为啥马自达压缩比13:1可以使用92号汽油,大众压缩比不到11:1却要求用95?

小强说说车


说到这个问题其实主要还是很多人对于“压缩比”相关一些知识不够了解。很多解说作者也没有提到一个最为关键的“点”,下面就来讨论一下吧。



先说明一下压缩比的定义,其实就是活塞来回运动时,把气缸里的空气从平时状态的体积,压缩到最小体积的比例。参考下图



在这里了解到压缩行程就是等于气缸的行程的,而气缸的行程的多少是取决于曲轴的。我们知道曲轴是一个刚性部件,发动机所有的力都靠它输出了,或者说曲轴的设计就决定了压缩比的大小……真的是这样吗?话虽没错,但是并不准确,到这里开始要说文章开头的那个关键“点”了。


马自达和大众的压缩比不同的点在哪里

两者压缩比差别比较大的最重要原因是马自达发动机使用了“阿特金森循环”,而大众前两年的发动机使用的是同时期市面上大多数厂家使用的“奥托循环”。

两种循环有何不同呢?

奥托循环

传统的奥托循环采用的压缩行程和膨胀(做功)行程是等长的,形象点就是吸多少气就做多少的功。奥托循环的特征是:进气行程=做功行程


特金森循环

看到上面这个结构是不是和我们平时见到的汽车结构不一样,没错,这种才是真正的阿特金森循环,这种结构优点是效率高,但是缺点也很明显,就是效率高的转速区间比较小,低转速扭矩小,所以一直都是用在船用发动机或者是电厂的发电机之类长期恒定输出的地方。注意看,这种循环的吸气行程和做功行程是不一样长的,吸气的行程短,但是气缸点火后做功的行程长,这里和一般车用的奥托循环很不同。形象点说就是吸较少的气,但是做更长时间的功,充分的压榨了排气时的能量。但是因为行程长,所以行程尾端的力矩比较小。所以在转速低的时候这个特点被放大,表现出来就是低扭差,但是中等转速的效率高。

综上所述,阿特金森的特征就是:进气行程<做功行程。


上面说了这种结构因为曲轴的结构复杂,体积较大,所以汽车是没有办法直接使用的,严格来说马自达用的其实不是真正的阿特金森循环。一个名叫米勒的美国人用变通方法实现了这个特性,原理和前者是一样的,但是结构改变了,所以汽车用的都是“米勒循环”。马自达就是采用了这种设计。我们先来看一下米勒循环的图。

米勒循环

原来的阿特金森循环实现得关键部件是曲轴,而米勒循环的关键部件是气门室里的凸轮轴。米勒循环改变了进气端的凸轮轴,马自达通过修改曲轴设计增加了活塞的总行程达到13:1,但是我们注意看下图
米勒循环进气以后,在进行压缩的时候凸轮轴控制气门保持开启,把第一步吸进来的空气原路吐了一些回去,在压缩行程行进到大概10:1的时候关闭进气门,这时候才真正开始进行空气压缩,实际压缩比为10:1左右,这样就和一般的车一样了。到了点火做功的时候排气门和平时一样,全部13:1的行程都是闭合的。所以米勒循环具备了阿特金森循环一样的特征:进气行程<做功行程

说到这里你应该已经明白为什么马自达有这么高的压缩比却可以使用低标号汽油而不会引发爆震的原因了,因为马自达使用的米勒循环在进气压缩的时候还是采用和一般车辆使用的普通压缩比(9.5~11:1),而马自达又鸡贼的在宣传的时候,把做功行程的高压缩比作为发动机的“压缩”比,也就达到了让人惊叹的目的。

虽然米勒改进了设计,使得阿特金森循环可以用在车上了,但是缺点也还是没有得到明显的改进,低扭依然不强,所以我们会看到一个现象,就是马自达即便拥有同级最好的变速箱,但车子加速依旧不及同级其他车,动力属于中等水平,究其原因就是因为米勒循环下扭矩不高、输出转速区间小等问题。

