据说使发动机压缩比达到空前的18比1 压缩比

发布日期:2018-07-18 08:05:01 更新时间: 2018-12-14 编辑: 小豆
压缩比

压缩比的概念:

气缸在下止点时的最大体积与气缸在上止点时最小体积之比,即为压缩比


我们假设一个气缸,缸径84mm,行程90mm,活塞面积约为55.5cm2(考虑到缝隙,实际值应更小些),排量即为499.5ml,如果已知顶部燃烧室容积约为55.5ml,则可得出其压缩比为10:1,同理换算,如果压缩比 值为12,则顶部燃烧室容积为45.4ml。

我们为什么要将气体压缩?

这是因为: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;温度可以让让气体分子运动速度加快,燃油分子和氧气分子更容易互相作用,这就让混合气体更容易点燃。而且较小的燃烧空间可以较快的完成燃烧,燃烧过程加快也提高了性能。

为什么要提高压缩比

我们还拿那个缸径84mm,行程90mm,活塞面积约为55.5cm2,排量即为499.5ml的汽油机汽缸建立一个非常简单的数学模型:

压缩比 为2:1时,假设此时进气压力为正常的1个大气压,即0.1Mpa,经过90mm吸气行程,499.5ml混合气进入汽缸,经过压缩行程后,压力为0.2Mpa,缸内缸内燃油完全燃烧后,绝热状况下,温度和压力升高倍率设定为初始值5倍,即1Mpa,减去对抗的一个大气压为0.9Mpa,换算之后压强为90N/cm2。乘以55.5cm2,此时对 活塞的向下压力为4995N,除以9.8即510Kg等效重量。(虽然这个数值看起来很大,但这是瞬间最大值,与整个循环中持续的扭矩相差甚远。而且经过曲轴转换之后,换算成扭矩要小很多。)

我们再看压缩比 为10:1的情况如何:进气压力为0.1Mpa,压缩后缸内压力变成1Mpa,继续绝热燃烧,压力升高5倍,即5Mpa,减去对抗的1个大气压,为4.9Mpa,换算后为490N/cm2。乘以55.5cm2后,约为27200N,即2775Kg!按数值粗略推断,光是扭矩相比之前升高5倍多,功率也一样会有大幅提高。

经过上述实验,足以说明压缩比的提高,对应着发动机的性能和效率的提高

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,混合气始开氏温度,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 。

为什么压缩比不能提的太高?

根据上段的分析,我们得知,既然较高的压缩比可以带来巨大的动力收益,那么我们把压缩比 值提高到20、30,甚至更高,怎么样?

当然不可以。我们前一篇文章专门讲了爆震,而高压缩比正是导致爆震因素之一。虽然现代汽油发动机压缩比 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油或者不普及,例如八九十年代的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。而且国内目前油品确实不怎么样,也限制了一些优秀发动机在国内的推广。

为什么活塞式发动机需要高压缩比?

做一个简单的计算。热机工作循环中熵增的是点燃的环节,因为dS=dQ/T,其中Q是固定的,就是燃料燃烧放的热,那么要想减少熵增,就要增大温度T。怎样升高温度呢?就是压缩。

为什么要减少熵增?因为根据热力学第二定律,热机做的功W=E-T·S(这里T是环境温度)。所以熵增越大,热机能对外做的功越少。而提高压缩比,就是提高温度,减少熵增。

实际上人类发明热机就是理解了热力学的结果。最早的活塞发动机是没有压缩的,把煤气(那时候发动机烧的是煤气)放进去直接点着。后来奥托意识到压缩的重要性,于是发明了有压缩的四冲程发动机,这就是奥托循环。之后人们发明的各种热机,比如柴油发动机,喷气发动机,冲压发动机都是基于这个原理,先压缩,在压强最大时点火。(脉冲打火发动机是例外,德国V1导弹用的就是它)

当然我这是个非常简单的说法,实际上发动机有多种工作循环。而且受制于工程实现,我们不可能无限制提高温度,也就是压缩比。

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可能说“创驰蓝天”技术,知道的人不多,但是如果说以节油著称的涡轮增压,绝大部分的车友都知道。那么,两者什么关系?可能很多人都不知道,涡轮增压即将面临最大的挑战,就是“创驰蓝天”二代技术!

在当下涡轮增压技术大行其道的时候,非要提及自然吸气好像有些不识时务。但是就平顺动力、线性输出,没有驾驶的顿挫感而言,创驰蓝天技术无疑要优秀的多!因为,涡轮增压的原罪就在于技术可靠稳定性和后期养护成本高昂。第一代创驰蓝天技术,发动机最高压缩比达到了13.8:1,油耗比普通发动机降低了30%。而第二代将在第一代的基础上,再节能30%!

创驰蓝天第一代技术目前装配在昂克赛拉和CX-5等车型上。以昂克赛拉为例,目前官方公布的百公里工况油耗为1.5L的油耗5.8L,2.0L油耗为6.2升。按照第二代技术的性能,将再节能30%,分别有望达到4升和4.3升!这一节油性能已经超过了涡轮增压技术带来的节油效应。

创驰蓝天技术是马自达的独门绝技。最早是从2007年开始研发第一代。可以说马自达品牌一贯喜欢剑走偏锋,始终坚持深挖自然吸气技术的潜力,其实质就是优化,采用对电控可变气门技术,改造汽缸和活塞造型,再到变速箱、车身和悬挂的整体优化等技术,最终练就了盖世神功——其创驰蓝天技术发动机燃烧效率达到38%。这是世界发动机燃烧效率之冠。

在今年上半年,马自达又宣布,即将展开的创驰蓝天第二代技术,将会把发动机燃烧效率提高到惊人的50%——其实之前忘了说,燃烧效率用最基本的例子来说,就是你花了100元钱买的汽油,在燃烧效率38%时仅有38元用在了你真正的行程上,而另外的62元则被发动机进排气、变速箱、悬挂和车身等物理损失给“花掉了”,所以要达到50%的燃烧效率,那么你买的创驰蓝天第二代车型在100元的汽油钱里至少花了一半在你的行程之上。




创驰蓝天第二代产品,据说会使发动机压缩比 达到空前的18:1,这项据说会从2020年达到普及的技术,会随着马自达创驰蓝天二代的其他技术一同走到你的身边,而它带来的不仅仅是超低油耗水平,更多的还有马自达精工制造的感受,与此同时,还传闻马自达同步在做转子增程式混合动力发动机等技术研发试验,至于究竟会达到什么样的成就,等着看吧!

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