压缩比是怎么回事?为什么它关乎车辆的性能

2020-09-07 15:53:36 3点赞 10收藏 1评论

在此前《汽油标号越高代表油品越好?其实并不是这样》这篇文章中,我们曾为大家介绍过燃油标号、辛烷值、压缩比,以及爆震是什么,以及它们相互之间的关系。在这其中,压缩比则是关系到引擎输出性能的一个关键参数,那今天咱们就来聊聊“压缩比”具体是怎么回事。

压缩比是怎么回事?为什么它关乎车辆的性能

标准的四冲程引擎会在“吸气-压缩-燃烧-排气”这四个状态间往复工作,压缩比这个参数就是在压缩行程中活塞行程下止点与上止点时的气缸体积比例。比如,活塞处于下止点时汽缸容积为10,处于上止点时被压缩的混合和体积为1,那么这款车辆引擎的压缩比就是10:1。通常,引擎的压缩比越高也就表示混合气被压缩得更厉害,可以使得其在燃烧行程中产生的力也就越大,能带来更为强劲的动力表现。

  • 为什么压缩关系到性能?

由于内燃机运转时吸入气缸的通常是燃油与空气混合气体,当引擎进入压缩行程时,活塞上行对混合气体进行挤压,使混合气体积缩小,同时其温度与湿度也会大幅上升,并且气缸内的混合气体还会因为活塞的运动而产生涡流和紊流现象。

压缩比是怎么回事?为什么它关乎车辆的性能
当引擎压缩比提高时,混合气体中的汽油分子与空气就会混合得更加充分,同时借助涡流和紊流让混合气保持一定的运动性,此时在活塞到达上止点被火花塞点然的瞬间,就能更快的完成燃烧,从而将更多能量转化为推动活塞下行的动力。反之如果混合气体混合不够充分,且其运动速度不够快,那么燃烧的时间就会变长,其爆炸能量就会更多的变成热能,而在能量守恒定律的作用下,此时推动活塞下行的动能就会相应的减少。

  • 提高压缩比所存在的限制

既然提高压缩比可以带来更强的动力以及更好的燃烧效率,那为什么汽车厂商不去拼命的提高压缩比呢?

压缩比是怎么回事?为什么它关乎车辆的性能

这是因为,其一压缩比并不是轻易就可以做到很高的。即便抛开引擎设计与ECU调教来看,燃油的抗爆震性并不能无限增加,其会受到辛烷值的限制。那为什么汽油标号过低,辛烷值不够的时候容易产生爆震呢?就是因为当混合气体进入汽缸之后,活塞向上运动对混合汽体进行压缩,随着气缸内压力的升高,混合气体的温度也会急剧上升,当汽油辛烷值不够高时,就会因为过高的压缩比而导致爆燃,而爆燃也就是也就是常说的“爆震”。 其二,气缸内的混合气在经过极限压缩后,被火花塞燃烧的一瞬间会产生巨大的爆炸能量,此时气缸壁与气门等结构都会受到这一能量的影响。当压缩比越高时,被压缩的混合气体点燃时产生的能量也就更大,气缸内的压力也就越大,因此对气缸以及内部部件的强度要求也将会相应更高。 因此,虽然增加压缩比能提升动力,但因为各种限制和效率的问题,并不能做到无限制的提升。需要选择合适的压缩比设定,在硬件寿命、性能参数,以及成本之间达到平衡,从而在合理范围内尽可能提升性能与燃油经济性。

  • 工作温度对于压缩比的影响

由于混合气体在气缸内爆燃时,其所产生的能量一部分会转换为动能,推动活塞下行做工来提供动力,而另一部分能量则会转换为热能,从而导致引擎的工作温度不断变化。但引擎内工作温度的变化,反过来又会左右压缩比对于性能的影响。

压缩比是怎么回事?为什么它关乎车辆的性能

当车辆引擎工作温度过高时,气缸内的混合气体会吸收更多热量从而导致其温度升高,如果压缩比过高则可能会在压缩行程中导致混合气提前被引燃引发爆震,轻则使得引擎动力输出无力,重则损坏引擎部件。 反之当引擎工作温度过低时,压缩比不够则可能会让气缸内的混合气在被点燃前混合不良,导致燃烧效率下降。而没有被燃烧干净的燃油会凝结在气缸壁等部位,容易在缸内形成积炭或是被活塞环刮入油底壳,从而污染机油

因此理想的引擎设计应该会随着工作温度的变化而使用不同的压缩比,比如在工作温度较高时降低压缩比,确保缸内混合气体不会自燃而引起震爆,但在工作温度较低时,可以提升压缩比来让燃料和空气混合得更加均匀,使得其燃烧更为充分。 但可惜的是,目前大部分引擎都是固定压缩比的设定,因此需要控制好引擎的工作温度才能让更好的匹配固定压缩比,从而避免因工作温度过高或过低带来负面影响。这也是为什么引擎的散热风扇会在设定好的温度后开始工作,同时也会在温度降到合理范围后停止的原因,因为只要让引擎一直在这个合适的范围内工作,那么就能确保混合气的燃烧以及引擎工作效率都保持在最佳范围。

【本文图片来自网络】

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