发动机可变压缩比技术(VCR).docx

《发动机可变压缩比技术(VCR).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发动机可变压缩比技术(VCR).docx（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、发动机可变压缩比技术VCR压缩比发动机压缩比属于构造参数，可以表征发动机混合气被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积即燃烧室容积之比来表示。活塞处于下止点时气缸有最大容积，用 Va 表示；活塞处于上止点时气缸内的容积称为燃烧室容积，用 Vc 表示。内燃机的压缩比为=Va/Vc或者=1+Vh/VcVh 表示气缸行程容积压缩比作为发动机重要的构造参数，肯定程度上可以反映发动机的性能。一般汽油机的压缩比为 912，柴油机的压缩比为 1222。压缩比对内燃机性能有多方面的影响。压缩比越高，热效率越高，但随压缩比的增高，热效率增长幅度越来越小。压缩比增高使压缩压力、最高燃烧压力均上升，故使

2、内燃机机械效率下降。汽油机压缩比过高简洁产生爆震。柴油机压缩比过低会使压缩终点温度变低，影响冷起动性能。由于压缩比是构造参数，传统意义上压缩比是固定不变的，然而随着发动机强化程度的不断提高，以及在发动机性能及燃油消耗率等方面提出的更高的要求，固定不变的压缩比已经不能完全满足现代发动机的需要，因此上消灭了可变压缩比发动机。可变压缩比技术的意义发动机的可变气门正时、可变气门行程和可变进气歧管等技术已经被广泛应用，很多车型都已经大量的承受了这些“可变”技术。但是发动机还有一项“可变”的技术，却是目前量产车里面格外罕见的，这种发动机可变压缩比技术可谓是发动机掌握在“可变”方面的一场革命。压缩比打算了汽

3、油机压缩混合气的压力，汽油的燃烧特性导致了汽油发动机的混合气压力不能太高。假设气缸内的压力超过了临界值，汽油就会由于压缩而在点火之前被点燃，产生爆震，会对发动机带来很大的损害。对于现在广泛应用的增压发动机，当涡轮增压介入以后，燃烧室的温度和压力会大幅度上升，假设这个值过高，爆震就不行避开。这会对发动机造出巨大损害，同时也会影响动力输出。所以，固定压缩比的涡轮增压和机械增压发动机只能把压缩比设计得比一般自然吸气发动机低一些。但是这种过低的压缩比设计， 又会导致发动机在增压器特别是涡轮增压没有完全介入时也就是说，发动机在低转速时，燃烧效率格外低，能产生的动力要比一般自然吸气发动机所产生的动力要少的

4、多。这个冲突是促使设计师开发可变压缩比发动机的重要缘由。另外，这种技术可以让发动机在燃油适应性方面拥有巨大的优势。现在款的主流发动机的压缩比普遍设计在 10:1 以上，以获得更好的动力输出和燃油经济性。但是高压缩比的发动机需要使用较高标号的燃油，这种要求会降低汽车在偏远地方的适应性，影响到车辆的销售。VCRVariable Compression Ratio技术的优势VCR 技术对于发动机最大的改善在于提高了低负荷的燃油经济性，除此之外，还有如下优点：1. 改善了内燃机的燃烧性能2. VCR 技术降低了对燃料的要求3. 有利于改善冷启动性能4. 改善了增压发动机的低负荷性能VCR 技术原理及进

5、呈现状由压缩比的定义可知，要想转变发动机的压缩比，就必需考虑转变发动机工作容积或燃烧室容积。发动机的燃烧室由气缸盖、气缸和活塞顶三局部组成，目前消灭的可变压缩比设计都是围绕这三个局部实现的。通常承受的方式分为以下三种：1. 通过转变气缸盖的构造来实现2. 通过转变气缸缸体构造来实现3. 通过转变活塞及曲柄连杆机构来实现具体方案如下： 方案一是气缸盖活动方式 方案二是偏心移位方式 方案三是多连杆方式方案四是可变活塞高度方式方案一气缸盖活动方式，代表是萨博的SVC Saab Variable Compression 发动机萨博的 SVCSaab Variable Compression可变压缩比发

6、动机，气缸盖和气缸体是动态连接在一起的，气缸盖与气缸体通过一组摇臂连接，摇臂能在 ECU 的掌握下转变肯定的角度，从而转变了燃烧室的体积，压缩比也同样被转变了。 由于比一般发动机多出了一套摇臂装置，所以它比一般发动机多需要一套冷却系 统，它通过气缸盖和气缸套四周的冷却水散热。由于气缸盖和气缸体会发生移位， 在气缸盖和气缸体之间设计了一组橡胶套，起到密封作用 ，不会有机油喷出。这套可变压缩比系统允许萨博发动机可以承受更高的增压压力 2.8bar。 SVC 能依据发动机的转速、负荷、工作温度、燃料使用状况等进展连续调整压缩比， 这一切都在 ECU 的掌握下进展，所以动力和油耗能到达完善的平衡。摇