其实现在米勒循环已经被其他品牌在使用了,虽然低扭不好,但是中等转速省油的特点,丰田很机智的用电机弥补了低扭不足问题,组成一套混动系统,丰田就是基于利用米勒循环这个特性达成了世界第一热效率发动机得成就。

大众也是在现在的全系发动机都使用了米勒循环和奥托循环双循环的技术


原理是通过可以调节角度的进气凸轮实现两种模式的无缝切换,低负载的中等巡航速度时用米勒循环,在加速或者爬坡的高负载时使用奥托循环,也是因为有双循环的这个原因,配合涡轮提高缸内气压,所以大众在曲轴设计上活塞行程不需要做到太高的压缩比,只需要做到折中的情况就行了,但是因为有涡轮提高了缸内空气压力,大众的缸内空气的实际压缩比要比马自达高,所以大众对于汽油的标号要求就会比马自达的高了。

再延伸一点,日产也是通过另外一种设计实现了可变压缩比的特性。不过和上面三家不一样的是,改变的不是气门和凸轮,而是曲轴的设计。


文章开始的时候我们知道曲轴是要承受很大的力的,虽然不能通过改变曲轴本体的设计达到改变活塞行程(压缩比)的目的,所以日产设置了另外一套机构,使得曲轴可以改变本体的位置实现可变压缩比的目的,这个形态可以说是一个高级版的奥托循环。但是重量、可靠性、复杂度、成本都是问题了。

以上就是本人的见解了,内容全部为手打,如有纰漏欢迎指出,欢迎讨论,如果有让你收获知识希望点个赞,谢谢。


处女座喵星人


在众多汽车厂商之中,马自达的确是一个另类,从转子发动机到创驰蓝天技术,马自达一直用一种专注于技术的偏执理念来研发发动机,实际上马自达的SKYACTIV-G创驰蓝天技术发动机的压缩比可以达到14:1,到了国内以后,为了适应国内的油品,把压缩比调低到13:1,尽管是13:1的高压缩比,马自达的创驰蓝天发动机仍然可以使用92号汽油。


为什么要使用高压缩比

发动机是热机,通过吸、压、爆、排四个冲程,利用燃料燃烧产生热膨胀气体推动活塞做往复运动进而带动曲轴旋转做功,由于技术原理限制,发动机的热功率最多可以被利用到30-40%左右,其余的能量会以热传递的方式被浪费掉。

提升发动机的燃烧效率就等于提升发动机的输出功率,因此如何提升发动机的燃烧效率就成为各个车企的努力方向,由发动机的基本原理可以得知,提升发动机燃烧效率的最直接的途径就是提升发动机的压缩比,压缩比越大,进气量越大、气缸温度越高、压力越大。我们可以把发动机的气缸理解成一个弹簧,压缩的越狠,反弹力越大。因此,主流的家用发动机压缩比一般在10:1左右,而性能型发动机压缩比一般可以达到11-12:1左右。



提高压缩比最大的障碍-发动机爆震

虽然提升发动机压缩比可以提高发动机热效率,但是如果发动机的压缩比过高就很容易产生发动机爆震,所谓的爆震也叫“敲缸”,这是一种不可控非正常燃烧。


发动机正常燃烧时,火花塞放电,混合气被点燃,火焰在点火中心呈放射性均匀传播,火焰爆燃推动活塞下行,由于火焰燃烧需要一定的时间,在这个时间内,如果因为压力过大、温度过高,混合气就有可能在发动机火花塞的远端被压燃,两种火焰冲击波会互相碰撞,这就导致产生一种卡拉卡拉的金属敲击声,这就是发动机爆震,轻微的爆震是允许的,甚至还会增加发动机输出功率,但是严重的爆震怀疑导致发动机功率下降,甚至发动机损坏。

控制发动机爆震的技术

  1. 使用高标号汽油:减少发动机爆震的通常方法是提升燃料的辛烷值,也就是使用高标号汽油,但是这会增加用户的使用成本,从而降低市场竞争力。
  2. 采用缸内直喷技术:从技术角度来说,可以采用缸内直喷的方式,利用燃油喷射雾化吸收缸内热量,降低混合气温度。
  3. 降低发动机压缩比:从设计角度来说,尽量采用临界压缩比设计,也就是通常的11-12.5:1的压缩比,从而降低发动机燃烧室压力和温度。这也就是绝大多数发动机的压缩比在10-12附近的原因。

