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什么是可变压缩比?

所谓可变压缩比就是发动机的压缩比可根据转速、负荷、地 形、道路状况的需要,随时自动调节发动机混合气最终压缩状况, 称之可变压缩比。这是当前发动机发展的一个重要方向。在爬 大坡、高速行驶时,需要压缩比高。但压缩比太大,在全、大负荷 时,会造成爆燃。①在混合气压缩还未到点火时刻,混合气温度 就升高到燃点,一旦遇到有炽热点,如排气门的积炭炽热点,混合 气就会自燃,就产生爆燃。爆燃时,不同处的火焰波碰撞将引起巨大的冲击波,损坏活塞或火花塞等。②由于压缩压力太大,要 求气门、活塞环与缸体密封性更高。一旦漏气,混合气就会燃烧 不完全、动力下降、能耗增加、排放增加。③混合气漏人油底壳浸人 润滑油后,高温高压将使润滑油加速变质——变稀及油泥状,使润 滑变差,不能形成润滑油膜,零件磨损加快。④爆燃时,发动机热状 态恶化,机体过热,水温增高,动力下降。⑤压缩温度太高,会影响 燃烧爆发时的温度,使之更高,将使N与0化合为N0X。

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压缩比也不能太低,否则,混合气体积压缩小,使压缩终了时 的温度和压力低,混合气中的燃油雾化、蒸发差,燃料颗粒大,混 合也不均匀,同时,大量燃油分子不能裂化成原子、能量积蓄差, 所以,活化中心形成差,同时燃油分子距离较大。这样,火焰传播 速度差,燃烧不完全,甚至在排气行程还在燃烧,因而,动力差,油 耗高,冒黑烟。由于不完全燃烧,更易在活塞顶部、排气门、燃烧 室、第一气环槽积炭、在气缸壁与活塞环、活塞之间积炭,加速磨 粒磨损。压缩比低时,也不易起动。

压缩比在许可范围内并不是固定的,随着负荷、转速的变化, 进入缸内的空气及燃油数量也不一样,虽然压缩后的体积一样, 但分子之间距离不一样,即分子之间挤压积聚的紧密程度不同, 在从下止点向上止点的压缩过程中,即使运动距离相同,但压缩 压力和压缩温度不同,到压缩终了时,压缩温度和压缩压力也不 同,湍流强度也不同。这就是说,混合气的物理准备和化学准备 不同,加之节气门开度不一样,节流损失也不一样,进入缸内的空 气量不一样。因此,燃烧火焰传播速度不同。燃烧循环有一定变 化,对此,压缩比如能调节,就可以在不同负荷和不同转速时,把 压缩比相应调节,在中小负荷、速度中、低时,将压缩比调髙,甚至 调高到高于原厂要求的压缩比,达10〜14 : 1。这样就可使混合 气的压縮压力和压缩温度高于未调前的压缩压力和压缩温度,混 合气在燃烧前的物理准备、化学准备就较充分,燃烧循环的最佳 点火提前角就会得到保证,燃烧火焰传播速度加快。

此时,只要将压缩比调高,使压缩终了时的压力和压缩温度不高于全负荷时 原厂规定的压缩比的压缩压力和压缩温度即可,就不会煺燃,对 润滑油、冷却液温度都不会产生影响。而在大、全负荷或髙速时, 将压缩比调到原厂规定的压縮比,这样,既保证了动力,又省油、 又降低排放,又不会引起爆燃。

发动机在燃烧汽油切换到燃烧其他燃料,如天然气,因为燃 料辛烷值各不相同,如天然气的辛烷值是12〜13,所以,如发动机 按汽油机设计,压缩比固定,当由燃烧汽油切换燃烧天然气时,由 于压缩比不可调,燃烧天然气时要求的压缩比就不能达到相应 值,这样动力一般会下降15%,能耗增大,排放增大。但压缩比可 调时,在由燃烧汽油切换到天然气时,压縮比就可调到 12〜13 : 1,这样动力不下降,能源节约,排污少。

再则,汽油牌号的选择一般按发动机压缩比确定,燃油牌号 低时,抗爆能力差,如压缩比高,汽油牌号低,则会爆燃,发动机就 会发出敲缸声,而且抖动严重,过热,冲击波大,甚至损坏零件。

在稀薄燃烧时,燃油的分子之间距离大,在压缩终了时,燃油 分子不太紧密,经过压缩后的能量吸收不很大,压缩压力、压缩温 度不太高,所以,物理准备及化学准备都不理想,因此,燃烧火焰 传播速度不理想,甚至在排放行程还在燃烧,就使动力不理想,燃 油消耗大,排放大。如设计的压缩比可调时,在此状况时,压缩比 可调高到比厂家规定值高,甚至为10〜14 = 1,这样,混合气压缩 压力、压缩温度高,混合气能量吸收更多,燃油分子之间距离更紧 密,燃油更汽化,颗粒更细,混合更均匀,物理准备及化学准备更 充分,容易点火,火焰传播速度更快,热能利用程度更高,热损失 更小,动力大,能耗与排放更少。

总之,在高速、爬大坡时,驾驶员需要的是动力,压缩比采用 原厂规定的值;在城市行驶时,驾驶员需要的是中、低速,可将厂 家规定的压缩比值调高,甚至为14 : 1,只要不会爆燃即可。因 此,发动机压缩比可调是发动机发展方向之一。采用可变压缩比时,就能将用户、能源、排放有机统一起来。

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