发动机压缩比

发动机压缩比要说明一台发动机的技术参数，可以概略地用功率与扭矩的大小来标示出来，然 而影响功率、扭矩输出的因素却很多，其中一个重要因素就是发动机的压缩比， 可压缩比这个术语似乎令不少维修人员模糊，知道它的数值大小不如知道气 缸压力的数值实用，然而压缩比确是对发动机至关重要的参数。什么是发动 机的压缩比？不论这辆车上所选装的是汽油发动机还是柴油发动机，能保持 稳定且适当的压缩比才能使发动机的运转得以平顺和稳定。压缩比压缩比的定义就是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气缸总容 积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。目前，绝对大部分汽 车采用所谓的往复式发动机，简单地讲，就是在发动机气缸中，有一只活 塞周而复始地做着直线往复运动，且一直循环不已，所以在这周而复始又持 续不断的工作行程之中有其一定的运动行程范围。就发动机某个气缸而言， 当活塞的行程到达最低点，此时的位置点便称为下止点，整个气缸包括燃烧 室所形成的容积便是最大行程容积，当活塞反向运动，到达最高点位置时， 这个位置点便称为上止点，所形成的容积为整个活塞运动行程容积最小的状 况，需计算的压缩比就是这最大行程容积与最小容积的比值。压缩比定义内燃机气缸总容积与燃烧室容积的比值，是内燃机的重要结构参数（见 图）。活塞处于下止点时气缸有最大容积，用 Va表示；活塞处于上止点时 气缸内的容积称为燃烧室容积，用 Vc表示。内燃机的压缩比e为e=Va/Vce为几何压缩比，它表示活塞从下止点移动到上止点时气缸内气体被 压缩的程度。活塞位于下止点时进气门或进、排气口尚未关闭，故有时须用 有效压缩比eO的概念。0指内燃机进、排气门（口）开始全部关闭瞬时的 气缸容积与气缸压缩容积之比。凡未经特别指明的压缩比均指几何压缩比。 压缩比对内燃机性能有多方面的影响。压缩比越高，热效率越高，但随压缩 比的增高，热效率增长幅度越来越小。压缩比增高使压缩压力、最高燃烧压 力均升高，故使内燃机机械效率下降。汽油机压缩比过高容易产生爆震。柴 油机压缩比过低会使压缩终点温度变低，影响冷起动性能。压缩比能使内燃 机排气中有害成分（如NOX、烃类、CO等）的含量发生变化。现代柴油机的 压缩比一般在1222之间，但超高增压柴油机的压缩比可低至 8。几年以前， 汽油发动机的压缩为610，但如今普遍都在912之间。可变压缩比一般发动机的压缩比是不可变动的，因为燃烧室容积及气缸工作容积都 是固定的参数，在设计中已经定好。不过，为了使得现代发动机能在各种变 化的工况中发挥更好的效率，以变对变来改善发动机的运行性能。其中气门 可变驱动技术早已实现，做为重要参数的压缩比也有人尝试由固定不变改为 “随机应变”，但由于涉及压缩比必然要涉及到整个发动机结构的改变，牵 一而动百，难度很大，长期没有进展。现在这一难题已被瑞典的绅宝工程师 克服。 近年萨博（Saab）开发的SVC发动机以改变压缩比来控制发动机的 燃油消耗量。它的核心技术就是在缸体与缸盖之间安装楔型滑块，缸体可以 沿滑块的斜面运动，使得燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化，改变燃烧 室的客积，从而改变压缩比。其压缩比范围可从8： 1至14： 1之间变化。在发动机小负荷时采用高压缩比以节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，并辅以增压器以实现大功率和高扭矩输出。萨博SVC发动机是1.6升5缸发动机，每缸缸径68毫米，活塞行程88毫米，最大功率166千瓦，最大 扭矩305牛顿米，综合油耗比常规发动机降低了30%，并且满足欧洲W号排放标准。