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为什么有些发动机压缩比很高却可以使用低标号的汽油?

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-08-04

  很多老司机都知道,汽车使用的汽油标号与发动机的压缩比有关,如果发动机的压缩比高,就要使用高标号的汽油,压缩比低就使用低标号的汽油。但是这个经验用在现在的很多汽车上却不灵验了,一些高压缩比的发动机可以使用低标号的汽油,而一些压缩比较低的发动机却要求使用高标号的汽油,这是怎么回事呢?今天老侯就来详细解析一下其中的奥秘。

  压缩比就是汽缸压缩前的体积与压缩之后的油气混合气体体积的一个比值,详细一点说就是汽缸内活塞处在下止点时汽缸的最大容积与活塞处于上止点时汽缸容积的比值。例如活塞处于下止点时汽缸容积为10,而活塞处于上止点时被压缩混合物的体积为1,那么发动机压缩比就是10:1。

  发动机的压缩比越大,则意味着油气混合物被压缩的压力越大,温度也相对越高,混合物当中的汽油汽化的更加完全,更易于燃烧,当完全压缩之后火花塞点火的刹那,能够极短的时间内释放出更多的能量,而这些燃烧产生的能量则通过活塞、曲轴等机构成最终传递到车轮,成为车辆前进的动力。一般发动机的压缩比越大,发动机的效率越高,性能越好,燃油经济性也好。所以,现代发动机的压缩比一般都在10:1以上,部分发动机甚至做到了14:1(马自达创驰蓝天)。

  发动机的压缩比不是越大越好,而是要适当。压缩比过高会造成稳定性下降,发动机寿命缩短。汽车工程师会综合各方面的需求,设计出一个最适合的压缩比,使发动机的动力性、经济性、可靠性达到一个完美的平衡。

  我们所看到的发动机参数中的压缩比,可以称之为几何压缩比或静态压缩比,它是用“气缸最大容积与最小容积的比值”的算法计算得到的。但是,随着技术的进步,更多的新技术应用在发动机上,比如发动机增压技术,可变气门正时技术,阿特金森循环(米勒循环)技术等,在这种情况下,发动机的实际压缩比与几何压缩比就不同了,下面分别分析增压发动机压缩比和使用了阿特金森循环(米勒循环)技术的发动机压缩比于实际压缩比有何不同。

  现在有很多发动机采用了增压技术,即将空气压缩后再送入气缸,这样实际进入气缸中的空气就要远远多于自然状态下进入气缸的空气量。如果把实际进入气缸的空气量换算成自然状态,然后再与燃烧室容积相比,可以看出,实际压缩比要大于几何压缩比。这样,发动机的压缩比就不再是真实的了。

  举个例子,某发动机几何压缩比为9:1,气缸容积为500cc,燃烧室容积为55.6cc。但由于空气预先被压缩了,所以实际进入气缸的空气为600cc,那么600/55=11,即该发动机的实际压缩比为11:1。

  阿特金森循环(米勒循环)发动机的原理就是在吸气行程结束后,进气门延迟关闭,这样活塞上行的时候,就会再往外“吐出”一些空气,然后才闭合进气门。闭合进气门之后,气缸才真正开始了实际的压缩行程。这样做功行程就会比实际的压缩行程长一些,可以理解为爆燃气体产生的推力,可以把活塞往下多推一小段距离,从而提高了机械能转换的效率。这种发动机单缸实际进气量小于单缸最大容积,所以实际的压缩比小于几何压缩比。这种发动机一般应用在混合动力汽车上,比如丰田D4-S的2.0混合动力汽车。

  比如,某发动机几何压缩比为13:1,气缸容积为500cc,燃烧室容积为37.1cc。但由于空气被“吐出”一部分,假如被吐出100cc,所以实际进入气缸的空气为400cc,那么400/37.1=10.8,即该发动机的实际压缩比为10.8:1。

  看到这里,你应该明白了吧:你所看到的发动机压缩比参数是“假”的,真实的压缩比是:增压发动机实际压缩比大于几何压缩比,阿特金森循环(米勒循环)发动机实际压缩比小于几何压缩比。

  现在的很多发动机都采用了可变气门正时技术,通过改变气门的开关时刻,可以轻易的在奥托循环与阿特金森循环(米勒循环)之间切换,所以发动机的压缩比也是随时变化的,只不过变化的幅度不大。这样可以在保证发动机动力的前提下,尽可能的提高发动机的燃油经济性。

