可變壓縮比技術(shù)

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.針對發(fā)動機(jī)類型及目的1.現(xiàn)狀

嚴(yán)峻的能源形勢和日益嚴(yán)格的排放法規(guī)使傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，尤其是傳統(tǒng)的車用發(fā)動機(jī)面臨著嚴(yán)峻的生存挑戰(zhàn)。一直以來，既有良好的動力性能又有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能是發(fā)動機(jī)所追求的目標(biāo)，而這些性能在一般的發(fā)動機(jī)上又沒法同時獲得。為了解決這個矛盾，一些新技術(shù)應(yīng)運而生，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運動到上止點時氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度，是衡量發(fā)動機(jī)的重要參數(shù)，是影響發(fā)動機(jī)最重要的因素之一。一般來說，壓縮比越高，發(fā)動機(jī)的性能就越好。對于傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，一經(jīng)設(shè)計好其壓縮比是固定不變的，因為燃燒室容積及氣缸工作容積都是固定的參數(shù)?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)的壓縮比汽油機(jī)一般為8~12，柴油機(jī)一般為12~22。3.針對發(fā)動機(jī)類型及目的可壓縮比技術(shù)主要是針對增壓發(fā)動機(jī)的一種技術(shù)。固定的壓縮比不能充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)的性能，事實上在小負(fù)荷，低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)的熱效率低，相應(yīng)的綜合性能比較差，這時可用較大的壓縮比；而在大負(fù)荷，高轉(zhuǎn)速時，若壓縮比過高，則很容易發(fā)生爆燃并產(chǎn)生很大的熱負(fù)荷，這時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)動機(jī)的潛力，使其在整個工況內(nèi)有效提高熱效率，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)的綜合性能?？勺儔嚎s比的目的在于提高增壓發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。在增壓發(fā)動機(jī)中，為了防止爆燃，其壓縮比低于自然吸氣式發(fā)動機(jī)。在增壓壓力低時熱效率降低，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。也就是說發(fā)動機(jī)在低速時，增壓作用之后，要等到發(fā)動機(jī)加速至一定轉(zhuǎn)速后增壓系統(tǒng)才起到作用。為了解決這個問題，可變壓縮比是重要的方法就是說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)動機(jī)壓縮比相同或超過；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)荷的整個工況范圍內(nèi)有效提高熱效率。二.實現(xiàn)方案1.通過改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)2.通過改變氣缸體結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)3.通過改變活塞及曲柄連桿實現(xiàn)1.通過改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)

薩博svc變壓縮比技術(shù)就是通過活塞運動到上止點位置的變化來改變?nèi)紵胰莘e，從而改變壓縮比的。SVC（Saab

Variable

Compression）發(fā)動機(jī)為了實現(xiàn)其可變壓縮比功能，在其氣缸體和氣缸蓋的設(shè)計上完全打破了傳統(tǒng)的設(shè)計理念。左：高壓縮比情況下

右：低壓縮比情況下SVC發(fā)動機(jī)的氣缸蓋和氣缸體是動態(tài)連接在一起的，氣缸蓋與氣缸體通過一組搖臂連接（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，也就是說，壓縮比也同樣被改變了。

SVC比早期的可變壓縮比設(shè)計更靈敏，發(fā)動機(jī)沒有其他多余的運動部件，只有氣缸蓋前后擺動，所以它的結(jié)構(gòu)簡單耐用。由于比普通發(fā)動機(jī)多出了一套搖臂裝置，所以它比普通發(fā)動機(jī)多需要一套冷卻系統(tǒng)，它通過氣缸蓋和氣缸套周圍的冷卻水散熱。由于氣缸蓋和氣缸體會發(fā)生移位，在氣缸蓋和氣缸體之間設(shè)計了一組橡膠套，起到密封作用。SVC發(fā)動機(jī)的上半部分還可以進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。如上圖所示，SVC發(fā)動機(jī)大致由兩大部分構(gòu)成，其中，缸蓋、活塞、氣門總成我們可稱之為第一部分；而連桿、曲軸箱我們視之為第二部分。薩博在缸體與缸蓋之間安裝有楔形滑塊，且缸體通過Hydraulic

