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压缩比

简单概念
 
活塞在下死点的汽缸之总容积除以活塞在上死点的总容积(燃烧室容积),所得的值就称为压缩比。
 
发动机性能
 
压缩比与发动机性能有很大关系,我们都知道汽油发动机在运转时,吸进来的通常是汽油与空气混合而成的混合气,在压缩过程中活塞上行,除了挤压混合气使之体积缩小之外,同时也发生了涡流和紊流两种现象。当密闭容器中的气体受到压缩时,压力是随着温度的升高而升高。若发动机的压缩比较高,压缩时所产生的气缸压力与温度相对地提高,混合气中的汽油分子能汽化得更完全,颗粒能更细密,再加上刚才所说的涡流和紊流效果和高压缩比所得到的密封效果,使得在下一刻运动中,当火花塞跳出火花时就能使得这混合气在瞬间内完成燃烧的动作,释放出最大的爆发能量,来成为发动机的动力输出。反之,燃烧的时间延长,能量会耗费并增加发动机的温度而并非参与发动机动力的输出,所以我们就可以知道,高压缩比的发动机就意味着可具有较大的动力输出。
 
防止自燃
 
通常的低压压缩比指的是压缩比在10以下,高压缩比在10以上,相对来说压缩比越高,发动机的动力就越大,目前所知三菱GPI发动机的压缩比已经达到了12。
 
压缩比越高发动机抖振越厉害,这是因为发动机的压缩比越高,通常伴随着的就是发动机工作时抖振会较明显增大,即使是多缸发动机也是如此。在爆发点火时混合气燃烧所产生的能量在瞬间释放出来,相对的振动的动能也就较大,于是运输动力也就较为明显。另外是由于多缸发动机其动力的产生较为密集,所以直接的感觉较为轻微。至于其他直列式的四缸、三缸发动机,其动力产生的次数就没有那么频繁,再加上采用高压缩比,其振动也就避免不了。然而有一点值得一提的是,既然如上所提到的现象,那么近代的高级轿车几乎都属于高压缩比的发动机,即使是四缸发动机其抖动现象也不明显,甚至有些车辆的发动机在运转时,如不特别去注意甚至都感觉不到它是处于运转状态呢?因为这些车况的怠速运转都经过专门的调校,将它的振动点恰当弥补。但你是否注意到发动机的转速若提升到某一个转速,车速升到某种速度运行时,车辆会有一个不可克服的共振区。因此调校技术的难度是相当大的。它需要我们不断的探索和研究。
 
工作温度在此时,也深深地关系着压缩比的变化了。大家都知道压缩比与燃烧温度之间的密切关系,然而发动机的运转都有一个合适且正常的工作温度范围,发动机的冷却系统必须帮助整个发动机在适宜的温度区域内工作,否则不论是太高或是太低的工作温度都会使得发动机无法发挥真正的效率,更甚者,可能引起气缸与活塞卡死而无法工作,此故障称拉缸,所以冷却系统的要求与作用是不言而喻的。概论性而言,目前汽车发动机的工作温度都设计在80-110℃之间,这个适当且正常的工作温度下,发动机的工作效率可以达到原设计的理想百分率。若高于这个温度,当进入气缸燃烧室的混合气吸收过度的热量,可能会引起自燃、预燃,而引起爆震的发生,使发动机无力、损坏机械元件。反之温度过低,则混合气的汽化不良,燃烧效果变差,无法汽化的汽油凝结在气缸壁的各个角落,形成积炭或是附在油环之中,当压缩环将油膜刮除时,进入润滑油系统内,会污染机油,使机油的润滑性、密封性、附着性、流动能力……等诸多性能受到影响,从这个角度来看,压缩比与冷却系统的关系确又是如此重要。
 
压缩比太高导致自燃,有一个常识,同时也是一个观念,是大家非常清楚且相当熟悉的。汽油是一种极易挥发燃烧的液体,这也是我们要探讨的内容。汽油发动机的压缩比再高也高不过柴油发动机,所以对于汽油发动机而言,10:1以上的压缩比便属于高缩比的发动机。这与汽油的燃点较柴油高的原因有关,假若压缩压力太高,则燃烧室内的混合气,会由于分子聚集,其中的汽油分子吸收了足够的热量之后,在达到它的燃点时,此时若燃烧室内存有积炭或某个角落恰有热点出现,吸收足够热量的汽油分子便会自行燃烧起来,或在火花塞欲点火之前就自行燃烧了,这样的结果就往往是我们所讲的爆震了。 然而,从另一个角度来看,又恨不得在压缩行程时,汽油分子能大量的吸收热量,使之汽化得更好,与空气之间的混合均匀效果会更佳。它在吸收最多的能量后,在一个适当的时刻,火花塞跳火产生火花,则混合气能在最短的瞬间,将所蓄存的能量释放出来,推动活塞,产生动力,使发动机具有最大功率的输出,发挥出全部的能量,即发动机做功。可在这两难之处,高科技产品又推出增压发动机,在某一工作范围时,它是具有低压缩比的,但当达到某一个设计的工作条件时,该增压系统会发生作用,使得发动机在转眼之间又变成一具有高效能,高输出的高压缩比的发动机。
 
