挤压与膨胀中的秘密 解读发动机压缩比


来源:bob盘口
发布时间:2025-01-30 10:24:51

  [汽车之家技术] 经常关注汽车的朋友们想必对这一个名字并不陌生,这东西听起来确实有些枯燥。不过别担心,这里是科技,不是各大搜索引擎里那些单调无趣的百科,这次让我用白话带您走近压缩比,让您不再被忽悠。

  “发动机为何需要将气体压缩”这是在了解压缩比之前一个重要的问题,发动机将气体压缩是因为压力升高可以让气体的密度变大,分子间的距离也就变小,这样燃油分子和氧分子距离也就更近,燃烧速度就更快。

  了解了为什么发动机要将气体压缩后,开始我们的压缩比之旅吧。这次我们抛开一堆繁琐的描述、让人心烦的公式,整点简单易懂的。好了,书归正传了,如果您在看这篇文章前问过“度娘”什么是压缩比,相信您一定被弄晕乎了。放轻松,咱们来看点容易的,压缩比远没有“维多利亚的秘密”那么神秘。如下图所展示的,紫色部分为燃烧室容积,绿色部分为气缸行程容积,压缩比这玩意就是“(紫色+绿色)/紫色”。相信聪明的您一定懂了“压缩比就是这气缸总容积(黄色)与最小容积(紫色)的比值”。至于压缩比的公式ε=Va/Vc,如果您愿意,可完全扔给您的初中老师了。

  我知道大家对什么是压缩比没兴趣,即使它们被我伪装成了颜色搭配的问题。科技是为大家解决实际问题的,下面就让我们理论联系实际。相信您之前也或多或少听过压缩比这个名词,仔细回想下,您买车时销售代表是不是在忽悠时还说过“大哥,我家车好啊,发动机压缩比特别高,比别的车高一倍”。既然销售说高,那压缩比肯定是好东西啊,我们先把销售说的是否是实话的问题放在一边,了解下为何需要提高压缩比。

  “压缩比”顾名思义是个比值,它的变化会引起一系列连锁反应。好吧,我又想说教了,咱们还是整简单、实在的吧。简单说,压缩比在合适的范围内提高,会使发动机的扭矩得到提高,对我们来说也就是这车开起来更有劲儿。如果您觉得这么想还是浪费脑细胞,那不妨将它想成挤压弹簧,越用力挤压弹簧,弹簧的形变就越大,弹簧恢复原样时的速度也就越快,力量也越大。同理,气缸内的气体被压缩的越厉害,膨胀时产生的能量也就越大,我们的车也就更有劲儿。

  我们拿个排量为499.5ml的汽油机做个例子,假设压缩比是2:1,简单刨除各种影响因素,活塞向下的压力大概为510kg,当我们把压缩比设为3:1,再简单刨除各种影响因素,活塞向下的压力大概为793kg!瞧,我们仅是将压缩比提升了这么点,活塞向下的压力就提升了283kg,将近二分之一。活塞这股向下的力反馈到驾车的您那里,会从原来的“推背感”变成“踹背感”。而一般的汽油发动机,压缩比都在11以下,还是这个发动机,我们将压缩比变为10:1,那活塞向下的力将达到2775kg。也就是压缩比2:1时的5倍!现在您明白为何需要提升压缩比了吧。

  当然,请您注意:以上算法并不完全准确,其中未考虑进气压力由于节气门产生的泵气损失,燃烧室扫气情况,非绝热压力转换,和空气、燃油蒸汽和燃烧尾气的比热容等因素,而且不同工况下,燃油燃烧程度也不同,所以缸内压力不能完全按照比例增长去分析,但这种趋势是存在的,因而可拿来证明压缩比给动力带来的增加。

  看了上面的分析,您一定会琢磨,既然较高的压缩比能带来巨大的动力收益,那么我们为啥不马上找个店去提高压缩比,把压缩比值提高到20、30,甚至更高,怎么样?如果您真这么想,我劝您还是先冷静下。压缩比提高的效果并不总是从“推背感”变成“踹背感”,也不是从一个人踹变成十个人踹这么简单的效果。

  这世上有许多剑,压缩比这玩意不幸也是把双刃剑。相信您一定听过爆震这个词,简单说爆震就是不正常燃烧所导致的燃烧室内压力失常。您能够理解为发动机Hold不住了。而过高的压缩比正是导致发动机Hold不住的因素之一。

  虽然现代汽油发动机的压缩比慢慢的升高,但这是在科技持续不断的发展,且汽油标号也慢慢变得高的前提下提升的。这毕竟是一个过程,不是一蹴而就的。早期发动机技术不先进,气缸不能承受太大压强,而且即便发动机允许,市面上也没有高标号的汽油或者不普及,例如八九十年代的北京吉普212和2020,压缩比只有七点几,可以烧75号油甚至更低,而引进的切诺基低于85号汽油就不正常工作。而且对于柴油机而言,更大的压缩比也必然产生更高的压强,对机件的坚固性也是一个考验。所以在通常情况下,相同排量的发动机,压缩比越高,其动力性和经济性越好。但凡事有度,为追求高性能而单纯提高压缩比,又要其正常工作,其难度是呈几何倍增的。现在您明白了吧,销售说他家的车好,发动机压缩比特别高,比别的车高一倍。这样的鬼话肯定是忽悠您买车呢,别再被骗了。

  了解了上面压缩比的问题后,有细心的朋友可能会问“增压发动机为什么比自然吸气发动机压缩比小呢?”其实这样的一个问题很好理解,我们都知道无论是机械增压发动机还是涡轮增压发动机都是通过不同手段“强迫”发动机吸入更多的空气,也就是说发动机在吸气阶段吸入的空气或混合气本来就已被压缩,在进入到气缸进行到压缩进程中,将被再次压缩。这时压缩比要调校的低一些,以保证在增压之后,缸内压力不会过高而发生“爆燃”的情况。

  还用我们上面提到的弹簧举例,增压发动机在吸气时就像是您用尽全力压弹簧,当气缸进入到压缩进程中就像是一个胖子坐在了您身上,帮您一起压弹簧,可想而知。这时若不想点“办法”,减轻点压力,会是什么后果。

  所以在改装领域,将自然吸气发动机加装增压器时,应当增加燃烧室容积,以降低压缩比。而最直接的方法就是换装更厚的缸垫。