马自达特有的控制发动机爆震的技术

来自F1赛车发动机技术的4-2-1排气布局:

传统的4缸发动机大都使用4-1排气,4个气缸的排气经过很短的长度就汇集在一起,这种设计会导致发动机排气温度因为没有足够的散热距离而升高,当三缸排气以后,一缸开始吸气,传统发动机由于排气行程短,排气管内的高温气体来不及被排出,会被直接吸入一缸,导致气缸散热不畅,温度升高。马自达采用了加长的4-2-1的排气布局,即排气时,先两两汇集在一起,然后再汇集成一个,这样通过增加排气管长度(600mm以上)的方法使高温尾气不再被吸入气缸,降低了温度,当然,这种设计有一个很大的弊端就是三元催化器温度不容易升高,因此马自达发动机冷启动转数相对较高。此外,由于加长排气管占用空间,导致采用这种排气管布局的车发动机仓比较长,占用驾驶室空间。




采用特殊设计的-凹孔活塞

马自达发动机活塞采用独特的凸起设计,然后在中心挖出一个凹孔,这样,喷射的混合气可以均匀的集中在凹孔内,降低了远端的混合气浓度,这样可以均匀的燃烧扩散,避免了爆震发生。


超高压6孔缸内直喷:

一般的采用缸内直喷技术的发动机,喷油压力最多为16Mpa,而马自达的6孔缸内直喷喷油压力高达20Mpa,高压直喷使喷油位置得以更精确的控制,可以精确喷射燃油到达活塞凹孔部位附近,雾化时间大大缩短,降低混合气温度,抑制了爆震发生。

马自达Skyactiv-G创驰蓝天发动机的优点:

通过采用14:1的压缩比、4-2-1排气布局、超高压缸内直喷喷油、独特的凹孔活塞、双可变气门正时、使马自达的skyactiv-g汽油发动机的油耗和同级别发动机相比降低15%,中低速扭矩则提升了15%。

大众为什么要求使用95号汽油:

实际上大众的涡轮增压发动机并没有全都要求使用95号汽油,很多车型也允许使用92号,只不过其高端车型要求使用95,很多车型明确标注可以使用92号及以上汽油,但是95号汽油为推荐使用油品,之所以这么标注,主要原因还是为了性能,如上面所述,高标号燃油有利于控制爆震,发挥发动机高压缩比的优点,提高燃烧效率、降低油耗。低标号汽油虽然油耗稍高,效率降低,但是考虑汽油差价,使用92号汽油显然更实惠。


众口说车


本人马自达CX5车主,对这两个厂家有一定了解,简单分析一下。

马自达采用自然吸气发动机,大众采用涡轮增压发动机。

这个特性就决定了一个要吃细粮,一个可以吃粗粮,马自达也可以用95的汽油,感觉就是动力响应比较及时,涡轮不能用92的汽油,用了会因为抗暴性差导致较高故障率,损坏进气格栅和排气系统。

还有个区别,马自达的这款发动机,在中国被改良了,实际上加92的油,平时只有12:1,只有在高负荷的情况下可以达到13:1,这是因为油品不达标的问题,这款发动机在中国最理想的油号是98号,亲身试过,98号的动力相当给力,还非常省油,当然了,只要你不差钱,建议98号。

大众车的EA888和EA221发动机,终极调校版本分别在保时捷macan和奥迪A4上,涡轮嘛!标定是95号,实际上在中国最理想的油依然是98号,标号也不是越高越好,一般不能比标定的高3个级别。

分享就这么多


Evrything


发动机压缩比越高理论上需要使用更高标号的汽油以避免爆震,但是马自达的发动机压缩比达到了13却仍可以使用92号汽油,这听起来让人感觉匪夷所思,莫非又有什么黑科技?其实这也不算什么黑科技,说到底还是从技术上避免了爆震的产生。