7、臂由上图可以看到， SVC 发动机上部有一个活动的集成缸盖，我们称为为monohead。SVC 发动机，可分成上方的汽缸顶盖与活塞、气门总成为第一局部； 而下方曲轴箱则为其次局部。下方的曲轴箱保持固定不动，上方的汽缸与活塞部份，会以曲轴为中心，藉由液压促动器的推动，偏转些微的角度，因此汽缸内燃烧室的空间就会转变，燃烧室的体积转变了，自然压缩比也会跟着转变。那么再加上机械增压器，就可以掌握在增压的时候将压缩比降低，用高转时的增压效果提高发动机的输出功率；而在自然进气的时候，压缩比提高，让发动机在低转速的时候，可以有效率地燃烧。因此小排量的发动机，也能有大扭矩、大功率的输出。SVC 发动机的上方汽

8、缸总成局部，是可以围着曲轴中心而偏转的，它的斜率可以稍微进展调整上升达 4 度，缸体与缸盖间安装楔型滑块，缸体通过 Hydraulic?Actuat 液压促动器，连接在汽缸头上，利用液压推动旋转，而让汽缸头产生偏转，到达连续转变压缩比的效果。SVC 压缩比的变化范围为 8:1 到 14:1。SVC 的设计比以往任何的可变压缩系统比都要聪明，它在至为重要的燃烧室局部，没有额外添加移动部件或任何往复运动的组件，这使得它的构造简洁，结实耐用，不会由于增加了其他部件而产生泄漏。小 结日内瓦车展上展出的这款 SVC 发动机已经是第三代设计了，它是一台直列 5 缸每缸 4 气阀的发动机，排量为 1598c

9、c，但是其工作效率格外显着，它的压缩比能在 8：1 和 14：1 之间连续调整，它能产生 225 匹的最大功率和 304 牛米的最大扭力，动力与本田的 3.2 升 V6 发动机相像，而油耗却格外低比一般一样功率发动机能削减超过 30%的燃油消耗。这款 SVC 发动机升功率能到达 150 匹每升，这个指标是目前轿车发动机上最高的。同时废气排放能到达欧四标准。这款发动机另外一个格外重要的优点， 发动机的 ECU 能通过传感器传出的信息来推断汽油的标号，并选择最适合的压缩比。这样，它就能适应不同标号的汽油，特别是低标号的汽油。 但是，可能是由于其简单性和牢靠性问题， SVC 并没有正式量产。方案二

10、偏心移位方式，具体可分为活塞销偏心移位方式、曲柄销偏心移位方式和曲轴偏心移位方式。如下图：典型代表 一种是德国 FEV 公司的 VCR 发动机，借助于曲轴的偏心移位从构造上解决了可变压缩比的问题 另外一种利用连杆轴颈套方案实现 VCR 技术的机构FEV 公司的 VCR 发动机该发动机的曲轴支承在一个偏心轮上，通过使偏心轮转过一个角度，转变曲轴在竖直方向上的位置，因而活塞上、下止点的位置也相应转变，从而实现连续地调整压缩比。这项技术的核心是曲轴的偏心支承，曲轴支承在偏心器中，并且偏心器支承曲轴的孔的中心线与它的旋转中心线不重合，两者之间的距离称为偏心度。如图一台标定功率为 200A 的永磁鼓励无

11、刷同步电机通过偏心器上的扇形齿轮带动偏心器转动，曲柄中心线相对于气缸盖的位置就会发生转变，因而可以连续地调整压缩比。VCR 发动机的压缩比可以在 8 到 16 之间进展调整。调整时间在减小压缩比时为 0.1s，提高压缩比时为 0.3s。利用连杆轴颈套方案实现 VCR 技术的机构通过曲轴主轴颈，驱动运动可以平稳的从曲轴前段传递至第一连杆轴颈上的偏心套，并传递到其次、第三、第四气缸内的偏心套上，即可完成对发动机压缩比的转变。总体构造传动机构选择了一套大减速比的蜗轮蜗杆部件，机构传动对执行电机的扭矩需求不大。该 VCR 机构主体被安装在发动机的曲轴上，曲轴主轴颈内均开设有一个支撑圆柱孔，每个支撑圆柱

