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愛車修養系列報導 渦輪引擎壓縮比新詮釋

資料來源:Goo 車訊網     2016/12/02
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壓縮比攸關馬力輸出也決定引擎特性,壓縮比B=(汽缸容積+燃燒室容積)/燃燒室容積,一個原廠引擎壓縮比大都介於9~10:1,由於近期科技的發達、電腦控制系統的搭配,使得壓縮比有逐漸提高的趨向。簡單來講,輕改裝的NA引擎沒有可程式電腦的搭配只要使用辛宛值95~98的汽油,即使壓縮比做到10應該都沒問題。如果使用更高壓縮的活塞使壓縮比達到11~11.5的話,由於高壓縮帶來的供油、點火爆震的問題,所以可程式電腦就變成不可或缺的配備。而零四專用NA引擎如果搭配辛烷值更高的賽車汽油且不在街道上使用,其壓縮比可以達到13~15:1,這樣的設定其實已相等於增壓引擎打1 kg上下。壓縮愈高代表預壓愈足夠,當活塞到達上死點時爆炸所產生的壓力也愈大,而熱效率的提昇直接就增加馬力的輸出,所以每提昇一個單位的壓縮比,引擎大約能增加3~5%的馬力。當壓縮比提昇到14:1 以上時,馬力的線性輸出曲線隨即開始下降,因為過高的壓縮已造成運轉貫性的阻礙,再加上高壓縮的爆震因素,需要克服的問題頗多,所以過高的壓縮也是造成馬力再次下降的導因,這是提高壓縮比時不得不知的原理。


從這張示意圖中就能很清楚的分辨出高/低壓縮比的差異,左邊為高壓縮比引擎、右邊為一般壓縮比引擎,左邊活塞置上死點時,燃燒室頂部的空間幾乎只剩一點,代表壓縮密度高,右邊則反之,壓縮比愈高燃燒爆炸後的力量愈強。

以應用來講,使用高壓縮凸頂活塞,最常遇見的損壞大多出現在最凸的邊緣或氣門溝的周邊銳角較大、較薄的地方,原因在於爆炸的熱傳導被活塞上凸出或凹陷的地方所影響,造成熱量無法平均的擴散,溫度容易集中在較薄材質的部分,成為日後活塞毀損最大的主因。因此理想中的「活塞頂」設計應該愈平整愈好,凸頂的設計也應該拉緩凸起角度的弧線,減少銳角的產生,才能達到平均傳遞爆炸火焰的需求。增壓引擎使用的活塞則朝「低」壓縮方向前進。低壓縮的設計,並非如字面所言一直保持在低的範圍運作,反而是為了配合增壓後汽缸進入的大量空氣所壓縮下的結果,壓縮比依然維持在12:1以上。為了機件的存活及耐久,降壓縮是一種預負荷的做法。所以增壓打的愈高、所使用的Turbo愈大,壓縮比勢必要降的更低,結果Turbo Lag更加嚴重。


一般原廠引擎想要獲得高壓縮比的條件,最好的方法是更換凸頂活塞來達成。

因此市售增壓車款(如Saab、Volvo)則使用較高壓縮、中增壓的做法,來得到市區行駛的較好效率、空污排放低及減少Turbo Lag,成為好開自排Turbo車,不過這樣的定律在缸內直噴技術慢慢導入引擎內後,渦輪車只能使用低壓縮比的規定已被打破,許多原廠渦輪引擎的壓縮比已達9.5以上,可獲得極佳的低轉速油耗經濟性,並減少渦輪遲滯發生的機會,這也是過去從未想過的事情。


新世代渦輪引擎在缸內直噴系統加持下,使得壓縮比得以提昇到9.5以上的水準,而不是過去的8.0,如此將可獲得更加的燃油效率,且低速反應將好上許多。

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