汽油发动机在排气门打开的时候其实气缸里其实还是有不小的压力的,最明显的特征就是拆掉排气歧管后发动机排气声音特别响亮还伴随有喷火,而此时活塞已经开始上行了,这部分剩余压力就浪费掉了。如果能把这部分能量也利用起来那么肯定会提高燃油利用率。想用到这部分能量也很简单,只需要把气缸行程增加就行了,这样混合气有了充分的膨胀空间,就可以推动活塞运行更远的距离。

但是这样做会导致发动机压缩比增加,因为气缸行程加长了。在吸气冲程肯定吸入更多的空气,压缩冲程末端混合气仍然有很高的爆震倾向,所以需要一种设计,在吸气冲程让活塞运行距离更短,吸入有限的气体,然后在做功冲程让活塞运行距离更远,充分利用废气的压力。这个发动机就是我们常说的阿特金森循环发动机。就像上图那样工作。

但是从物理上实现阿特金森循环需要复杂的结构,结构越复杂不稳定因素越多而且成本也越高,所以马自达使用了一个小技巧在使用传统曲柄连杆机构的情况下等效实现了阿特金森循环。那就是通过电控的进气门正时调节机构控制进气门的关闭时间来实现等效的阿特金森循环。

在进气冲程这台压缩比13的发动机活塞下行,吸入13份空气,然后压缩冲程活塞上行,这时候如果进气门关闭的话气缸里就要压缩13份气体,这时候别说92号汽油了,就是95号汽油也够呛,因为压缩比太大了,很容易就会爆震。所以马自达在压缩冲程开始的时候会推迟关闭进气门,活塞上行时会把一部分空气从进气门重新推出去,比如推出去了3份气体后进气门才关闭,这时候气缸里只有10份气体。这不就相当于一台压缩比为10的发动机么,92号油完全可以伺候。然后活塞继续上行,喷油嘴喷油、火花塞点火,混合气的压力推动活塞运行到下止点,本来13份混合气燃烧膨胀的空间拿来给10份混合气燃烧膨胀了,相当于变相提高了10份混合气燃烧的膨胀空间。

所以说马自达13压缩比的发动机使用92号汽油从本质上来说压缩冲程末端实际压缩的混合气体积才是重点。


爱车大家说


马自达的压燃,在吸气行程喷了少量的汽油,压缩比低转速状态,并没有达到13:1,而且缸压很高,才能把温度提升上来,冷机必须要火花塞,热机后,很容意爆震但爆震的能量小,所以用92号汽油可以。

大众的,压缩比不高,但是增压的发动机,虽然是分层燃烧技术,但前期喷的油也不少,热机后容易爆震,92号油就达不到避免爆震的效果

所以需要95号油,

其实用98号油更好,

最好有空气加湿的技术,这样可以更好的避免爆震产生。

只是个人推理,不知道对不对。


由然265


咱们要弄明白一点,就是为什么我们要用高标号汽油。

这要从发动机排量说起。发动机排量越大,它的动力越强,但是油耗越高、体积越大。那我们如何既不改变发动机排量,又能提升动力呢?

我们现在的四冲程发动机,工作循环是这样的:进气、压缩、(点火)膨胀、排气。气缸容积不变,点火的时候这个压力越大,发动机膨胀的越有劲儿,发动机的动力就会得到提升。

要提高这个压力,一种办法是直接增压(机械增压、涡轮增压),另一个办法就是提高压缩比。但是这个压力如果太大,混合气会在打火之前燃烧,这就是爆震。

爆震会让发动机的循环不可控,这一定要避免。我们想了很多办法,其中一种办法就是使用高标号的汽油:标号越高的汽油,辛烷值越高,抗爆震能力也就越强。

看到这里,我们大体就有个数了,汽油标号跟发动机点火时候的压力有关,而不是跟压缩比有关(当然还有其他的调校)。同样的调校下,9:1的压缩比如果有增压,可能它气缸压力比11:1压缩比的更大。

