為什么汽油機不斷追求更高的壓縮比，柴油機不斷降低壓縮比？簡單來說，汽油機壓縮比越高，發(fā)動機熱效率越高，而降低柴油機壓縮比的目的是降低尾氣中氮氧化物的含量。但是，這是一個很高級的話題。今天我們就簡單說一下發(fā)動機壓縮比的知識。首先，發(fā)動機的壓縮比是多少？所謂壓縮比，是指發(fā)動機氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，用x: 1表示。例如，當發(fā)動機活塞處于下止點時，氣缸總?cè)莘e為550毫升。當曲軸旋轉(zhuǎn)180，活塞在上止點時，活塞上方的燃燒室容積為50ml，所以這臺發(fā)動機的壓縮比為550/50=11:1。需要注意的是，壓縮比的書寫形式為X: 1，如9.3:1、10.5:1、14:1等。而不是9.3，10.5，14。我們?nèi)粘Ｉ钪刑岬降陌l(fā)動機壓縮比，其實是一個不規(guī)則術語。壓縮比是一個重要的發(fā)動機技術參數(shù)，其物理意義是氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。比如上面的例子，發(fā)動機的壓縮比是11:1，也就是說進入氣缸的氣體被壓縮了11倍。一般來說，發(fā)動機的壓縮比越高，進入氣缸的氣體被壓縮得越多，氣體的溫度和壓力越高，氣體流速越快，可燃混合氣中的燃料與空氣混合得越均勻，可燃混合氣燃燒得越快、越完全，釋放的熱量越多，轉(zhuǎn)化的機械能就越高。簡單來說，發(fā)動機的壓縮比越高，發(fā)動機的熱效率越高，經(jīng)濟性越好。正因為如此，提高發(fā)動機的壓縮比成為提高發(fā)動機熱效率的重要手段。所以汽車發(fā)動機的壓縮比有了很大的提高。比如很久以前，老汽油機的壓縮比只有6.5~7:1，老普桑的1.8自然吸氣汽油機的壓縮比也只有8.5:1。它們的最高熱效率很難超過35%，一般在30%左右徘徊。目前汽油機的壓縮比一般在11:1以上。豐田最高熱效率為12:1，而馬自達創(chuàng)馳藍天發(fā)動機壓縮比高達14:1。最新的壓燃式汽油機可以達到18:1，大大提高了發(fā)動機的熱效率，一般在38%以上，豐田的混動發(fā)動機熱效率最高可以達到41%。柴油發(fā)動機的壓縮比一般在16到24: 1之間。后面我們會單獨討論柴油機的壓縮比。有人說，既然提高壓縮比可以提高發(fā)動機的熱效率，為什么以前不做呢？這主要是因為發(fā)動機壓縮比的提高受到很多條件的限制。以前的發(fā)動機，由于技術水平和汽油質(zhì)量的限制，壓縮比過高會導致發(fā)動機爆燃。所謂爆燃，是汽油機的一種異常燃燒方式。指汽油機燃燒過程中，由于可燃混合氣被過度壓縮，溫度和壓力過高，在火花塞點火前燃燒室中形成許多火焰中心，導致局部壓力和溫度急劇上升，缸內(nèi)壓力波高頻振蕩，發(fā)動機爆震和抖動嚴重，甚至嚴重損壞發(fā)動機。如果想避免發(fā)動機爆燃，一個辦法是提高汽油的抗爆性能，另一個辦法是控制可燃混合氣在發(fā)動機內(nèi)的燃燒方式和速度。一些老司機應該還記得，上世紀七八十年代，汽油的標號只有70號和80號，90號汽油出現(xiàn)在90年代。這種汽油的抗爆性能很差。如果發(fā)動機的壓縮比過高，汽油會在燃燒室中被過度壓縮，從而導致爆燃。所以發(fā)動機的壓縮比不能太高，一般在6-8:1之間。后來隨著汽油煉制技術的進步，汽油的等級逐漸提高，出現(xiàn)了90 #、93 #和97 #汽油。汽油的抗爆性能大大提高，發(fā)動機的壓縮比也提高了。老司機過去常常談論通信

