要說明一臺發(fā)動機的技術(shù)參數(shù),可以概略地用功率與扭矩的大小來標示出來,然而影響功率、扭矩輸出的因素卻很多,其中一個重要因素就是發(fā)動機的壓縮比,可壓縮比這個術(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)值實用,然而壓縮比確是對發(fā)動機至關(guān)重要的參數(shù)。
什么是發(fā)動機的壓縮比?不論這輛車上所選裝的是汽油發(fā)動機還是柴油發(fā)動機,能保持穩(wěn)定且適當?shù)膲嚎s比才能使發(fā)動機的運轉(zhuǎn)得以平順和穩(wěn)定。壓縮比的定義就是發(fā)動機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)動機',簡單地講,就是在發(fā)動機氣缸中,有一只活塞周而復(fù)始地做著直線往復(fù)運動,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動行程范圍。就發(fā)動機某個氣缸而言,當活塞的行程到達最低點,此時的位置點便稱為下止點,整個氣缸包括燃燒室所形成的容積便是最大行程容積,當活塞反向運動,到達最高點位置時,這個位置點便稱為上止點,所形成的容積為整個活塞運動行程容積最小的狀況,需計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)動機性能有很大關(guān)系,我們都知道汽油發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時,吸進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,同時也發(fā)生了渦流和紊流兩種現(xiàn)象。當密閉容器中的氣體受到壓縮時,壓力是隨著溫度的升高而升高。若發(fā)動機的壓縮比較高,壓縮時所產(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,使得在下一刻運動中,當火花塞跳出火花時就能使得這混合氣在瞬間內(nèi)完成燃燒的動作,釋放出最大的爆發(fā)能量,來成為發(fā)動機的動力輸出。反之,燃燒的時間延長,能量會耗費并增加發(fā)動機的溫度而并非參與發(fā)動機動力的輸出,所以我們就可以知道,高壓縮比的發(fā)動機就意味著可具有較大的動力輸出。
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)動機的動力就越大,目前所知三菱GPI發(fā)動機的壓縮比已經(jīng)達到了12。
壓縮比越高發(fā)動機抖振越厲害,這是因為發(fā)動機的壓縮比越高,通常伴隨著的就是發(fā)動機工作時抖振會較明顯增大,即使是多缸發(fā)動機也是如此。在爆發(fā)點火時混合氣燃燒所產(chǎn)生的能量在瞬間釋放出來,相對的振動的動能也就較大,于是運輸動力也就較為明顯。另外是由于多缸發(fā)動機其動力的產(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)動機,其動力產(chǎn)生的次數(shù)就沒有那么頻繁,再加上采用高壓縮比,其振動也就避免不了。然而有一點值得一提的是,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)動機,即使是四缸發(fā)動機其抖動現(xiàn)象也不明顯,甚至有些車輛的發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時,如不特別去注意甚至都感覺不到它是處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)呢?因為這些車況的怠速運轉(zhuǎn)都經(jīng)過專門的調(diào)校,將它的振動點恰當彌補。但你是否注意到發(fā)動機的轉(zhuǎn)速若提升到某一個轉(zhuǎn)速,車速升到某種速度運行時,車輛會有一個不可克服的共振區(qū)。因此調(diào)校技術(shù)的難度是相當大的。它需要我們不斷的探索和研究。
工作溫度在此時,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)動機的運轉(zhuǎn)都有一個合適且正常的工作溫度范圍,發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)必須幫助整個發(fā)動機在適宜的溫度區(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)動機無法發(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)動機的工作溫度都設(shè)計在80-110℃之間,這個適當且正常的工作溫度下,發(fā)動機的工作效率可以達到原設(shè)計的理想百分率。若高于這個溫度,當進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)動機無力、損壞機械元件。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)在氣缸壁的各個角落,形成積炭或是附在油環(huán)之中,當壓縮環(huán)將油膜刮除時,進入潤滑油系統(tǒng)內(nèi),會污染機油,使機油的潤滑性、密封性、附著性、流動能力……等諸多性能受到影響,從這個角度來看,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,有一個常識,同時也是一個觀念,是大家非常清楚且相當熟悉的。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)動機的壓縮比再高也高不過柴油發(fā)動機,所以對于汽油發(fā)動機而言,10:1以上的壓縮比便屬于高縮比的發(fā)動機。這與汽油的燃點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,在達到它的燃點時,此時若燃燒室內(nèi)存有積炭或某個角落恰有熱點出現(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,從另一個角度來看,又恨不得在壓縮行程時,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,在一個適當?shù)臅r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,推動活塞,產(chǎn)生動力,使發(fā)動機具有最大功率的輸出,發(fā)揮出全部的能量,即發(fā)動機做功。可在這兩難之處,高科技產(chǎn)品又推出增壓發(fā)動機,在某一工作范圍時,它是具有低壓縮比的,但當達到某一個設(shè)計的工作條件時,該增壓系統(tǒng)會發(fā)生作用,使得發(fā)動機在轉(zhuǎn)眼之間又變成一具有高效能,高輸出的高壓縮比的發(fā)動機。