就是说涡轮增压发动机,虽然压缩比不高,但是点火时候缸内压力更大,更容易发生爆震,所以它可能需要更高标号的汽油。这是一方面。

另一方面,就要说马自达这个创驰蓝天发动机了,它是采用米勒阿特金森循环,这个循环有个显著的特点,就是做功行程大于进气行程,也就是说膨胀比大于压缩比。它是通过膨胀的时候,多推一块多做功,从而达到了动力提升的效果。

虽然马自达宣传自己的压缩比是13:1,但它的实际压缩比可能是11:1。也就是说它这个13:1压缩比的发动机,工作时气缸压力和别人11:1的一样大,那么它也就不需要高标号的汽油了。


老胡评车


1:压缩比就是活塞下止点气缸容积与活塞上止点气缸容积比值。吸气13份,压缩到1份,爆炸膨胀到13份,排气后留1份。

2:活塞上下止点位置是不变的。所以一个发动机压缩比也是不变的。这是经典4冲发动机的特性。但自从可变气门正时技术来了,实际上通过气门开闭不同步,让压缩的空气和吸入的空气体积不一样。

3:吸入混合气后,压缩冲程时进气门还没有关,活塞上行再把混合气排一部分到进气歧管中,这时候再关进气门。这时候实际混合气可能只有10份被压缩,排了3份到进气歧管中。压缩比就只有10:1。这样可以防止爆震产生。

4:做功冲程中,爆炸膨胀的比值则可以达到13:1。

5:但低负荷下,爆震趋势会变小。压缩冲程可以试着早一点关,比如只排2份混合气到进气歧管中,这样,压缩比就是11:1。负荷再小,还可以把压缩比变到12:1,13:1。现在基本上普及了连续气门正时可变技术。大家都这样做。马自达的特别之处,因为他用了电控气门,所以气门正时调节范围非常大。所以他可以把气缸压缩比做这么高。

6:涡轮增压发动机进气压力大,在高负荷下更容易爆震,所以压缩比一般都比较低。用95号油也是为了高负荷下不发生爆震。用92号油也不是不行,发动机检测到轻微爆震时,会调整点火提前角避免爆震。但这样会降低输出。一般买菜车正常开影响不大,但改装发动机就要用更高标号汽油,不然改了也白改。大众愿意把程序刷到要用98号102号汽油都可以,参数会更漂亮,问题是卖不出去。

6:两种发动机都是为了在保留充足的动力储备前提下,尽量为平时最常出现的低负荷工况优化。涡轮增压发动机在低负荷下主要节能手段,就是把压力泄掉,少进空气少喷油,变成小排量自然吸气发动机。虽然压缩比没那么大,但赢在排量小,照样省油。


蚂蚁桑泡


因为EA888是真正的压缩比,马自达的忽悠的膨胀比。马自达就靠忽悠活着了


宾尼163


其实大众涡轮机也是可以用92的。油箱盖上不是写了么,推荐95下面小一号的也写了92, 97,98都能加。但是涡轮增压嘛,最好还是95。反正按照推荐油号来,加高了浪费,好比一个不喝酒的人你跟他说这是82年拉菲,他喝了还是觉得酒都一样难喝。


往事如烟mj


其实这是一个由“高压缩比”这个名字导致的误读,提高发动机的压缩比,真正的目的并不是为了“高压缩比”,而是为了“高做工比”,就是说同样一次燃烧,马自达的做功行程更长,输出扭力更大,扭力大就可以用较低的发动机转速配合变速箱齿轮比来维持同样车速,发动机转速低,每分钟的喷油次数就少了,如此来实现节油。就是说“高压缩比”不是真正目的,“高做功比”才是。传统发动机的“压缩比”=“做工比”,因为压缩冲程和做工冲程时气缸和曲轴都没变。但是马自达想了一个妙招,通过控制气门时机,在压缩冲程刚开始时,让一部分混合油气从气门排走,等活塞上行一点之后,才开始真正的压缩,所以说,马自达的14:1只是“做工比”,而不是实际压缩比,因为92汽油压缩14:1肯定会爆燃。


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