早期的發(fā)動機由化油器提供燃料，并機械點火?？扇蓟旌衔锏臐舛群忘c火時間控制不準確，不能自動延遲點火時間。目前發(fā)動機都是電控燃油噴射點火，可燃混合氣的濃度控制和點火正時控制更精確，爆燃時會自動延遲點火時間；一般采用半球形燃燒室，表面積比更大，活塞頭的形狀也不再是簡單的平頂，使可燃混合氣在缸內(nèi)的流動軌跡和速度得到更好的控制，會進一步降低發(fā)動機爆燃的概率。此外還有越來越多的缸內(nèi)直噴技術、稀薄燃燒技術、可變氣門正時技術。也會降低發(fā)動機爆燃的可能性。因此，今天的發(fā)動機允許使用更高的壓縮比，而不會爆震。比如大部分自然吸氣汽油機的壓縮比都在10.5:1以上，可以使用92 #汽油。只有少數(shù)汽油發(fā)動機需要使用更高等級的95號汽油?，F(xiàn)在的發(fā)動機不需要根據(jù)壓縮比來選擇汽油的等級，按照車企規(guī)定的等級加滿即可。因為不同的發(fā)動機調(diào)整不一樣，發(fā)動機的點火正時和氣門正時控制不一樣，對爆燃的抑制程度也不一樣。即使是壓縮比相同的發(fā)動機，對汽油的要求也可能不同。當然，發(fā)動機的壓縮比越高越好。隨著壓縮比的增加，啟動時活塞上方的壓力會增加，活塞、連桿和曲軸上的壓力也會增加。因此，需要相應增加各部件的強度，發(fā)動機的體積、重量和成本也會增加。另外，發(fā)動機的壓縮比越高，越難調(diào)節(jié)。很多情況下，發(fā)動機工作在臨界狀態(tài)。如果技術狀況稍有變化，就可能發(fā)生爆燃、表面點火等異常燃燒，發(fā)動機的容錯率就會下降。還有就是發(fā)動機壓縮比高，會降低發(fā)動機的穩(wěn)定性和可靠性，縮短使用壽命。所以發(fā)動機的壓縮比并不是越大越好，而是要合適。智能汽車工程師會根據(jù)各種要求設計一個最佳壓縮比，使發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和可靠性達到一個完美的平衡。為了使發(fā)動機的壓縮比更好地滿足發(fā)動機在各種工況下的要求，工程師們開發(fā)了可變壓縮比發(fā)動機，它能自動適應發(fā)動機的工況，隨時改變發(fā)動機的壓縮比，使發(fā)動機既能發(fā)揮最大的功率和經(jīng)濟性，又能有效避免爆燃。目前日產(chǎn)的2.0L VC-Turbo可變壓縮比發(fā)動機已經(jīng)量產(chǎn)。它的壓縮比可以在8:1和14:1之間切換，搭載在英國菲尼迪的Q50上。但個人認為這款發(fā)動機結(jié)構(gòu)過于復雜，可靠性有待觀察，目前不適合廣泛應用。另外，發(fā)動機上的可變氣門正時系統(tǒng)可以在一定程度上改變發(fā)動機壓縮比，這種可變壓縮比發(fā)動機的實用性值得商榷。你可能還會發(fā)現(xiàn)一個有趣的事情，那就是馬自達創(chuàng)馳藍天發(fā)動機可以使用壓縮比高達14:1的92號汽油。這是怎么做到的？原來這款發(fā)動機所謂的14:1壓縮比，其實是一個“假壓縮比”。