汽車壓縮比

假設有一個氣缸，缸徑84mm，行程90mm，活塞面積約為55.5，排量為499.5ml。如果已知頂部燃燒室容積約為55.5ml，則可得出其壓縮比為10:1，同理換算，如果壓縮比值為12，則頂部燃燒室容積為45.4ml。

這是因為：壓力升高可以讓氣體的密度變大，分子間的距離也就變小，這樣燃油分子和氧分子距離也就更近，燃燒速度就更快；溫度可以讓氣體分子運動速度加快，燃油分子和氧氣分子更容易互相作用，這就讓混合氣體更容易點燃。而且較小的燃燒空間可以較快地完成燃燒，燃燒過程加快也提高了性能。

我們拿上述汽油機汽缸來建立數學模型：

當壓縮比為2:1時，假設此時進氣壓力為正常的1個大氣壓，即0.1Mpa，經過90mm吸氣行程，499.5ml混合氣進入汽缸，經過壓縮行程后，壓力為0.2Mpa，缸內燃油完全燃燒后，絕熱狀況下，溫度和壓力升高倍率設定為初始值5倍，即1Mpa，減去對抗的一個大氣壓為0.9Mpa，換算之後壓強為90。乘以55.5，此時對活塞的向下壓力為4995N，除以9.8即510Kg等效重量。

再來看壓縮比為10:1的情況：進氣壓力為0.1Mpa，壓縮后缸內壓力變成1Mpa，繼續絕熱燃燒，壓力升高5倍，即5Mpa，減去對抗的1個大氣壓，為4.9Mpa，換算後為490。乘以55.5后，約為27200N，即2775Kg！粗略推斷，光是扭矩相比之前升高5倍多，功率也一樣會有大幅提高。

經過上述推算，足以說明壓縮比的提高，對應著發動機的性能和效率的提高。

注意：以上演演算法僅是粗略估算，其中未考慮進氣壓力由於節氣門產生的泵氣損失，燃燒室掃氣情況，非絕熱壓力轉換，混合氣始開氏溫度，以及空氣、燃油蒸汽和燃燒尾氣的比熱容等因素，而且不同工況下，燃油燃燒程度也不同，所以缸內壓力不能完全按照比例增長去分析，但這種趨勢是存在的，因而可以用來證明壓縮比給動力帶來的增加。

根據上述的分析可知，既然較高的壓縮比可以帶來巨大的動力收益，那麼我們把壓縮比值提高到20、30，甚至更高，怎麼樣？

當然不可以。因為高壓縮比可能導致爆震。現代汽油發動機的壓縮比越來越高，但這是在科技不斷發展，且汽油標號也越來越高的前提下提升的。早期發動機技術不先進，氣缸不能承受太大壓強，而且即便發動機允許，市面上也沒有高標號的汽油油或者不普及，例如八九十年代的212和2020，壓縮比只有七點幾，可以燒75號油甚至更低，而引進的切諾基低於85號汽油就不正常工作。而且對於柴油機而言，更大的壓縮比也必然產生更高的壓強，對機件的堅固性也是一個考驗。

所以在通常情況下，相同排量的發動機，壓縮比越高，其動力性和經濟性越好。但凡事有度，為追求高性能而單純提高壓縮比，又要讓其正常工作，其難度是呈幾何倍增的。而且國內目前油品水平一般，限制了一些優秀髮動機在國內的推廣。

壓縮比表徵的是發動機混合氣體被壓縮的程度，常用壓縮前的氣缸總容積與壓縮后的氣缸容積(即燃燒室容積)之比來表示。壓縮比與發動機性能有很大關係，通常的低壓壓縮比指的是壓縮比在10以下，高壓縮比在10以上，相對來說壓縮比越高，發動機的動力就越大。

現在，絕對大部分汽車採用所謂的“往複式發動機”，簡單地講，就是在發動機氣缸中，有一隻活塞周而復始地做著直線往複運動，且一直循環不已，所以在這周而復始又持續不斷的工作行程之中有其一定的運動行程範圍。

目前，在我國的機動車加油站，供應有90號、93號、97號三種標號的無鉛汽油。在給機動車加油時，選擇哪種標號的汽油最適合呢？為了說清這個問題，首先要了解汽油標號的含義：汽油標號，指的是此標號汽油辛烷值的大小，如：93號汽油，它的含義辛烷值也是93，而辛烷值又表示此標號汽油的抗爆性，汽油的標號越高，燃燒時發動機的抗爆性越好。

