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发动机的压缩比和汽油的选择

 nash 2010-09-22

发动机的压缩比和汽油的选择

本帖最后由 金属灰 于 2009-09-15 12:24:08 修改
     市场上出售的汽油都是无铅汽油,有90、93、95、97等标号。这些数字所标定的就是汽油的辛烷值,代表汽油的抗爆性,与汽油的清洁程度毫无关联。车主加油时不要受“高标号的汽油更清洁”的误导,根据发动机的压缩比或遵循汽车使用说明书上的建议添加汽油,更科学、更经济,能充分发挥发动机的功率。
     汽油抗爆性的评价指标是辛烷值,即汽油的标号。它是实际汽油抗爆性与标准汽油的抗爆性的比值。标准汽油是由异辛烷和正庚烷组成。异辛烷的抗爆性好,其辛烷值定为100;正庚烷的抗爆性差,在汽油机上容易发生爆震,其辛烷值定为0。如果汽油的标号为90,则表示该标号的汽油与含异辛烷90%、正庚烷10%的标准汽油具有相同的抗爆性。 
     从经济性上来看,炼油时提取高纯度的异辛烷做汽油用是非常不划算的。一般是提取含有一定纯度的异辛烷的多组分烷烃再加入抗爆添加剂,这样可以明显提高汽油的抗爆性。我们可以形象地称之为“勾兑”。
     四行程发动机用的燃料不一定是汽油,压缩天然气、液化石油气,甚至酒精,都可用来作为发动机的燃料。汽油之所以会成为主要燃料,是因为它相对容易取得,较容易储存,相对价廉。 
     正因为发动机可使用多种燃料,因此,在发动机发展之初,工程师们也做过许多尝试,除了尝试发动机不同的设计会有不一样的性能之外,也尝试使用不同的燃料会得到什么不同的效果。结果发现,当其它条件不变时,只要把发动机的压缩比提得愈高,就会得到更大的马力输出。然而,压缩比却不是可以无限制提高的,当压缩比提得太高时,发动机就会出现爆震现象。所谓爆震,是经过压缩的油或气混合物,在火花塞还没点火之前,就因为被压缩行程所造成的气体分子运动产生的高热点燃,形成所谓的自燃现象,随后火花塞又再次点燃压缩油或气混合物,造成两团高爆火球在燃烧室里剧烈碰撞,因而产生如敲门一般的“喀、喀、喀”声。经过仔细研究,工程师们发现,原来爆震又和燃料的选择有关,如果选对了燃料,那么即使提高发动机压缩比,也不会发生爆震。 
     发动机燃料的各种油料逐一测试和实验,结果发现,抗爆震效果最差的是“正庚烷”,因此工程师们就把最强的抗震指数100给了异辛烷,而最差的正庚烷则给了它一个0的抗震指数。于是,从此开始,辛烷值的高低就成了汽油发动机对抗爆震能力高低的指标。 
     那么什么是辛烷值呢?那是工程师们在实验室里,利用一部可调整压缩比的单缸发动机做试验所测得的数据。在实验中,随着压缩比的逐渐提高,测试燃料从没有爆震、燃烧顺畅的状况,逐渐调整到开始出现爆震。当爆震一开始出现的时候,就去比对异辛烷与正庚烷混合物的状况,如果出现爆震的状况时机,正好与97份异辛烷和3份正庚烷的测试状况一模一样,那么这个测试油料的辛烷值就是97。所以说,当我们说90号、93号、97号无铅汽油的时候,其实它的辛烷值只是一个对比值。
     从目前国内油品状况来看,很多97#汽油其实是在90#的汽油中加入了异辛烷、异丙苯、烷基苯等添加剂以及MTBE抗爆剂而来的,并不是在生产过程中提高催化裂解、二次重整等加工工艺而来的。97#油的售价高,利润大,滋长了一些企业滥用添加剂的风气。他们不择手段地提高汽油的辛烷值,全然不顾油品在其他方面的综合使用状况,这造成了相当一部分97#汽油容易造成发动机积碳,甚至机件被腐蚀的情况。 
相对而言,国内90#和93#汽油的加工工艺是比较过关的,而且售价相对较低,利润相对没那么丰厚,因此较少有企业在90#和93#汽油上动手脚。另一方面,由于90#汽油已经普及多年,绝大多数90#汽油的储运工具和加油站油缸也都使用了多年,在储运工具和加油站油缸中积淀的杂质越来越多,这造成了90#汽油的质量问题主要体现在杂质方面。而93#汽油只开始大面积推广时间相对短一点,多数加油站的93#油缸还都不太脏。因此,相对而言,93#汽油最为可靠。 
     汽油是极易挥发的液体,零下30摄氏度时仍有可燃成分挥发出来,当汽油标号过低时,压缩的混合油气将在点火前自燃,点火时,已开始自燃的油气又将产生强烈爆炸,使原先精确设计的燃烧程序失控,一部分汽油做了负功,一部分因为燃烧过程与活塞行程不同步不能完全燃烧,造成进气阀和缸内严重积碳,油耗增加,尾气恶劣。当汽车高速行驶时,混乱的燃烧过程将产生连续爆震,它会严重损伤发动机,造成火花塞绝缘破裂,电极过度燃烧,活塞敲缸,活塞环卡死,气门烧蚀等后果。这种“疯狂”的传动方式,让自己汽车的传动方式在“高频摇滚”状态下工作,后果可想而知。 
