有時候在刷車評的時候,你可能看到這樣的說法:“這臺車的壓縮比很高,所以動力響應特別好?!币部赡苈犝f過一些高性能車壓縮比不高,是為了“留空間加渦輪”。
那問題來了,壓縮比到底是個啥?它對你開的車、能炸出多少馬力、好不好改、開起來的感覺有什么影響?
這篇文章我們拆開講,從原理到結構到駕駛體驗,不讓“壓縮比”再只是你嘴里的一串數字。
Author/酷樂汽車
一句話講清楚:壓縮比=活塞從下止點跑到上止點,把氣缸里混合氣壓縮了幾倍。
標準定義是:壓縮比 =(氣缸總容積)/(燃燒室容積),也就是 ——
活塞最下面那點叫下止點(BDC),這個時候氣缸里空間最大;
活塞最上面那點叫上止點(TDC),這時候只剩燃燒室里那點空間;
所以你壓縮得越狠,壓縮比就越高。
比如常規自然吸氣車壓縮比是10:1~12:1,渦輪增壓車壓縮比是9.0:1~10.5:1,阿特金森循環發動機甚至能搞到13:1~14:1,但別急著覺得“越高越好”,我們接下來從工程角度拆給你看。
影響爆炸能量的轉化效率
壓縮比越高,活塞壓縮混合氣體的密度越高,點火后氣體膨脹更劇烈,單位燃料爆炸時做的功越多。
也就是同樣燒1g汽油,高壓縮比的發動機能榨出更多能量,所以熱效率更高,油耗更低,響應更快。這就是為什么豐田的Dynamic Force系列發動機能做到41%熱效率,關鍵就在于高壓縮比+優化氣門控制+缸內直噴。
影響發動機抗爆震能力
壓縮比一高,氣體就容易自己點燃(爆震),尤其在高負荷+高溫+劣質油的環境下更容易出事,所以工程師為了防止爆震,要做很多事:
延遲點火
稀釋混合氣
降低壓縮比
加水噴/缸內冷卻
加高辛烷值的油
這就是為啥大多數渦輪增壓發動機壓縮比都要調低一點,因為渦輪進氣本來就把混合氣壓縮了一遍,點火前壓力已經很高了,壓縮比不能再高了,否則會炸缸。
影響發動機的改裝潛力
低壓縮比對改裝很友好,因為改裝渦輪、加大進氣壓力的時候,氣缸壓力一下子上去了,如果你本來壓縮比就很高,那就危險了,極限快來了。
所以很多大馬力改裝車(如2JZ、4G63)都是8.5~9.0左右的壓縮比,留出改裝空間,高壓縮比適合原廠調得很準的自然吸氣機器,比如本田K20A(11.5:1)/豐田86(參數丨圖片)的FA20(12.5:1)/法拉利F136 V8系列(12.0:1以上)。
這類發動機具備精密設計、匹配良好的燃燒控制系統,壓縮比可以做得高又穩定。
很多人以為壓縮比就是天生寫死的,其實它是一個可以“調”的變量,調的方式包括:
改活塞頭設計
活塞頂部凹陷 → 增加燃燒室體積 → 壓縮比降低
活塞頂部隆起 → 減少燃燒室體積 → 壓縮比升高
改氣缸墊厚度
氣缸墊厚一點,相當于拉高了燃燒室容積 → 降壓縮比
這也是改裝界“臨時調壓縮比”的常規操作之一
更改曲軸/連桿行程組合
影響上下止點位置 → 改變壓縮比
VCR可變壓縮比技術
例如英菲尼迪的VC-Turbo,通過曲柄結構切換實現8:1 到 14:1的壓縮比切換,算是工程上天花板的設計,但成本高、復雜度高。
這個問題很多人關心,我們就從幾個方向來講真實駕駛體驗:
1、響應快不快?
高壓縮比車的油門響應一般都會比低壓縮比更靈敏。
這種“踩下去就有反應”的感覺,并不是因為動力多,而是爆炸能量釋放得直接,扭矩來得快。比如豐田86的自然吸氣發動機,你雖然覺得它沒啥“推背感”,但在城市道路60km/h以下的響應非?!案_”,這就是壓縮比+輕量化的雙重好處。
反之,你開一臺渦輪增壓車,在低轉的時候哪怕踩下去,ECU也可能還沒敢開完全(怕爆震),響應會“拖一步”。
2、開高速省不省油?