為什麼機動車使用的汽油要有抗爆性呢？因為要使發動機產生動力，必須要對進入發動機的空氣進行壓縮，只有被壓縮的空氣噴油點火后，空氣才能膨脹，推動活塞作功。顯然氣體被壓縮的程度越大，其壓縮比（氣體被壓縮后的壓力和大氣壓力之比）越大，氣體膨脹后，推動活塞作功的能力也越大，發動機產生動力就越強勁。既然提高發動機的壓縮比，可以提升發動機的動力，從發動機設計的角度講，設計師會採用各種技術手段，來增加發動機的壓縮比，例如：把應用在航空噴氣發動機上的渦輪增壓技術應用在汽車的發動機上，就是提高發動機的壓縮比達到增加發動機動力最有效的技術措施之一。因為不同型號的汽車發動機的壓縮比不同，所選用汽油的標號也要不同，若選用不正確，就會影響汽車的正常使用。

壓縮比在8.5－9.5之間的中檔轎車一般應使用93號汽油；壓縮比大於9.5的轎車應使用97號汽油。目前國產轎車的壓縮比一般都在9以上，最好使用93號或97號汽油。

高壓縮比的發動機如果選用低標號汽油，會使汽缸溫度劇升，汽油燃燒不完全，機器強烈震動，從而使輸出功率下降，機件受損。低壓縮比的發動機硬要用高標號油，就會出現“滯燃”現象，即壓到了頭它還不到自燃點，一樣會出現燃燒不完全現象，對發動機也沒什麼好處。

車輛越高檔對燃油質量的要求也越高，例如30萬元以上的中高檔車，就只能加95號或97號汽油，而這裡說的95號和97號代表的只是汽油中的辛烷值能量的大與小，並不能說明97號汽油就比93號汽油清潔。而高檔汽車對汽油的清潔度卻要求極高，如果汽油的標號不夠，對車輛的影響很快就能表現出來，如加完油后馬上出現加速無力的現象；如果汽油雜質過多，對汽車的影響就要一段時間后才能反應出來，因為積碳或膠質增多到一定程度才會影響汽車行駛。

國家對車用汽油有嚴格的標準。它不僅要求汽油有一定的辛烷值（俗稱汽油標號），同時對汽油各種化學成分的含量都有嚴格的規定。如果烯烴的含量過高，汽車不能完全燃燒，從而產生一種膠狀物質，聚積在進氣歧管及氣門導管部位。在發動機處於正常工作溫度時，無異常現象；而當發動機熄火冷卻一段時間后，這些膠質會把氣門粘在氣門導管內。這時啟動發動機，就會發生頂氣門現象。

並不是標號越高越好，要根據發動機壓縮比合理選擇汽油標號。

在汽車發動機的參數中，大多數崇尚動力性的車友都只是注意到了功率和扭矩這兩個指標，但另一個重要指標卻往往被人所忽視，這就是壓縮比。壓縮比就是汽缸內活塞的最大行程容積與最小行程容積的比值，也等於整個活塞的運動行程上止點和下止點在不同行程位置的容積比值。就發動機某個汽缸而言，當活塞的行程到達最低點，此時的位置點便稱為下止點，整個汽缸包括燃燒室所形成的容積便是最大行程容積；當活塞反向運動，到達最高點位置時，這個位置點便稱為上止點，所形成的容積為整個活塞運動行程容積最小的狀況，需計算的壓縮比就是這最大行程容積與最小容積的比值。例如壓縮比為10的發動機就是將可燃混合汽壓縮為原來體積的1/10。

一般來說在發動機的其他設計不變的情況下，壓縮比越高的車功率越大，效率越高，燃油經濟性方面也會好一些。但是壓縮比過高會造成穩定性下降，發動機壽命縮短。而且壓縮比也不可能無限制地提高，因為可燃混合汽在壓縮過程中溫度會急劇提高，如果在沒有到活塞的上止點處溫度就已經超過可燃混合汽的燃點，則可燃混合汽就會爆燃，這就是俗稱的敲缸，可以聽到明顯的金屬撞擊聲，嚴重的爆燃甚至會使發動機倒轉，給發動機造成致命的傷害。

汽油發動機在運轉時，吸進來的是汽油與空氣混合而成的混合氣，在壓縮過程中活塞上行，除了擠壓混合氣使之體積縮小之外，同時也發生渦流和紊流現象。當密閉容器中的氣體受到壓縮時，壓力隨著溫度的升高而升高。若發動機的壓縮比較高，壓縮時所產生的氣缸壓力與溫度相應提高，混合氣中的汽油汽化得更完全，加上高壓縮比的作用，當火花塞跳出火花時就能使混合氣在瞬間內完成燃燒，釋放出能量，成為發動機的動力輸出。反之，燃燒的時間延長，能量會耗費並增加發動機的溫度，而並非參與發動機動力的輸出，所以，高壓縮比的發動機就意味著具有較大的動力輸出。