壓縮比較高時,整個燃燒室的氣密效果也要加強,否則容易漏氣,耗損發(fā)動機的動力,并導(dǎo)致發(fā)動機機體的故障,如活塞環(huán)、氣門座圈……等的密封性變差。同時過多的混合氣進入曲軸箱內(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)計的發(fā)動機必須得注意這些問題,也就是說它要使用彈性強度較大的活塞環(huán)。然而又遇到一個問題:潤滑油的使用,這關(guān)系著潤滑油膜的穩(wěn)固、機油流動性及發(fā)動機氣缸的磨損和油料的經(jīng)濟效益及駕駛員的正確操縱性……,都是工程設(shè)計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),都有一套嚴格的管理標準。眾所周知,發(fā)動機氣缸的壓縮比高時,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)計人員及維修技師們?yōu)閷ふ乙粋良好的數(shù)值范圍而不得不多次開發(fā)與實驗。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)動機是點燃式,壓縮比低;柴油發(fā)動機是壓燃式,壓縮比高。轎車的汽油發(fā)動機壓縮比是8-11,柴油發(fā)動機壓縮比是18-23。
我們通常說的90號、93號、97號汽油,這個數(shù)值代表汽油的標號,即實際汽油抗爆性與標準汽油的抗爆性的比值。標號越高,抗爆性能就越強。標準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,在汽油機上容易發(fā)生爆震,其辛烷值定為0。如果汽油的標號為90,則表示該標號的汽油與含異辛烷90%、正庚烷10%的標準汽油具有相同的抗爆性。
選用汽油標號的唯一標準是汽車發(fā)動機的壓縮比。一般來說,壓縮比越高的發(fā)動機,可燃性混合氣被壓縮的體積越小,動力性越足、油耗也越小。但壓縮比得有另一個指標配合,它就是汽油的抗爆性指標,亦稱辛烷值,即汽油標號。壓縮比越高的發(fā)動機,要求汽油的抗爆性指標越高,即汽油的標號也就越高。中國的汽車發(fā)動機主要是引進或參照國外標準生產(chǎn),目前國外油品市場只有93、95、98這三種標號的汽油,發(fā)動機的壓縮比也是參照這三種標號而設(shè)計,所以與90號汽油匹配的發(fā)動機不多。然而現(xiàn)在降標用油的現(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。但從實際情況上來看,60%以上的車子都用錯汽油,主要是因為:
一、車主為了省錢,用低標汽油。表面上好像省了一毛多錢,實際上油耗增加了5 8%%,還得額外增加數(shù)以萬計的汽車維修費。
二、為了車的銷量,許多汽車說明書上根本就不標明車子的壓縮比,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。
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號的汽油,在說明書上都有寫明,按照說明書加油是不會錯的。
一般發(fā)動機的壓縮比是不可變動的,因為燃燒室容積及氣缸工作容積都是固定的參數(shù),在設(shè)計中已經(jīng)定好。不過,為了使得現(xiàn)代發(fā)動機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)動機的運行性能。其中氣門可變驅(qū)動技術(shù)早已實現(xiàn),做為重要參數(shù)的壓縮比也有人嘗試由固定不變改為“隨機應(yīng)變”,但由于涉及壓縮比必然要涉及到整個發(fā)動機結(jié)構(gòu)的改變,牽一而動百,難度很大,長期沒有進展,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)動機以改變壓縮比來控制發(fā)動機的燃油消耗量。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動,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)動機小負荷時采用高壓縮比以節(jié)約燃油;在發(fā)動機大負荷時采用低壓縮比,并輔以增壓器以實現(xiàn)大功率和高扭矩輸出。薩博SVC發(fā)動機是1.6升5缸發(fā)動機,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)動機降低了30%,并且滿足歐洲Ⅳ號排放標準。
現(xiàn)在的車輛都在標示著它有一個高壓縮比的發(fā)動機,同時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,單就這個常常被人冷落的壓縮比而言,事實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)動機不可缺少的數(shù)值,不少維修人員認為只不過是個數(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)動機的性能是多么緊密相關(guān),對維修人員多么重要。
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