现在的车辆都在标示着它有一个高压缩比的发动机，同时也明显的显示它是一部高性能的车子，能满足全方位驱动需要，然而这样的术语先 不去探讨全方位究竟如何，单就这个常常被人冷落的压缩比而言，事实上它 代表的是一种科技的成熟，是说明着有一连串相关技术的成就或理论的成 功，但却被不少人所不熟知，就更需要我们去深深的开发与研究。压缩比呢？ 就理论上而言，是发动机不可缺少的数值，不少维修人员认为只不过是个数 值而已，又不具有任何单位，从以上结果可以看出，对发动机的性能是多么 紧密相关，对维修人员多么重要。压缩比与燃油利用率为了满足国四（欧四）排放标准对于碳排放（即耗油量）的要求，汽车 生产厂家普遍都提高了发动机的压缩比至 912之间，其中，910.5主要用 于涡轮增压发动机，10.012则主要用于自然吸气发动机。高压缩比发动机可以更好地利用活塞式发动机的作功特点、在做功行程用同样数量的燃油可以爆发出更大的功率，用更小的排量就可以达到以前更大排量的发动机才能做出的功率，亦即高压缩比发动机的升功率和燃油利用 率更高。为了满足国家要求自2011年开始，新车必须满足欧四排放的要求， 汽车生产厂家同期开始大量地在汽车上装备高压缩比发动机，事实上，目前 的自然吸气发动机压缩比普遍都在10.5以上，仅举几例如下表：厂商广汽本田长安福特上海大众斯柯达通用雪佛兰车型名称雅阁2011款福克斯2011款明锐2010款科鲁兹2011款发动机型号R20A3CAF483Q0EA111LDE排量（升）2.01.81.61.6压缩比10.610.810.510.8燃油标号93号93号93号93号相比较之下，涡轮增压发动机比自然吸气发动机有更大的升功率和更好的燃 油利用率，在欧四排放标准的今天也得到了广泛的应用。压缩比与汽油标号发动机压缩比是决定选用汽油标号的最重要参数。学术上，并无十分统一的标准规定什么压缩比用什么样标号的汽油，而 且随着爆震传感器和点火提前角自动调整技术的广泛应用，高压缩比汽车也可以使用比较低标号的汽油。目前，在国际汽车行业的实践中，广泛采用以下的用油标准：90号汽油一一适用于发动机压缩比8.5以下的汽油汽车。93号汽油一一适用于发动机压缩比在 8.69.9之间的汽油汽车。97号汽油适用于发动机压缩比在 10.011.5之间的汽油汽车。98号汽油一一适用于发动机压缩比在 11.6以上的汽油汽车。值得注意的是，部分汽车4S店有一种误导，那就是鼓励车主尽量用高 标号的汽油，这是错误的观念：高标号的油，抗压性好，不易产生爆震，但燃烧速度相对较慢，这会影 响到发动机的动力性和发动机机体的温度，燃烧速度慢会使发动机动力下降 而温度升高，这对发动机是不好的情况。低标号的油，燃烧速度较快，但抗压能力又不够，容易形成爆震。因此，在有效消除爆震的前提下，用低标号的油，会比用高标号的油动 力更好，更省油，对发动机的温度、润滑等都有好处。因此，正确的做法是：什么样的油能使你的车动力最好，又最省油，就 是你的车最适合的油。如果用对了油，不仅动力上升，又省油，发动机声音 平顺平和，发动机温度适中，润滑良好。“国四车”高压缩比及涡轮增压汽车正确用油高压缩比自然吸气发动机正确用油目前“国四”标准的汽油发动机压缩比普遍都在 10.5以上，部分汽车 厂家出于销售策略考虑依然建议使用 93号汽油，这无疑对国内的石油工业 提出了苛刻的要求，要求生产出更高标准的 93号汽油，可以预见，这在短 期内是无法实现的。这些高压缩比汽车使用 93号汽油，不少的汽车短期内 就会表现出“没力”、耗油量大，行驶几千或者二三万公里之后，还会表现 出发动机噪音严重（爆震）、排气怪味、严重费油等现象。针对这样的现状，汽车消费者需要运用自己的判断力动脑筋解决好正确 的用油标号，以充分发挥汽车的性能和取得较好的燃油经济性。最方便的做法是直接选用97号油，这样对车有好处，实际结果比93号 油更省钱。