可變壓縮比技術(shù)講述

1、可變壓縮比技術(shù)一.介紹概況1.現(xiàn)狀2.壓縮比概念介紹3.針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型及目的1.現(xiàn)狀嚴(yán)峻的能源形勢(shì)和日益嚴(yán)格的排放法規(guī)使傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是傳統(tǒng)的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)面臨著嚴(yán)峻的生存挑戰(zhàn)。一直以來(lái)，既有良好的動(dòng)力性能又有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能是發(fā)動(dòng)機(jī)所追求的目標(biāo)，而這些性能在一般的發(fā)動(dòng)機(jī)上又沒(méi)法同時(shí)獲得。為了解決這個(gè)矛盾，一些新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，可變壓縮比技術(shù)是其中很有潛力的一種，能夠很好地改善發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，但由于種種原因發(fā)展相對(duì)滯后。2.壓縮比概念介紹壓縮比是氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，其表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度，是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)最

2、重要的因素之一。一般來(lái)說(shuō)，壓縮比越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就越好。對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，一經(jīng)設(shè)計(jì)好其壓縮比是固定不變的，因?yàn)槿紵胰莘e及氣缸工作容積都是固定的參數(shù)?，F(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比汽油機(jī)一般為812，柴油機(jī)一般為1222。3.針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型及目的可壓縮比技術(shù)主要是針對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一種技術(shù)。固定的壓縮比不能充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，事實(shí)上在小負(fù)荷，低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率低，相應(yīng)的綜合性能比較差，這時(shí)可用較大的壓縮比；而在大負(fù)荷，高轉(zhuǎn)速時(shí)，若壓縮比過(guò)高，則很容易發(fā)生爆燃并產(chǎn)生很大的熱負(fù)荷，這時(shí)可以用較小的壓縮比。隨著負(fù)荷的變化連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，可以最大限度的發(fā)掘發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力，使其在整個(gè)工況內(nèi)有效提高熱效率

3、，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能?？勺儔嚎s比的目的在于提高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了防止爆燃，其壓縮比低于自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。在增壓壓力低時(shí)熱效率降低，使燃油經(jīng)濟(jì)性下降。特別在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中由于增壓度上升緩慢，在低壓縮比條件下轉(zhuǎn)矩上升也很緩慢，形成所謂的增壓滯后現(xiàn)象。也就是說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)，增壓作用之后，要等到發(fā)動(dòng)機(jī)加速至一定轉(zhuǎn)速后增壓系統(tǒng)才起到作用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可變壓縮比是重要的方法就是說(shuō)在增壓壓力低的低負(fù)荷工況使壓縮比提高到與自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比相同或超過(guò)；另一方面，在高增壓的高負(fù)荷工況下適當(dāng)降低壓縮比。換言之，隨著負(fù)荷的變化連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，以便能夠從低負(fù)荷到高負(fù)荷的整

4、個(gè)工況范圍內(nèi)有效提高熱效率。二.實(shí)現(xiàn)方案1.通過(guò)改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)2.通過(guò)改變氣缸體結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)3.通過(guò)改變活塞及曲柄連桿實(shí)現(xiàn)1.通過(guò)改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) 薩博svc變壓縮比技術(shù)就是通過(guò)活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)位置的變化來(lái)改變?nèi)紵胰莘e，從而改變壓縮比的。SVC（Saab Variable Compression）發(fā)動(dòng)機(jī)為了實(shí)現(xiàn)其可變壓縮比功能，在其氣缸體和氣缸蓋的設(shè)計(jì)上完全打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。左：高壓縮比情況下右：低壓縮比情況下SVC發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋和氣缸體是動(dòng)態(tài)連接在一起的，氣缸蓋與氣缸體通過(guò)一組搖臂連接（圖中的桔黃色部分），搖臂能在ECU的控制下改變一定的角度，從而改變了燃燒室的體積，也就是

5、說(shuō)，壓縮比也同樣被改變了。SVC比早期的可變壓縮比設(shè)計(jì)更靈敏，發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有其他多余的運(yùn)動(dòng)部件，只有氣缸蓋前后擺動(dòng)，所以它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單耐用。由于比普通發(fā)動(dòng)機(jī)多出了一套搖臂裝置，所以它比普通發(fā)動(dòng)機(jī)多需要一套冷卻系統(tǒng)，它通過(guò)氣缸蓋和氣缸套周?chē)睦鋮s水散熱。由于氣缸蓋和氣缸體會(huì)發(fā)生移位，在氣缸蓋和氣缸體之間設(shè)計(jì)了一組橡膠套，起到密封作用。在氣缸下止點(diǎn)在向下的地方為一個(gè)圓心，通過(guò)旋轉(zhuǎn)這個(gè)圓心上部的氣缸體和氣缸蓋來(lái)改變?nèi)紵业娜莘e。由于在氣缸體和氣缸蓋這個(gè)“整體”在偏離垂線開(kāi)始旋轉(zhuǎn)的時(shí)候（SVC為直列布置），氣缸的上止點(diǎn)與曲軸的距離就縮短了，而且是隨著角度的增加，與曲軸的距離就越短。在到達(dá)曲柄連桿要和氣缸體相

