特別去注意甚至都感覺不到它是處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)呢?因?yàn)檫@些車況的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)都經(jīng)過專門的調(diào)校,將它的振動(dòng)點(diǎn)恰當(dāng)彌補(bǔ)。但你是否注意到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速若提升到某一個(gè)轉(zhuǎn)速,車速升到某種速度運(yùn)行時(shí),車輛會有一個(gè)不可克服的共振區(qū)。因此調(diào)校技術(shù)的難度是相當(dāng)大的。它需要我們不斷的探索和研究。

  工作溫度在此時(shí),也深深地關(guān)系著壓縮比的變化了。大家都知道壓縮比與燃燒溫度之間的密切關(guān)系,然而發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)都有一個(gè)合適且正常的工作溫度范圍,發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)必須幫助整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)在適宜的溫度區(qū)域內(nèi)工作,否則不論是太高或是太低的工作溫度都會使得發(fā)動(dòng)機(jī)無法發(fā)揮真正的效率,更甚者,可能引起氣缸與活塞卡死而無法工作,此故障稱拉缸,所以冷卻系統(tǒng)的要求與作用是不言而喻的。概論性而言,目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度都設(shè)計(jì)在80-110℃之間,這個(gè)適當(dāng)且正常的工作溫度下,發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率可以達(dá)到原設(shè)計(jì)的理想百分率。若高于這個(gè)溫度,當(dāng)進(jìn)入氣缸燃燒室的混合氣吸收過度的熱量,可能會引起自燃、預(yù)燃,而引起爆震的發(fā)生,使發(fā)動(dòng)機(jī)無力、損壞機(jī)械元件。反之溫度過低,則混合氣的汽化不良,燃燒效果變差,無法汽化的汽油凝結(jié)在氣缸壁的各個(gè)角落,形成積炭或是附在油環(huán)之中,當(dāng)壓縮環(huán)將油膜刮除時(shí),進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)內(nèi),會污染機(jī)油,使機(jī)油的潤滑性、密封性、附著性、流動(dòng)能力……等諸多性能受到影響,從這個(gè)角度來看,壓縮比與冷卻系統(tǒng)的關(guān)系確又是如此重要。

  壓縮比太高導(dǎo)致自燃,有一個(gè)常識,同時(shí)也是一個(gè)觀念,是大家非常清楚且相當(dāng)熟悉的。汽油是一種極易揮發(fā)燃燒的液體,這也是我們要探討的內(nèi)容。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比再高也高不過柴油發(fā)動(dòng)機(jī),所以對于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)而言,10:1以上的壓縮比便屬于高縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)。這與汽油的燃點(diǎn)較柴油高的原因有關(guān),假若壓縮壓力太高,則燃燒室內(nèi)的混合氣,會由于分子聚集,其中的汽油分子吸收了足夠的熱量之后,在達(dá)到它的燃點(diǎn)時(shí),此時(shí)若燃燒室內(nèi)存有積炭或某個(gè)角落恰有熱點(diǎn)出現(xiàn),吸收足夠熱量的汽油分子便會自行燃燒起來,或在火花塞欲點(diǎn)火之前就自行燃燒了,這樣的結(jié)果就往往是我們所講的爆震了。 然而,從另一個(gè)角度來看,又恨不得在壓縮行程時(shí),汽油分子能大量的吸收熱量,使之汽化得更好,與空氣之間的混合均勻效果會更佳。它在吸收最多的能量后,在一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻,火花塞跳火產(chǎn)生火花,則混合氣能在最短的瞬間,將所蓄存的能量釋放出來,推動(dòng)活塞,產(chǎn)生動(dòng)力,使發(fā)動(dòng)機(jī)具有最大功率的輸出,發(fā)揮出全部的能量,即發(fā)動(dòng)機(jī)做功?稍谶@兩難之處,高科技產(chǎn)品又推出增壓發(fā)動(dòng)機(jī),在某一工作范圍時(shí),它是具有低壓縮比的,但當(dāng)達(dá)到某一個(gè)設(shè)計(jì)的工作條件時(shí),該增壓系統(tǒng)會發(fā)生作用,使得發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)眼之間又變成一具有高效能,高輸出的高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)。

  壓縮比較高時(shí),整個(gè)燃燒室的氣密效果也要加強(qiáng),否則容易漏氣,耗損發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力,并導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的故障,如活塞環(huán)、氣門座圈……等的密封性變差。同時(shí)過多的混合氣進(jìn)入曲軸箱內(nèi),會引起潤滑油的變質(zhì),因此PCV閥的作用無法消化太多的廢氣殘余氣體,因而采用高壓縮比設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)必須得注意這些問題,也就是說它要使用彈性強(qiáng)度較大的活塞環(huán)。然而又遇到一個(gè)問題:潤滑油的使用,這關(guān)系著潤滑油膜的穩(wěn)固、機(jī)油流動(dòng)性及發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的磨損和油料的經(jīng)濟(jì)效益及駕駛員的正確操縱性……,都是工程設(shè)計(jì)和維修人員值得考慮的問題。尤其是現(xiàn)在的車輛,不論是油料消耗還是排放出來的廢氣污染物質(zhì),都有一套嚴(yán)格的管理標(biāo)準(zhǔn)。眾所周知,發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的壓縮比高時(shí),燃燒的溫度也相對的升高,則排放出來的廢氣中氮氧化合物的含量也就增加,這樣又引起污染問題,反這會產(chǎn)生樸素矛盾的關(guān)系。這些也令工程設(shè)計(jì)人員及維修技師們?yōu)閷ふ乙粋(gè)良好的數(shù)值范圍而不得不多次開發(fā)與實(shí)驗(yàn)。正因如此,才需要更深地研究分析各種可能的狀況和不可能的情況,加以討論探求。

  汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是點(diǎn)燃式,壓縮比低;柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是壓燃式,壓縮比高。轎車的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比是8-11,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比是18-23。

  我們通常說的90號、93號、97號汽油,這個(gè)數(shù)值代表汽油的標(biāo)號,即實(shí)際汽油抗爆性與標(biāo)準(zhǔn)汽油的抗爆性的比值。標(biāo)號越高,抗爆性能就越強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)汽油是由異辛烷和正庚烷組成。異辛烷的抗爆性好,其辛烷值定為100;正庚烷的抗爆性差,在汽油機(jī)上容易發(fā)生爆震,其辛烷值定為0。如果汽油的標(biāo)號為90,則表示該標(biāo)號的汽油與含異辛烷90%、正庚烷10%的標(biāo)準(zhǔn)汽油具有相同的抗爆性。

  選用汽油標(biāo)號的唯一標(biāo)準(zhǔn)是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。一般來說,壓縮比越高的發(fā)動(dòng)機(jī),可燃性混合氣被壓縮的體積越小,動(dòng)力性越足、油耗也越小。但壓縮比得有另一個(gè)指標(biāo)配合,它就是汽油的抗爆性指標(biāo),亦稱辛烷值,即汽油標(biāo)號。壓縮比越高的發(fā)動(dòng)機(jī),要求汽油的抗爆性指標(biāo)越高,即汽油的標(biāo)號也就越高。中國的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)主要是引進(jìn)或參照國外標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),目前國外油品市場只有93、95、98這三種標(biāo)號的汽油,發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比也是參照這三種標(biāo)號而設(shè)計(jì),所以與90號汽油匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)不多。然而現(xiàn)在降標(biāo)用油的現(xiàn)象極為普遍,據(jù)測算和觀察,現(xiàn)在小車壓縮比大都在9.0以上,有的進(jìn)口車壓縮比甚至在10.8以上,這些都應(yīng)該用95號以上的汽油。但從實(shí)際情況上來看,60%以上的車子都用錯(cuò)汽油,主要是因?yàn)椋?/p>

  一、車主為了省錢,用低標(biāo)汽油。表面上好像省了一毛多錢,實(shí)際上油耗增加了5 8%%,還得額外增加數(shù)以萬計(jì)的汽車維修費(fèi)。

  二、為了車的銷量,許多汽車說明書上根本就不標(biāo)明車子的壓縮比,銷售人員也不給購車者介紹壓縮比,使得許多買車人忽略了這一重要指標(biāo)。

  而汽車到底喝什么油,還是壓縮比說了算。一般壓縮比越大的要求汽油標(biāo)號越高。通常,壓縮比在7.5-8.0應(yīng)選用90-93號車用汽油;壓縮比8.0-8.5應(yīng)選用90-93號車用汽油;壓縮比在8.5-9.0應(yīng)選93-95號車用汽油;壓縮比在9.5-10.0應(yīng)選用95-97號汽油。具體你的車到底選用什么標(biāo)號的汽油,在說明書上都有寫明,按照說明書加油是不會錯(cuò)的。

  一般發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比是不可變動(dòng)的,因?yàn)槿紵胰莘e及氣缸工作容積都是固定的參數(shù),在設(shè)計(jì)中已經(jīng)定好。不過,為了使得現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)能在各種變化的工況中發(fā)揮更好的效率,以變對變來改善發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。其中氣門可變驅(qū)動(dòng)技術(shù)早已實(shí)現(xiàn),做為重要參數(shù)的壓縮比也有人嘗試由固定不變改為“隨機(jī)應(yīng)變”,但由于涉及壓縮比必然要涉及到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的改變,牽一而動(dòng)百,難度很大,長期沒有進(jìn)展,F(xiàn)在這一難題已被瑞典的紳寶工程師克服。

  近年薩博(Saab)開發(fā)的SVC發(fā)動(dòng)機(jī)以改變壓縮比來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量。它的核心技術(shù)就是在缸體與缸蓋之間安裝楔型滑塊,缸體可以沿滑塊的斜面運(yùn)動(dòng),使得燃燒室與活塞頂面的相對位置發(fā)生變化,改變?nèi)紵业目头e,從而改變壓縮比。其壓縮比范圍可從8:1至14:1之間變化。在發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷時(shí)采用高壓縮比以節(jié)約燃油;在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷時(shí)采用低壓縮比,并輔以增壓器以實(shí)現(xiàn)大功率和高扭矩輸出。薩博SVC發(fā)動(dòng)機(jī)是1.6升5缸發(fā)動(dòng)機(jī),每缸缸徑68毫米,活塞行程88毫米,最大功率166千瓦,最大扭矩305牛頓米,綜合油耗比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)降低了30%,并且滿足歐洲Ⅳ號排放標(biāo)準(zhǔn)。

  現(xiàn)在的車輛都在標(biāo)示著它有一個(gè)高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī),同時(shí)也明顯的顯示它是一部高性能的車子,能滿足全方位驅(qū)動(dòng)需要,然而這樣的術(shù)語先不去探討全方位究竟如何,單就這個(gè)常常被人冷落的壓縮比而言,事實(shí)上它代表的是一種科技的成熟,是說明著有一連串相關(guān)技術(shù)的成就或理論的成功,但卻被不少人所不熟知,就更需要我們?nèi)ド钌畹拈_發(fā)與研究。 壓縮比呢?就理論上而言,是發(fā)動(dòng)機(jī)不可缺少的數(shù)值,不少維修人員認(rèn)為只不過是個(gè)數(shù)值而已,又不具有任何單位,從以上結(jié)果可以看出,對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是多么緊密相關(guān),對維修人員多么重要。

 

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