高壓縮比自然吸氣發動機,在勻速巡航時會非常省油。
比如豐田凱美瑞2.5L自吸版本,壓縮比高達13:1,百公里油耗可以跑進5L。而一臺低壓縮比的大排量增壓車(比如老款福特野馬2.3T),即便你不地板油,正常跑高速也是7~8L以上起步。
3、改裝潛力高不高?
你有渦輪夢、想炸出大馬力,就不能要高壓縮比。
比如你想把FA20加大風壓到1.3Bar,要么控制點火晚、要么降壓縮比;你想玩2JZ干到600匹,那原廠壓縮比(8.5:1)就特別好改。所以很多改裝老司機一看壓縮比就能判斷這臺車有沒有“后勁”。
原廠設計中,壓縮比是一個極度綜合平衡的數值,要兼顧油耗、排放、扭矩響應、散熱設計以及點火系統容忍度。所以很多量產車選的是一個“保守又好用”的壓縮比。但在改裝領域,壓縮比是一個必須要算清楚的變量。一個小錯誤(比如改了進氣沒控溫度)就可能炸缸。
所以我們常說:“壓縮比不是你能感受到的參數,但卻決定了你能玩到多大?!?/strong>
接下來了解幾個品牌案例
馬自達高壓縮比
高壓縮比可以提高扭矩、提高動力響應、降低油耗,但其副作用是更大的爆震傾向。在增加壓縮比的情況下,可以通過降低溫度來減少爆震的可能。
相比于幾十度的進氣溫度而言,大幾百度的廢氣溫度是很高的。所以及時廢氣殘余量很小,也會對缸溫產生較大影響。馬自達是通過提高填充效率,降低廢氣殘余的方式降低缸溫的。
在4-1排氣歧管中,3缸的部分廢氣會回流到1缸中,影響1缸的換氣效率。轉速越低,回流到1缸的廢氣就越多。
而在馬自達所使用的4-2-1排氣歧管中,由于從3缸回流到1缸的管路長度增加了,所以在低轉速時回流到1缸的廢氣量就會更少。這樣更有利于降低缸溫。
這種4-2-1排氣歧管的缺點是其管路較長,三元離排氣門的距離不可能很近。在冷車啟動后需要更長的時間才能讓三元達到正常的工作溫度。
所以這樣的設計可能會讓冷啟動后的一段時間內的排放惡化。為了改善排放,這款引擎在此時的點火角較晚,以便提高排氣溫度。
特殊形狀的活塞頂可以讓分層后的油料集中在火花塞附近,減少爆震傾向。
SAAB的SVC系統
在很多現代引擎中,正時、氣門、排氣閥門、渦輪等很多零件都是可變的,而可變壓縮比的引擎不多。
在SAAB的機械增壓可變壓縮比引擎中,增壓較小時使用較高的壓縮比,以提高扭矩,增壓較大時,降低壓縮比,以抑制爆震及防止過熱。其壓縮比可變范圍是8.1-14.1,最大增壓值為1.8bar。
電腦根據溫度、負載、轉速等條件,控制單頭的移動,使燃燒室上方最大可以傾斜4°,以降低壓縮比。這套可變壓縮比系統除了可以彌補增壓導致的壓縮比降低外,還有一個優勢就是可以在低壓縮比下適應更差的汽油品質。
尼桑的VC-T系統
尼桑會將VC-T可變壓縮比系統應用于QX50車型上。
這套系統是可變連桿長度的設計思路。調整控制輪的角度可以改變下連桿及中連節,進而改變上連桿的高低。其壓縮比的可變范圍是8.0-14.0。
在渦輪壓力較大或負載較大時,降低壓縮比可以抑制爆震。在較高壓縮比時可提高動力響應并減少油耗。
為了進一步降低油耗,這臺引擎會增加進氣門遲閉角,實現米勒循環。
和普通活塞連桿相比,這套系統中的上連桿可以在活塞運動時保持更好的垂直度,減少活塞和缸壁的磨損,省去平衡軸。
由于連桿結構復雜,這套系統只能應用于L4引擎中,而且其工作效率還有待考驗。
你現在回頭想,是不是能理解壓縮比為啥那么重要了?
它不只是影響馬力的大小,而是決定整臺發動機的調性、潛力和結構方向。高壓縮比更適合原廠自然吸氣、低油耗響應快的發動機;低壓縮比更適合加裝渦輪、大馬力改裝、極限扭矩輸出的架構。
你可以不天天計算壓縮比,但你一定要知道,一臺高壓縮比的車,不能隨便加大風壓;一臺低壓縮比的車,不怕你改,但怕你不懂控溫和爆震。
改車的世界里,沒有免費的午餐,但有可以算得明白的工程邏輯。
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