为什么马自达压缩比13:1能使用92号汽油,大众压缩比不到11:1却要求用95?

压缩比高、用高标号燃油,而压缩比低则用低标号燃油,实际上这完全是一种惯性思维,导致爆震的因素不仅仅是压缩比的高低、也可以说压缩比的高低仅仅是表面上的体现,真正导致爆震的因素则是点火前的缸压、温度,涡轮增压发动机即便压缩比低,但是点火前的缸压、温度则可能不低,反而更容易产生爆震!

请弄明白一点,压缩比本身与是否产生爆震没有直接的关系;但高压缩比会间接导致点火前的高温、高压气体压缩程度越大、释放的热量以及压力也越强,这就是高压缩比更容易导致爆震的原因);同理涡轮增压虽然压缩比不高、但因为其增压系统的强制进气,在空间有限的燃烧室内灌入了更大体积的压缩空气、点火前的缸压、温度同样可能不低;可以这么去理解:

自然吸气:混合气体在燃烧室、被上行的活塞压缩,如果压缩比够高、被压缩的混合气会产生大量的热,以及更大的压力,容易导致爆震现象出现!

涡轮增压:燃烧室内的混合气体已经是被压缩状态(增压嘛),当活塞上行时、等同于二次压缩,即便压缩比没有自吸机那么高,但毕竟等同于被压缩两次,所以即便压缩比低、点火前的缸压与温度也可以不低,如此低压缩比的涡轮增压发动机依然容易爆震;举一个比较有代表意义的例子,比如AMG A45、M133发动机压缩比只有8.60,是不是很低?但这款机器中高负荷运行时点火前的缸压、温度远比压缩比马自达压缩比13的机器更大,所以即便这款M133压缩比只有8.6、最低也得用95号!

爆震的产生原理

当燃油辛烷值低时、比如92号汽油,压缩冲程末尾、点火后燃烧室压力及温度迅速上升(一般情况下的爆震都是出现在点火后,如果是火前爆震、可能是机器设计有问题,少见),部分混合气被高温引燃(临近活塞处)、而上方临近火花塞的混合气是被点燃的,这样一来上行的压燃混合气下行的点燃混合气来一次碰撞,这就叫爆震;而辛烷值高的燃油、可以防止混合气在高温、高压下被压燃,所以就能有效抑制爆震;写到这各位应该明白,爆震的产生只与混合气燃烧时面临的温度有关系,而与压缩比高低存在间接、而非直接的关系;所以可以得出两条结论如下

压缩比高、不一定用高标号汽油,因为点火时的缸压、温度可能并不高;

压缩比低、不一定用低标号汽油,因为点火时的缸压、温度可能比压缩比第的机器还高

马自达为抑制爆震所采取的手段

所以马自达发动机压缩比为13、却能烧92号汽油也不算稀奇,拿创驰蓝天2.5L发动机与大众2.0T发动机做比较,可以说在大多数工况下马自达2.5L的缸内压力都没有大众2.0T发动机那么高、温度也同样如此;这里面设计到一个概念就是BMEP、也就是运行时发动机的内部压力平均有效压力发动机输出的扭矩是成正比的;

参考公式:输出扭矩=排量*平均有效压力

马自达低输出扭矩=2.5L*平均有效压力

大众高输出扭矩=2.0T*平均有效压力

通过上面两个公式的对比,可以确定大众2.0T发动机在绝大多数工况下的缸内平均有效压力都大于马自达2.5L;上文已经提到,与爆震产生最直接关系的是混合气燃烧时缸内的温度与压力,可以说涡轮增压发动机在这两点上都比自然吸气要大,所以马自达发动机机械压缩比虽然高、但燃烧室的温度及压力却没有死压缩比的涡轮增压机那么恶劣,所以直喷、配合一些其它技术就能很好的抑制爆震了,直喷时代的到来、压缩比普遍提高了2、3个

缸内直喷对爆震的抑制:直喷发动机燃油喷射在燃烧室内,可以利用燃油的雾化吸热、从而降低燃烧室温度,也可以凭借丰富的燃油喷射策略通过燃油喷射来降低燃烧室温度,所以直喷机时代压缩比几乎都达到了11左右、还能烧92号汽油,歧管喷射、化油器时代压缩比到10就必须95号汽油了!