然而，一味使用高标号汽油也有一些负面的影响，首先是高标号油较贵， 其次也不得不考虑的一个实际因素：国内部分97号油中含有MMT或MTBE这 两种添加剂，这类添加剂会导致发动机积锰，这对发动机是有害的，是造成 部分高档汽车“积炭”、烧机油的主要原因。对于自然吸气高压缩比“国四车”，更好的做法是：用高清洁度93号动力燃油。高清洁度93号动力燃油：用市售普通93号汽油，自动动手添加高品质 的动力燃油催化剂，推荐使用美国多路片（使用方便、品质和性能可靠）， 提高燃油的清洁等级，改变燃油的燃烧特性，提高 93号汽油的抗爆震性能， 产生超过97号汽油的燃烧能量，扩大汽车的经济油耗区域。这个方法可以 从根本上解决很多高压缩比汽车、涡轮增压汽车的爆震、噪音大、排放怪味、 油门太重、以及油耗高的问题，还可以延长三元催化装置和氧传感器的使用 寿命。涡轮增压汽车正确用油对于涡轮增压汽车，低速时候压缩比偏低，如果使用高标号汽油则必然 出现低速时发动机没劲、过热、城市油耗高等现象，这些现象目前普遍存在。因此，对于涡轮增压汽车，不推荐直接选用 97号汽油，而推荐使用高 清洁度93号动力燃油，这样既能够实现低速时候的大扭矩、降低低速噪音 和消除低速抖动，又能够实现高速时候良好的抗爆性。超高压缩比（要求98号汽油）汽车正确用油所谓超高压缩比汽车，是指装备了压缩比大于11.5的自然吸气发动机， 或者装备了原始压缩比大于10.5的涡轮增压汽车。超高压缩比汽车普遍要求使用98号汽油，然后这是很麻烦的事情，因 为国内目前尚很难加到98号汽油。对于这些汽车，使用高清洁度97号动力燃油几乎是目前能够找到的唯 一较好的选择。另外还有一个有趣的情况：添加多路片以后，可以直接判断出97号油是炼制出来的还是“勾兑”出来的。因为多路片的催化剂成分可以大幅度减 少MTBE或MMT成份对于燃油速度的减缓作用，如果是“勾兑”的 97号油, 燃油速度就会过快，引起燃烧声音过大的现象，这个时候，车主就应该考虑 换一个加油站加油了，以避免“勾兑”汽油给昂贵的汽车发动机带来损害， 以及避免其对于昂贵的三元催化装置的损害。当然，有兴趣的车主也可以试试高清洁度 93号动力燃油，如果感觉驾 驶平顺、噪音低、油耗低，就表明93号动力燃油适合你的高级车，那你就 很幸运了。即使不适合，只要不要太高速度行驶，不会对汽车造成任何形式 的损害。注：MTBE：简介u*iI mu“J*7MTBE结构图甲基叔丁基醚，英文缩写为 MTBE (methyl tert-butyl ether )，溶点 -109C,沸点55.2C,是一种无色、透明、高辛烷值的液体，具有醚样气味， 是生产无铅、高辛烷值、含氧汽油的理想调合组份，作为汽油添加剂已经在 全世界范围内普遍使用。它不仅能有效提高汽油辛烷值，而且还能改善汽车 性能，降低排气中CO含量，同时降低汽油生产成本。另外，MTBE还是一种 重要化工原料，如通过裂解可制备高纯异丁烯。MTBE是含氧量为18.2%的有 机醚类。它的蒸汽比空气重，可沿地面扩散，与强氧化剂共存时可燃烧。MTBE 的纯度约为97%99.5%，分子式为：CH3OC(CH3)3，相对分子量：88.15，CAS NO. : 1634-04-4甲基叔丁基醚是一种高辛烷值(研究法辛烷值115 )汽油添加剂，化学含氧量较甲醇低得多，利于暖车和节约燃料，蒸发潜热低，对冷启动有利， 常用于无铅汽油和低铅油的调合。也可以重新裂解为异丁烯，作为橡胶及其 它化工产品的原料。质量最好的甲基叔丁基醚，可以用作医药，是医药中间体。俗称医药级MTBE，“医药级甲基叔丁基醚”百度百科有相应解释。要 求纯度高，批次质量稳定，波动范围小。组成部分MTBE是一种高辛烷值汽油组分，其基础辛烷值 RON： 118，MON： 100， 是优良的汽油高辛烷值添加剂和抗爆剂。MTBE与汽油可以任意比例互溶而不 发生分层现象，与汽油组分调和时，有良好的调和效应，调和辛烷值高于其 净辛烷值。MTBE含氧量相对较高，能够显著改善汽车尾气排放。