一、发动机为什么要将气体压缩
“发动机为什么要将气体压缩”
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。
二、什么是压缩比
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。
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”。
三、为什么要提高压缩比
“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。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,对于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!现在您明白为什么要提升压缩比了吧。
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,以及空气、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,因而可以用来证明压缩比给动力带来的增加。
四、为什么我们不马上去提高压缩比
看了上面的分析,您一定会琢磨,既然较高的压缩比可以带来巨大的动力收益,那么我们为什么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。您可以理解为发动机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越来越高,但这是在科技不断发展,且汽油标号也越来越高的前提下提升的。
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。