压缩比较高时,整个燃烧室的气密效果也要加强,否则容易漏气,耗损发动机的动力,并导致发动机机体的故障,如活塞环、气门座圈……等的密封性变差。同时过多的混合气进入曲轴箱内,会引起润滑油的变质,因此PCV阀的作用无法消化太多的废气残余气体,因而采用高压缩比设计的发动机必须得注意这些问题,也就是说它要使用弹性强度较大的活塞环。然而又遇到一个问题:润滑油的使用,这关系着润滑油膜的稳固、机油流动性及发动机气缸的磨损和油料的经济效益及驾驶员的正确操纵性……,都是工程设计和维修人员值得考虑的问题。尤其是现在的车辆,不论是油料消耗还是排放出来的废气污染物质,都有一套严格的管理标准。众所周知,发动机气缸的压缩比高时,燃烧的温度也相对的升高,则排放出来的废气中氮氧化合物的含量也就增加,这样又引起污染问题,反这会产生朴素矛盾的关系。这些也令工程设计人员及维修技师们为寻找一个良好的数值范围而不得不多次开发与实验。正因如此,才需要更深地研究分析各种可能的状况和不可能的情况,加以讨论探求。
 
汽车发动机和柴油发动机的压缩比
 
汽油发动机是点燃式,压缩比低;柴油发动机是压燃式,压缩比高。轿车的汽油发动机压缩比是8-11,柴油发动机压缩比是18-23。
 
我们通常说的90号、93号、97号汽油,这个数值代表汽油的标号,即实际汽油抗爆性与标准汽油的抗爆性的比值。标号越高,抗爆性能就越强。标准汽油是由异辛烷和正庚烷组成。异辛烷的抗爆性好,其辛烷值定为100;正庚烷的抗爆性差,在汽油机上容易发生爆震,其辛烷值定为0。如果汽油的标号为90,则表示该标号的汽油与含异辛烷90%、正庚烷10%的标准汽油具有相同的抗爆性。
 
选用汽油标号的唯一标准是汽车发动机的压缩比。一般来说,压缩比越高的发动机,可燃性混合气被压缩的体积越小,动力性越足、油耗也越小。但压缩比得有另一个指标配合,它就是汽油的抗爆性指标,亦称辛烷值,即汽油标号。压缩比越高的发动机,要求汽油的抗爆性指标越高,即汽油的标号也就越高。中国的汽车发动机主要是引进或参照国外标准生产,目前国外油品市场只有93、95、98这三种标号的汽油,发动机的压缩比也是参照这三种标号而设计,所以与90号汽油匹配的发动机不多。然而现在降标用油的现象极为普遍,据测算和观察,现在小车压缩比大都在9.0以上,有的进口车压缩比甚至在10.8以上,这些都应该用95号以上的汽油。但从实际情况上来看,60%以上的车子都用错汽油,主要是因为:
 
一、车主为了省钱,用低标汽油。表面上好像省了一毛多钱,实际上油耗增加了5 8%%,还得额外增加数以万计的汽车维修费。
 
二、为了车的销量,许多汽车说明书上根本就不标明车子的压缩比,销售人员也不给购车者介绍压缩比,使得许多买车人忽略了这一重要指标。
 
而汽车到底喝什么油,还是压缩比说了算。一般压缩比越大的要求汽油标号越高。通常,压缩比在7.5-8.0应选用90-93号车用汽油;压缩比8.0-8.5应选用90-93号车用汽油;压缩比在8.5-9.0应选93-95号车用汽油;压缩比在9.5-10.0应选用95-97号汽油。具体你的车到底选用什么标号的汽油,在说明书上都有写明,按照说明书加油是不会错的。
 
一般发动机的压缩比是不可变动的,因为燃烧室容积及气缸工作容积都是固定的参数,在设计中已经定好。不过,为了使得现代发动机能在各种变化的工况中发挥更好的效率,以变对变来改善发动机的运行性能。其中气门可变驱动技术早已实现,做为重要参数的压缩比也有人尝试由固定不变改为“随机应变”,但由于涉及压缩比必然要涉及到整个发动机结构的改变,牵一而动百,难度很大,长期没有进展。现在这一难题已被瑞典的绅宝工程师克服。
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