它使用可變氣門正時技術在奧托循環(huán)和米勒循環(huán)之間切換發(fā)動機。大多數(shù)情況下，發(fā)動機的壓縮比在11:1左右，而不是14:1。比如創(chuàng)馳藍天2.0發(fā)動機，氣缸容積500ml，燃燒室容積37.1ml，標注壓縮比13: 1。但在發(fā)動機實際工作中，進氣沖程吸入的空氣會有一部分被吐出來，比如進氣是500ml，在壓縮沖程因為進氣門關閉較晚會擠出100ml，所以實際進入氣缸燃燒的空氣應該是400ml，所以發(fā)動機的實際壓縮比是400/37.1=10.8。也就是發(fā)動機的實際壓縮比是10.8:1，所以用92號汽油fo是沒有問題的

發(fā)生了什么事？其實對于增壓發(fā)動機來說，標注的壓縮比并不是實際的壓縮比。因為進入氣缸的空氣是提前壓縮的，所以實際進入氣缸的空氣比理論進入氣缸的空氣大，實際壓縮比也比標注的壓縮比大。比如某發(fā)動機的氣缸容積為500ml，燃燒室容積為55ml，標注的壓縮比為9: 1。發(fā)動機工作時，600ml空氣被增壓器壓縮成500ml進入氣缸，所以此時發(fā)動機的壓縮比應為600/55=11，即發(fā)動機的實際壓縮比為11:1。所以這樣的發(fā)動機需要95號汽油是可以理解的。事實上，大多數(shù)增壓發(fā)動機在運行過程中的壓縮比都會大于11:1。所以我個人建議，為了避免極端情況下的發(fā)動機爆燃，延長發(fā)動機的使用壽命，充分發(fā)揮發(fā)動機的性能，所有小排量渦輪增壓車都應該使用95以上的汽油，最后說說柴油發(fā)動機的壓縮比。眾所周知，柴油機的工作模式與汽油機不同。柴油在發(fā)動機中被壓縮。所以在某種程度上，柴油機的壓縮比應該盡可能的高。但實際上柴油機的壓縮比一般在16-24:1之間，而且隨著時間的推移，柴油機的壓縮比有降低的趨勢，大多在17-18:1之間。比如錫柴CA6DM柴油機和玉柴6112柴油機的壓縮比都是17.5:1，江鈴JX493柴油機和長城綠網(wǎng)柴油機的壓縮比都是17.2: 1，康明斯KTA11。其實大家都忽略了一個問題，就是幾乎所有的柴油發(fā)動機都采用了渦輪增壓技術，發(fā)動機的實際壓縮比是高于標注壓縮比的。大部分壓縮比在17~18:1的柴油機，實際壓縮比在20~22:1，并不低。大家可以看到，現(xiàn)在的柴油發(fā)動機排量沒有以前大了，但是發(fā)動機的功率卻比以前的自然吸氣柴油發(fā)動機高了很多，這都是因為渦輪增壓技術的加持。不采用較高壓縮比的原因：一是壓縮比過高，需要加強柴油機機體，這樣會增加柴油機的體積和質(zhì)量；二是柴油機的高壓縮比會增加尾氣中氮氧化物的含量，造成尾氣排放超標；第三，如果壓縮比過高，會造成柴油機工作粗暴，汽車的NVH難以控制。因此，適當降低壓縮比可以降低廢氣中氮氧化物的含量，降低柴油機的噪音，由此帶來的發(fā)動機性能下降可以通過渦輪增壓技術和高壓共軌燃油噴射技術來彌補。那么未來汽油機和柴油機的壓縮比會越來越接近，直到達到同一水平嗎？個人認為可能性不大。目前汽油機的趨勢是小排量渦輪增壓，發(fā)動機的壓縮比一般在10:1以下。但是，無論柴油機的壓縮比有多低，都無法突破壓縮比下限，否則無法使柴油壓縮燃燒。所以他們之間的壓縮比差距可能會縮小，但絕對不會一樣。