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压缩比是怎么回事

时间:2022-10-19 12:41:00 来源:网友投稿

一部汽车动力性能的好坏,关键要看这台汽车的发动机。

汽油发动机工作原理是将喷射的汽油与空气混合为可燃气,通过进气阀进入到气缸,可燃混合气经过活塞压缩,在接近上止点位置时,火花塞点火,使可燃气燃烧膨胀做功,将热能转变为机械能,通过连杆带动曲轴,推动车轮前进(见下图)。

在汽车发动机中,压缩比是一个非常重要的参数。它直接影响到发动机的动力性、经济性、与排放。

发动机压缩比是指气缸总容积与燃烧室容积的比率,表示混合气体压缩的程度。一般来说,压缩比越高,可燃混合气燃烧时的压力和温度也越高,发动机功率就越大,油耗就越低,但压缩比的提高受到发动机气缸材料、结构和汽油抗爆性能的限制,否则就会容易出现自燃,产生爆震现象。

依据热力学原理和百年来内燃机的发展,提高汽车发动机压缩比可增加发动机的热效率(有效功率),降低油耗。下表给出了汽车发动机压缩比与功率、油耗的相关性。

汽车发动机压缩比与功率和耗油率的关系

压缩比 功率(%) 耗油率(%)

6    100    100

7    108    93

8    114    88

9    118    85

10   120    82

发动机压缩比一般在汽车说明书的发动机参数表中都可以查到。通常用比值来表示,例如赛欧1.6升轿车发动机的压缩比为9.4:1。

在汽车发动机爆震原因未弄清之前(20世纪初),最初汽车发动机压缩比都是很低的,只有2.3:1左右。因此,那时的发动机耗油很大,热效率很低。

低压缩比和高压缩比汽油发动机对车用汽油的要求明显不同。例如,两台同样缸径、同样行程、同样燃烧室形状,但压缩比不同,一个为5:1,一个为10:1的发动机。由于燃烧室体积不同,前者所需要的汽油抗爆性明显就要比后者低。就好比爆炸一个相同体积的物体,用黑色炸药就要比用黄色炸药使用的药量要多一些一样。这也就是为什么高压缩比发动机要使用抗爆性能高的汽油,即高标号汽油的道理。

压缩比的提高,能给汽车带来诸多的好处。因此,近百年来人们一直追求最大限度的提高压缩比,以获取发动机最高的热效率。然而,压缩比的提高,带来的另一个问题是发动机气缸产生敲缸(爆震)。

为了弄清楚敲缸(爆震)的原因,20世纪30年代美国通用汽车公司的拉斯维勒先生通过高速照相观察到气缸中产生敲缸(爆震)现象。它是在气缸燃烧室中正规传播火焰前锋到达之前,末端处的可燃气自发着火,使整个燃烧室火焰迅速蔓延,出现冲击压力,产生敲缸。其根本原因是由于车用汽油中的某些碳氢化合物在高温、高压下发生氧化连锁反应,导致自发着火,产生燃烧爆震冲击波,即爆震。

爆震,轻则造成汽车功率下降,油耗上升,排放恶化。重则将活塞顶打出麻点,缸体内异常受损,活塞环或连杆破坏,发动机寿命大大缩短。

为了防止和解决汽车发动机由于压缩比提高后造成的敲缸(爆震),汽车生产厂家和炼油企业采用了双管齐下的办法来防止和解决发动机压缩比提高后敲缸(爆震)的问题。

汽车设计和制造专家们经过多年的探索,在现代高压缩比的汽车发动机设计和装配上采用了一系列的技术措施。如缩小缸径、减小燃烧室、选用铸铝缸盖、增加进排气门、安装爆震传感器、控制点火提前角等,防止发动机产生爆震,保护发动机。这些办法有人称其为提高机械抗爆性能。

同时,炼油企业通过提高车用汽油抗爆性,来适应汽车发动机的高压缩比要求。早期,发现在汽油中加铅,即四乙基铅、四甲基铅,对抑制爆震,提高车用汽油的抗爆性特别有效。后发现铅对人体有害,并阻碍了汽车发展中对尾气排放的改善。于是,世界各国先后相继禁铅,车用汽油无铅化成为不可阻挡的潮流。随后,只有依靠炼油工艺的办法来提高汽油的抗爆性,如催化重整、烷基化、异构化和加入MTBE等。

从目前炼油技术和综合经济效益来考虑,要求生产适应过高压缩比的车用无铅汽油(如98#以上)是十分困难的。同时,过高压缩比也会使汽车尾气中NOx排量猛增,导致汽车的三效催化转换器难以承受。因此,目前汽油发动机汽车的压缩比一般不超过12。

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