  汽油发动机的爆燃是指火花塞点火后,在火焰还没有到达之前,其余混合气末被引燃就自行发火的自行燃烧现象。爆燃是汽油发动机常见的不正常燃烧的一种(另外一种是表面点火)。正常燃烧时,火焰应该是从点火中心(火花塞)开始燃烧,并以30~70 m/s的速度向周围传播至整个燃烧室。爆燃时气缸内多点同时着火,局部压力和温度猛增,压力波在气缸内高频振荡,火焰传播速度在强烈爆燃时可达1000 m/s。严重爆燃发生时,发动机功率和转速下降,工作不稳定,发动机抖动严重,并会使发动机过热、冒黑烟,发动机会产生一种高频金属敲击声。 高转速高负荷下发生连续且严重的爆震,会烧熔火花塞及活塞,严重的甚至会炸穿气缸及发动机体。所以在使用中要注意避免发动机爆燃现象的发生。

  引发爆燃的因素很多,发动机压缩比过高、燃烧室积碳过多、汽油标号过低、点火提前角过小、发动机温度过高等,其中发动机压缩比和汽油标号是两个重要的因素。

  当压缩比过高时,气缸内的混合气被压缩的大,根据克拉柏龙方程,混合气的温度会急剧升高,如果达到汽油的自燃点,汽油就会不经过火花塞点燃自行燃烧,这是一种不受控制的燃烧过程,会在气缸内形成多个着火点,从而引发发动机严重的异响和抖动。

  一般汽油的标号越高,抗爆性越好,那么这个抗爆性究竟指的是什么呢?我认为就是汽油的自燃点。抗爆性高,自燃点就高;抗爆性低,自燃点就低。即高标号的汽油自燃点高,低标号的汽油自燃点低,所以,低标号的汽油在气缸内被压缩时更容易达到自燃点而发生爆燃。

  所以,要降低发动机爆燃的概率,降低压缩比、提高汽油标号、降低气缸温度、降低混合气浓度都是行之有效的方法。其中降低压缩比和提高汽油标号不符合发动机的发展趋势,而降低气缸温度、降低混合气浓度是可以实现的,这样就可以使高压缩比的发动机使用低标号的汽油。

  压缩比确实能作为判断发动机采用燃油标号的依据之一,按照过去的说法,压缩比在8以下的发动机可以加90号汽油,压缩比在9以下可以采用93号汽油,压缩比在9以上则应该采用97号汽油。而实际上,这个数据与厂家给出的数据并不一致,例如现在绝大部分的发动机压缩比都在9以上,但大多数厂家都是标称可以加93号汽油的,甚至许多压缩比达到10的发动机,也可以采用93号汽油。比如东风标致的2.0发动机,压缩比高达11,仍然说可以采用93号汽油。更为极端的例子就是马自达的创驰蓝天发动机,压缩比高达14:1(中国为13:1),但是仍然可以使用92号汽油;而三菱的EVO,它的压缩比只有8.8,但厂家仍然要求必须使用97号以上的燃油。这究竟是什么原因呢?

  1、前文说过,发动机的实际压缩比与几何压缩比是不同的。在增压发动机中,实际压缩比大于几何压缩比,所以使用的汽油标号要高于理论上可以使用汽油标号;而在使用了阿特金森循环(米勒循环)发动机上,实际压缩比小于几何压缩比,所以可以使用低于理论上的汽油标号。这就是创驰蓝天发动机仍然可以使用93号汽油,而三菱的EVO(涡轮增压)必须使用97号汽油的原因。

  2、现在的很多发动机采用了稀薄燃烧技术。稀燃技术简单的讲就是让气缸内可燃混合气在很稀的状态下燃烧,主要起到节油降低排放的作用。由于喷进气缸中的可燃混合气浓度较稀,自身就不易点燃,因此抗击高温高压的能力很强,所以即使使用了高压缩比,压缩后的混合气温度压力都很高,但是由于混合气浓度较低,也不会轻易燃烧。

  发动机的缸内直喷技术。缸内直喷发动机的汽油是在发动机压缩末端喷入气缸的,由于汽油的蒸发、雾化会吸收一定的热量,所以会降低气缸内的温度,从而降低混合气自燃的几率。

  4、现在的发动机采用了特殊的燃烧室结构,使混合气在气缸内形成一定形状的涡流,会降低混合气自燃的几率;还有些发动机使用特殊的活塞形状,混合气在气缸内不是均匀分布的,也有助于降低自燃的几率。

  现在的汽车,不能再套用以前的老经验来使用和维护了。就比如选择汽油,以前的经验已经完全不适用了,如果硬要套用,只会对发动机造成巨大的伤害。最好的办法,就是遵循厂家的使用说明书。因为厂家已经针对中国的油品和路况等需要,对发动机喷油系统和压缩比作了一些调整优化,经过试验和在实践中测试,最终确定下来出来厂家推荐使用的燃油标号。虽然压缩比还是那么高,但是我们不能盲目的简单以压缩比来确定加多少标号油。

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