6、碰的臨界時(shí)停止旋轉(zhuǎn)。此時(shí)氣缸的上止點(diǎn)與曲軸的距離最近，燃燒室的容積達(dá)到最小，壓縮比最大；與之相反，在這個(gè)“整體”沒(méi)有旋轉(zhuǎn)的情況下，壓縮比最大。這個(gè)氣缸體與氣缸蓋的“整體”是通過(guò)一組搖臂來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，而這組搖臂是通過(guò)ECU來(lái)控制的。這樣薩博的SVC變壓縮比技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)時(shí)的工況由ECU來(lái)控制壓縮比的變化。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出及燃油消耗的最佳化。由于薩博SVC采用了這種方法，因此它可以采用較大的增壓值，甚至是強(qiáng)增壓。這正是因?yàn)橐话銣u增發(fā)動(dòng)機(jī)不愿意用大增壓有個(gè)很大的原因就是大增壓遲滯更明顯的矛盾性。但是由于薩博SVC采用了變壓縮比技術(shù)，低速時(shí)可以提供高壓縮比，保持發(fā)動(dòng)機(jī)以正常的壓縮比進(jìn)行工作，減少甚至

7、消除遲滯現(xiàn)象；在渦輪增壓器工作達(dá)到最大化時(shí)還可以降低壓縮比，防止增壓過(guò)大引起爆震，同時(shí)適應(yīng)強(qiáng)增壓；在這兩種情況期間，壓縮比的變化由于得到了ECU的控制，所以是一個(gè)連續(xù)的線性變化，使發(fā)動(dòng)機(jī)在每一種情況下都能得到最佳的工作效率。2.通過(guò)改變缸體結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)法國(guó)MEC-5發(fā)動(dòng)機(jī)采用附加裝置實(shí)現(xiàn)，是一種機(jī)械的組合方案，整合了功率傳輸和壓縮比控制功能，該方案可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固定壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)組，能夠讓大量生產(chǎn)的可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到所要求的質(zhì)量。其結(jié)構(gòu)是活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)不是通過(guò)連桿直接驅(qū)動(dòng)的，而是通過(guò)一個(gè)中間齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。中間齒輪受右邊的控制齒條位置的變化來(lái)調(diào)整壓縮比，控制齒條與控制閥相聯(lián)，而控制閥是由ECU控

8、制的。方案采用了長(zhǎng)壽命的齒輪和滾珠軸承系統(tǒng)導(dǎo)向的活塞，且活塞相對(duì)以前沒(méi)有活塞裙部，該結(jié)構(gòu)使活塞不會(huì)產(chǎn)生垂直拍擊和徑向負(fù)荷，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的堅(jiān)固耐用和可靠性，能有效地降低摩擦損失，提高機(jī)械效率。MEC-5演示3.通過(guò)改變活塞及曲柄連桿來(lái)實(shí)現(xiàn)多連桿VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：活塞與曲軸通過(guò)上連桿與下連桿連在一起。下連桿也通過(guò)控制連桿連接到了控制軸偏心軸頸中心。曲軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致了下連桿圍繞著主軸頸的中心旋轉(zhuǎn)，同時(shí)圍繞著曲柄銷(xiāo)的中心轉(zhuǎn)動(dòng)。其壓縮比改變的原理：移動(dòng)偏心軸的中心向上使下連桿順時(shí)針傾斜，因此使活塞的上止點(diǎn)和下至點(diǎn)的位置同時(shí)下降以降低壓縮比。相反，偏心軸的中心向下移動(dòng)可以提高壓縮比。三連桿對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)可

9、壓縮比三.可變壓縮比的優(yōu)缺點(diǎn)及展望1.優(yōu)點(diǎn)2.存在的問(wèn)題.展望1.優(yōu)點(diǎn)1.提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，很大程度上改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性2適合于多元燃料驅(qū)動(dòng)3.有利于降低排放4.提高運(yùn)行穩(wěn)定性5.實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的小排量，結(jié)構(gòu)更緊湊，比質(zhì)量更高。2.存在的問(wèn)題1.VCR發(fā)動(dòng)機(jī)一般都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大幅度改變，有時(shí)加工困難。如何簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)以在有限的空間里實(shí)現(xiàn)理想的效果是解決的一個(gè)問(wèn)題。2新增的控制及輔助機(jī)構(gòu)等可活動(dòng)零部件加大了磨損，使發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量增加了，需要一部分很大的能量。3.適時(shí)準(zhǔn)確地改變發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，需要相應(yīng)的高精度控制設(shè)備，匹配難度大。4密封性問(wèn)題。研發(fā)及制造成本高。3.展望1.隨著發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)理論，微機(jī)技術(shù)，電子技術(shù)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等技術(shù)的飛速發(fā)展，可變壓縮比技術(shù)會(huì)越來(lái)越多的應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上，它可是發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能在各工況變化范圍內(nèi)得到優(yōu)化。2.VCR技術(shù)使未來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)趨向于小型化，節(jié)能環(huán)保且能提供強(qiáng)大的