Actuat（液壓推動裝置）連接在氣缸頂端，當(dāng)HydraulicActuat工作時，氣缸頂端就會在液力的推動下產(chǎn)生輕微偏轉(zhuǎn)（最大偏轉(zhuǎn)角度為4度）。雖然這個偏轉(zhuǎn)角度看起來很小，但當(dāng)活塞到達(dá)上止點時，其對壓縮比造成的影響卻十分巨大。據(jù)介紹，該機(jī)的壓縮比可在8:1至14:1之間連續(xù)變化。缺陷首先由于這種集成缸蓋可以發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此工程師必須為其設(shè)計一套獨立的冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)的冷卻油道與缸體相連接，并用橡膠件進(jìn)行密封，可如若橡膠件長久往復(fù)工作，就極易因為受力疲勞而發(fā)生開裂，進(jìn)而導(dǎo)致整個冷卻油道出現(xiàn)泄漏。再者，因該機(jī)型加入了液壓推動裝置及以連續(xù)可變壓縮比作為開發(fā)目標(biāo)，所以其無論軟件還是硬件方面都要比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)復(fù)雜上很多。尤其是軟件方面，當(dāng)時的薩博尚未掌握一套成熟可靠的控制邏輯，以確保在連續(xù)可變壓縮比時發(fā)動機(jī)能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。故直至其破產(chǎn)，這款發(fā)動機(jī)也未被投入實際使用。2.通過改變缸體結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)

法國PSA集團(tuán)：可變壓縮比技術(shù)稱為VCRi.此款發(fā)動機(jī)的排量為1.5L，其最大功率為220HP(162KW/rpm),最大扭矩為420Nm。這款標(biāo)致1.5L

MCE5

VCRi發(fā)動機(jī)所提

供的最大功率輸出相當(dāng)于標(biāo)致3.0升V6發(fā)動機(jī)（155KW/rpm）所提供的動力,而其扭矩則達(dá)到了一些V8發(fā)動機(jī)(陸巡LC200

4.7L

V8最大扭矩410Nm；奔馳G500，5LV8最大扭矩460Nm；陸虎發(fā)現(xiàn)3

4.4L

V8發(fā)動機(jī)最大扭矩

425Nm；奧迪Q7

4.2L

V8最大扭矩440Nm)MEC-5演示在2009年3月的日內(nèi)瓦國際汽

車展上，裝備此款1.5L

MCE5

VCRi發(fā)動機(jī)的標(biāo)致407也將亮相，其所使用的可變壓縮比技術(shù)可將壓縮比可以控制在7:1至

20:1之間，油耗僅為百公里6.7升，二氧化碳的排放量為每公里158克。不僅如此，法國標(biāo)

致集團(tuán)還宣布，在今年晚些時候，將推出1.5L

MCE5

VCRi發(fā)動機(jī)的GDI(汽油直噴)版本（2010版），隨之其最大功率提升至270hp(199KW/rpm),最大扭矩460Nm，而油耗也將下降到每百公里6.0升。在2009年3月的日內(nèi)瓦國際汽

車展上，裝備此款1.5L

MCE5

VCRi發(fā)動機(jī)的標(biāo)致407也將亮相，其所使用的可變壓縮比技術(shù)可將壓縮比可以控制在7:1至

20:1之間，油耗僅為百公里6.7升，二氧化碳的排放量為每公里158克。不僅如此，法國標(biāo)

致集團(tuán)還宣布，在今年晚些時候，將推出1.5L

MCE5

VCRi發(fā)動機(jī)的GDI(汽油直噴)版本（2010版），隨之其最大功率提升至270hp(199KW/rpm),最大扭矩460Nm，而油耗也將下降到每百公里6.0升。3.通過改變活塞及曲柄連桿來實現(xiàn)

多連桿VCR發(fā)動機(jī)的運動規(guī)律為：活塞與曲軸通過上連桿與下連桿連在一起。下連桿也通過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)，同時圍繞著曲柄銷的中心轉(zhuǎn)動。

其壓縮比改變的原理：移動偏心軸的中心向上使下連桿順時針傾斜，因此使活塞的上止點和下至點的位置同時下降以降低壓縮比。相反，偏心軸的中心向下移動可以提高壓縮比。缺陷

其一，這套系統(tǒng)的連桿數(shù)量頗多，由此便會引發(fā)發(fā)動機(jī)的整體摩擦損失增大，如果發(fā)動機(jī)過度磨損，顯然壽命上就無法被市場所接受。

其二，多連桿結(jié)構(gòu)的還存在加大發(fā)動機(jī)的總體尺寸，使整車布置難度上升，尤其是對于布置空間本就捉襟見肘的前置前驅(qū)車型來說，過大的體積所造成的最終結(jié)果就是這臺發(fā)動機(jī)根本沒地方放。

其三，連桿數(shù)量的增多還會使發(fā)動機(jī)的振動變得更加難以控制，進(jìn)而引發(fā)共振及異響現(xiàn)象的出現(xiàn)。三.可變壓縮比的優(yōu)缺點1.優(yōu)點2.存在的問題1.優(yōu)點

1.提高了發(fā)動機(jī)的熱效率，很大程度上改善了發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性2適合于多元燃料驅(qū)動3.有利于降低排放4.提高運行穩(wěn)定性5.實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的小排量，結(jié)構(gòu)更緊湊，比質(zhì)量更高。2.存在的問題

1.