但如果加入 的MTBE比例不加以控制、使理论当量空燃比超出闭环控制发动机电子控制 单元自适应能力所及的调节范围，则会因富氧而干扰闭环控制，使三元催化 转化器的转化效率下降。研究还发现 MTBE会污染地下水源，因此美国加州 等地已经准备禁用MTBE。日本的一家研究机构的研究也表明，汽油中的MTBE 的含量超过7%，汽车排放中的氮氧化物会增加。因此，日本的高级无铅汽油 中，MTBE的加入量不超过7%。MTBE的毒性MTBE具有一定的毒性。20世纪80年代末开始研究其毒性。研究发现， 它易于与水融合，可渗入土壤，破坏地下水质，认为它是一种可能的污染物。MTBE主要经呼吸道吸收，也可以经皮肤和消化道吸收，动物在高浓度的 MTBE中可致癌。对小鼠的麻醉浓度为 1.0mmol/L，致死浓度为1.6mmol/L。 对人体的影响主要表现在上呼吸道、眼睛粘膜的刺激反应，长期接触可使皮 肤干燥。美国EPA推荐饮用水中MTBE的质量浓度为5.210.3 口 g/L。MTBE的合成MTBE 一般是以甲醇和异丁烯为原料，借助酸性催化剂合成，其中催化剂 在工业上用得最多的是树脂催化剂。 其中由于异丁烯的来源不同而形成了不 同的合成路线。异丁烯的来源：-裂解制乙烯副产的C4馏分-炼油厂催化裂化装置副产的C4馏分-以正丁烷为原料经异构化和脱氢制得合成MTBE的催化剂：-氢氟酸-硫酸-苯乙烯系阳离子交换树脂-固体酸-分子筛反应方程式MTBE的反应是一个选择性加成反应，烯烃中的叔碳原子在酸性催化剂的 存在下形成正碳离子，再与醇结合形成醚。其反应是一个可逆放热反应。物理性质密度(kg/m3,20C)：740.6临界温度(C)：223.9比热容(C)：2.135蒸发热(J/(g K)：30.10燃烧热(MJ/kg) :38.21雷德蒸汽压(bar) :0.55临界压力(MPa)： 3.37折光指数(20 C)：1.3689着火点(C)：480空气中爆炸极限(%V)：上限1.65 ；下限8.4研究法辛烷值：117马达法辛烷值：101水在MTBE中的溶解度(20C,g/100g)：1.5MTBE在水中的溶解度(20C,g/100g)：4.3应用甲基叔丁基醚是目前四乙基铅的替代产品。以裂解碳四中的异丁烯和甲醇为原料，在大孔磺酸阳离子交换树脂催化作用下生成，并经精制而成。产品性能：本品有类似樟脑的气味，无色透明，在室温下，能与醇、醚、 脂肪烃、芳烃、卤化溶剂等完全互溶。本品同其他甲基叔烷基醚一样，还有 另一个非常重要的性能，即很强的抗自动氧化性，不易生成过氧化物。主要供炼油厂作高辛烷值汽油的调合剂，也可作石蜡、油品、香料、生 物碱、树脂、橡胶的溶剂、有机合成反应剂。易燃易挥发，遇火种、热源有 爆炸的危险。20世纪70年代，MTBE作为提高汽油辛烷值的汽油调和组分开始被人们 注意。MTBE可以增加汽油的辛烷值，而且化学性质稳定。添加MTBE的汽油还能改善汽车的行车性能，降低尾气中一氧化碳的含量。而且燃烧效率高， 可以抑制臭氧的生成。它可以替代四乙基铅作为抗暴剂，生产无铅汽油。现 在约有95%的MTBE用作辛烷值提高剂和汽油中含氧剂。MTBE也是制取聚合级异丁烯的重要原料。还用于甲基丙烯醛和甲基丙烯 酸的生产。1973年意大利开发了世界上第一套MTBE工业装置。1990年美国制定的 空气清洁法修正案（CAA-1990）要求新配方汽油添加含氧化合物（如MTBE），以 减少汽车污染。中国从二十世纪70年代末和80年代初开始进行MTBE技术 的研究。1983年齐鲁石化公司橡胶厂建成了中国第一套 MTBE工业试验装置， 1986年吉化公司建成了中国第一套万吨级 MTBE工业装置。1999年，中国启 动了 “全国空气净化工程清洁汽车行动”，开始鼓励使用含有 MTBE的 汽油。MTBE作为汽油的辛烷值改进剂，除可增加汽油含氧量外，还可促进清洁 燃烧，减少汽车有害物排放污染。MTBE极易溶解于水。主要由于地下和地上 汽油贮罐的泄漏，美国在地下饮用水体中越来越多地发现了 MTBE。