4-2-1排气对温度的抑制:对于绝大多数四缸发动机而言,发火顺序为1-3-4-2,对于传统的4-1排气歧管设计而言、容易形成一三缸的排气干扰,比如一缸燃烧完毕进入排气行程,而此时三缸才开始燃烧;而当三缸排气时、一缸的废气还没排完,这样一来三缸废气带来的压力就可能导致废气到灌回一缸,这样第一影响一缸新鲜空气的进入、其次影响热量的快速排出、容易形成热积累;所以4—2-1排气起到了加速排热、阻断热积累的作用(如上图所示一缸、四缸一路,二、三缸一路,从而避免了一三缸的排气干扰)!

凹孔活塞的应用:很多朋友对凹孔活塞可能不理解,实际上这凹孔活塞的设计是非常有意思的;抑制爆震用减压、降温方式是常规的,而如果换一种思路呢?既然我们都知道爆震是压燃、点燃对冲而形成,那么如果我们提高点燃火花传播速度呢?只要点燃的火花传播速度高于压燃火花传播速度,那么就能避免压燃、点燃的对冲,所以凹孔活塞就产生了(如上图所示),当压缩行程末尾时、混合气必然被压入这个小孔中,此时等于缩小了燃烧室、火焰传播半径降低火焰传播速度不变、而传播长度变短那么火焰传播时间就会缩短!这样一来就可以确保点燃火花传播的更快!

只要火花塞跳火产生的火花传播时间缩短、就能防止爆震的产生,因为混合气刚出现压燃就被点燃没了,所以凹孔活塞的设计其目的是加速点燃、实际上这就是个赛跑问题,这种理念受到温度、压力的影响小,即便温度已经高到足以产生压燃的趋势,但点燃的速度太快、压燃火点没来的及传播呢就结束了;所以这与雾化是否迅速、燃油喷射是否精准没有任何的关系,仅仅是点燃、压燃的一次赛跑问题;同样的设计理念还可以引申到F1领域的湍流喷射点火系统

F1赛车发动机1.6T,高压、高温、高转速、高负荷,压缩比高达16,这时候谈什么降温、减压抑制爆震都是毫无意义的,除了在燃料上下功夫之外,就只能在点燃火焰传播速度上做文章了,无非就是少量混合气在预燃烧室进行点燃、之后点燃的预混合气变成无数的着火点被吹入主燃烧室,传统的火花塞跳一个火星、点燃效果差,那么预燃烧室内被吹出的无数个火花就能迅速完成点燃,简单理解就是在压燃还没来得及完成时、混合气全部点燃,这就是赛跑思路对爆震另一种角度的抑制!

阿特金森循环下的压缩比只有11

如上图所示创驰蓝天发动机在非高负荷状态下保持阿特金森循环(不必纠结米勒、还是阿特金森的名称,主要知道膨胀比、压缩比不一样就完了),此时的压缩比只有11、和大众的涡轮增压发动机是完全一样的,也就是说在大部分工况下、创驰蓝天的压缩比都是11,只有高负荷状态下、才会切换成奥托循环、此时的压缩比与膨胀比完全一致达到13,而日常行车中其实根本用不到高负荷区间(即便用到了滞后点火角一样能解决),所以创驰蓝天在日常工况中的压缩比其实就是11,一款压缩比为11的自然吸气发动机能烧92号汽油太正常!

大众1.5L发动机、压缩比也是11,关键还是多点电喷(歧管喷射)、都能烧92号汽油,创驰蓝天缸内直喷、常用工况下压缩比为11,能烧92号汽油太正常不过了、况且还有一系列抑制爆震的技术跟着呢;而大众的涡轮增压机即便压缩比只有11,点火时的缸压、温度远比创驰蓝天更高,简单点说就是涡轮增压机的等效压缩比更高,所以机械压缩比往往只是表象、真正的关键在于等效压缩比(实际),大众的增压机运行时等效压缩比远比创驰蓝天自吸要大的多、所以更容易导致高温(实际上各个品牌是增压机运行工况都比自然吸气运行工况恶劣的多),所以用95号汽油不正常么?实际上现如今的大众增压机也可以燃烧92号汽油,看看油箱盖的标注即可!