12、孔的轴线都与曲轴轴线重合，或不重合但平行，或形成肯定的夹角。蜗杆与电机同轴连接在一起，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮上有一个中心齿轮与其同轴并固定连接，另有行星齿轮固定安装于第一传动轴前端并与中心齿轮啮合，第一、二、三、四传动轴安装于曲轴的各段主轴颈内的支撑圆柱孔内，传动轴的两端分别安装传动齿轮，而偏心套则套装在曲轴的连杆轴颈与连杆大头之间，且偏心套的两端各安装一个偏心套齿轮，同对应的传动轴齿轮相啮合。当执行电机旋转时，驱动蜗轮蜗杆进展旋转，进而驱动中心齿轮旋转，运动传递到行星齿轮，并通过传动轴与偏心套之间的齿轮依次传递至第一传动轴前端齿轮、第一传动轴、第一传动轴后端齿轮、第一偏心套、其次传动轴前端齿轮

13、等等，直至最终一个传动轴与最终一个偏心套，从而使全部的偏心套同步变动，改变压缩比。方案三多连杆方式典型代表日产公司的多连杆系统 VCR 发动机法国 MCE 公司的 MCE-5 可变压缩比发动机日产公司的多连杆系统 VCR 发动机该发动机承受的是多连杆方式，这种机构承受在曲柄销转动部位摇摆的杠杆的一端与连杆连接，而杠杆的另一端则承受与掌握轴延长出来连杆相连接的构造。连杆与掌握轴的偏心局部连接，当掌握轴转动时，掌握轴连杆使曲柄销回转而使杠杆摇摆，活塞的上止点的位置作上下移动。活塞的上止点位置上下移动，则燃烧室容积转变，而活塞的行程没有转变， 则工作容积不变，从而使压缩比可变。该机构有两个优点：1.

14、 活塞的往复运动几乎接近正弦曲线2. 显着降低了活塞的敲缸声，使直列四缸发动机的惯性二次震惊接近于零，使由于增加连杆而导致的摩擦增加被近似抵消。争论说明，该发动机的动力性和经济性都可提高 10%左右。法国 MCE-5 可变压缩比发动机MCE-5 表示，可变压缩比发动机(Variable Compression Ratio，VCR)是一项重大的技术进展，可以满足汽车业有关环境和能源方面的一些主要的关键要求。它能让汽车制造商生产出功率强大但燃料消耗经济的汽车，从而把燃料油消耗降低了 30%，进一步满足欧洲和全球削减温室效应气体排放的目标。承受该公司称为“滚子导向活塞如图”即下部由特别外形的转轴进展

15、刚性连接的活塞。齿轮上有螺纹的转轴局部的运动通过位于汽缸壁之间的滚子与反向一侧的摆杆进展掌握。位于机构中心的摆杆在两侧局部的齿轮刻有螺纹。一方面与活塞连接，另一方面与液压式执行器运动的掌握齿杆连接。这种摆杆与齿杆连接，起到活塞的运动被传递到曲轴的作用。发动机组承受了长寿命的齿轮和滚珠轴承系统导向的活塞，因此活塞不会产生垂直拍击和径向负荷，使 MCE-5 保证发动机的结实耐用和牢靠性，并保证汽车的里程数。这表示 MCE-5 发动机又抑制了大功率、大力矩发动机的缺点，大幅提高了其使用寿命。从整个机构的运动来看，假设液压执行器使掌握齿杆向上运动，则在摆杆的作用下活塞向下运动反之亦然。由此在活塞的行程

16、不转变的状况下，使上下止点的燃烧室容积发生变化。就是说，承受液压掌握的掌握齿杆，使摆杆做空间移动，即利用几何学的空间位移变化，在适应发动机负荷变化状况的同时，使压缩比转变。方案四可变活塞高度方式戴勒姆.奔驰公司提出的利用液压油泵的原理转变上活塞的位置的方案，就是可变活塞高度设计，该方案最突出的优点是相对于原型发动机的改动较小，易于实现。总结VCR 技术存在的问题1. 机械构造比较简单2. 动平衡变动大，动平衡问题难以解决3. 机械构造简单，本钱较高VCR 技术将来的进展趋势1. 随着发动机相关理论的进展，可变压缩比技术的应用会越来越广泛，可使发动机在各工况变化范围内得到优化2. VCR 技术使将来的发动机趋向于小型化、节能环保且能供给强大的动力3. 将来的 VCR 发动机应具有与现代发动机的互换性，以推动量产4. 将来的 VCR 发动机应与先进的电控系统相协作，以尽可能准确地连续调整压缩比，获得更高的效率