MTBE即 使在很低浓度也会造成水质恶臭。美国环保局已将 MTBE列为人类可能的致 癌物质。美国汽油加入MTBE不仅为了满足汽油含氧2%的要求，MTBE也具有道路 辛烷值110和RVP （雷德蒸气压）仅为8 （磅/吋2）的优点。加入MTBE满足 汽油含氧 2%的要求，使汽油数量增加 11%。美国原确定汽油总量的 3.65%为 MTBE，约87%的新配方汽油均使用MTBE作为含氧化合物。鉴于MTBE对水质 的污染，美国加州2004年起禁用MTBE，亚利桑那州、康涅狄格州和纽约州 等也于2005年起禁用MTBE。其他州也纷纷减少MTBE掺入量，并加入禁用 MTBE的行列。澳大利亚也于2004年起禁用MTBE。2006年起，美国汽油禁用 MTBE的步伐进一步加快。2006年5月起，美国已有25个州禁用MTBE。预计 美国MTBE需求量将从2001年的1290万吨/年减少到2010年的344万吨/年。 全球MTBE需求2001年曾达到峰值2258万吨/年，预测未来的需求将进一步 下降。MMT:汽车燃油添加剂简介MMT 是 Methylcyclopentadienyl Manganese Tricarbonyl 的缩写，学名 叫“甲基环戊二烯三羰基锰”，是一种汽车燃油添加剂，炼油厂用它，可以 提高燃油的品质，降低成本，简单地说，买进一吨原油，炼油厂可以很容易 地生产出更多的90、93、97号汽油。1959年美国Ethyl公司在市场上推出了甲基环戊二烯基三羰基锰 （MMT），作为四乙基铅的辅助抗爆剂使用，该抗爆剂能有效地提高汽油， 特别是高石蜡烃组成的汽油的辛烷值。1990年Ethyl公司以Hitec3000作为 MMT商品使用牌号。国外合成MMT的方法有高温高压两步合成法、常温常压两步合成法、高 温高压一步合成法等。Ethyl公司1957年公开的专利US2818417报道的一种 合成MMT的方法，其具体步骤为：在氮气保护下，于反应器中加入四氢咲喃 和金属钠，然后缓慢滴加新鲜蒸馏的甲基环戊二烯（MCP），再加入氯化锰粉末，反应后以减压蒸馏将生成双甲基环戊二烯基锰中间体分离出来，再将 分离产物移入高压釜，通入co进行羰基化，最后将得到的产物甲基环戊二 烯基三羰基锰（MMT ）加以蒸馏提纯。MMT的产率以氯化锰计为65.6%，以双 甲基环戊二烯基锰计为77.8%。此后该公司就MMT的生产工艺又申请了多项 专利：1958年公开的专利US2839552以氨基钠代替金属钠，与甲基环戊二烯（MCP ）反应生成甲基环戊二烯基钠，再使之与氯化锰反应，制备双甲基环 戊二烯基锰，然后再进行羰基化，得到甲基环戊二烯基三羰基锰（MMT）；1990年公开的专利US4946975用双甲基环戊二烯基锰、醋酸锰以及三乙基铝 为原料，将形成的中间混合物进行羰基化，制备MMT； 1991年公开的专利US5026885将无水醋酸锰、甲基环戊二烯（MCP）、甲苯和三乙基铝加入配有 搅拌器、冷凝器、气体进口和液体采样管的高压釜内，密封高压釜后分两次 充入CO，反应后用10%的盐酸溶液水解产物，以戊烷萃取 MMT。特点甲基环戊二烯三羰基锰具有下述优点：1、能有效地改善汽油品质，提高汽油辛烷值，抗爆效率高而添加量小， 按万分之一添加，锰的含量不超过18毫克/L,可提高汽油23个辛烷值（按 金属单位重量计的辛烷值高于四乙基铅的二倍以上）。2、燃烧性好，能随燃料一同完全燃烧而不产生沉淀或残渣，节油效果 明显；3、无副作用，对燃料其它性质无不良影响；4、易溶解，在室温下即能溶解于汽油而不溶于水；5、性质稳定，在空气中不分解，沸点较高，不易蒸发损失；6、无毒性，对环境不造成污染；7、熔点低，不易结晶，便于实际使用。 好处不少，但是也要看清楚他的缺点。MMT是个有争议的产品，许多炼油厂正在避免直接浓宿形成，在美 国只有1%的汽油产品使用MMT,许多国家例如委内瑞拉已经开始禁用这种产 品。