     最近几年,97#汽油开始在国内市场广泛出现。一些车友对汽油的使用也陷入了一种误区,就是热衷于使用高标号的汽油。甚至一些车友把汽油的标号看成是油品纯净度和质量的标准。这是错误的。其实汽油标号的高低只是表示汽油辛烷值的大小,绝不能把标号与纯净度和质量混为一谈。用93号油的发动机硬要用97号油就会出现“滞燃”现象,即压到了头它还不到自燃点,一样会出现燃烧不完全现象。
     汽车发动机在设计阶段,会根据压缩比设定所用燃油的标号。压缩比是发动机的一个非常重要的结构参数,它表示活塞在下止点压缩开始时的气体体积与活塞在上止点压缩终了时的气体体积之比。从动力性和经济性方面来说,压缩比应该越大越好。压缩比高,动力性好、热效率高,车辆加速性、最高车速等会相应提高。但是受汽缸材料性能以及汽油燃烧爆震的制约,汽油机的压缩比又不能太大。发动机的压缩比与汽车的高档、豪华与否没有必然联系。 
     简单地说,较高的压缩比可以使用较高标号的燃油。燃油标号越高,油的燃烧速度就越慢,燃烧爆震就越低,发动机需要较高的压缩比;反之,低标号燃油的燃烧速度较快,燃烧爆震大,发动机压缩比较低。 
     燃油的标号还涉及到发动机点火正时的问题。低标号汽油燃烧速度快,点火角度要滞后;高标号燃油燃烧速度慢,点火角度要提前。例如一台发动机按照说明书要求应添加93号汽油,现在加入了90号汽油,需要使用正时灯,调整点火提前角滞后一度到两度。如果不听从主机厂的建议,使用低标号燃油,又不进行点火时间的调整,可能会造成发动机启动困难;加速时,发动机内有清脆的金属碰撞声音;长途行车后,关闭点火开关时发动机抖动或不停止运转。 
     那么选择汽油是不是标号越高越好呢?也不是。汽油标号选择的主要依据是发动机的压缩比。压缩比、点火提前角等参数已经在发动机电脑中设置好了,车主只要严格按照使用说明的要求选择汽油就绝对没有问题。现代汽车的发动机电脑程序中,对抗爆性较差的汽油设置了进行微调节的适应性程序,而对高标号汽油则没有相应的程序。所以,盲目使用高标号汽油,不仅会在行驶中产生加速无力的现象,而且其高抗爆性的优势无法发挥出来,还会造成金钱的浪费
     通常,压缩比在7.5~8.0应选用90号车用汽油;压缩比在8.0~8.5应选用90号~93号车用汽油;压缩比在8.5~9.5应选用93号~95号车用汽油;压缩比在9.5~10应选用95号~97号车用汽油。一般可以在汽车说明书中查到压缩比,除说明书以外,汽车生产厂也会在油箱盖内侧标注推荐使用的燃油标号。车主应严格按汽车发动机不同的压缩比,选用相应标号的车用汽油,才能使发动机发挥出最佳的效能。
      凯旋车的EW10A发动机压缩比是11.02:1,属于超高压缩比的发动机,照理应该使用97号甚至更高标号的汽油,但是说明书上却说可以用93号汽油,似乎有点矛盾,为什么会这样呢?
      雪铁龙高压缩比发动机却可以使用93号汽油的秘密在于稀薄燃烧技术:工程师降低了燃油喷射浓度,进而降低气缸内油气混合物浓度,从而降低了发动机使用较低标号汽油的爆燃机率。
      混合气浓度是影响燃烧的一大重要因素。如果被压缩的可燃油气混合气密度很小变得不易燃,抗自燃能力自然会比较强,这同时也是采用稀薄燃烧技术的发动机的理论根据。这就如同打火机一样,如果只按短暂的按一下打火按钮,虽然有可燃气体喷出,但是火花却不能将其引燃,缘由便是可燃气体太少达不到燃烧条件。
      如果将这一物理现象引入高压缩比发动机会是什么结果呢?即便是使用抗爆性较低的汽油也不容易在高压高温下产生爆震了。随着更精密的顺序多点电喷系统的普及,精确控制混合气浓度对于新一代发动机已经不是难事。在EW10A发动机上配备了博世顺序多点电喷系统,工程师只需降低燃油喷射浓度,进而降低气缸内油气混合物浓度,从而降低发动机爆燃的可能性。而这也正是高压缩比发动机可以使用93号汽油的秘密所在。
      那么降低混合气浓度后,动力性会打折扣吗?其实所受影响并不明显。由于高压缩比发动机出现爆震情况较多的是在低转速区域,因此在低转速区降低燃油喷射浓度对于发动机动力输出并没有太大的影响,只是低转速区动力有一定缩水(毕竟每次燃烧时产生的热值降低了),然而高转速区则影响甚微。再加之2.0升EW10A发动机采用CVTS连续可变正时系统,因此这款2.0升发动机在使用93号汽油时依然可以在6000转时发出108kW的最大功率,4000转时发出200Nm的最大扭矩。 
      单纯通过压缩比来判断应该使用何种标号的汽油的旧经验在化油器时代还有一定的指导意义,但是在电喷系统普及多年的今天,(甚至顺序多点电喷系统已经开始大量用于新款发动机)再以旧经验来判断新问题就显得片面了。因此在决定使用何种标号汽油之前,还是应该遵循厂家说明书中建议的汽油标号。
      顺便说一句,现在的汽车大都采用电喷发动机,其中的三元催化器对汽油的添加剂非常敏感,含铅的抗爆添加剂会使其中毒失效,所以,一定要选择高质量的无铅汽油。

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