发动机可变压缩比技术(VCR)

发动机可变压缩比技术（VCR）

压缩比

发动机压缩比属于结构参数，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ε为

ε=Va/Vc

或者

ε=1+Vh/Vc ——Vh表示气缸行程容积压缩比作为发动机重要的结构参数，一定程度上可以反映发动机的性能。一般汽油机的压缩比为9—12，柴油机的压缩比为12—22。

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、最高燃烧压力均升高，故使内燃机机械效率下降。汽油机压缩比过高容易产生爆震。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。

由于压缩比是结构参数，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，因此上出现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，许多车型都已经大量的采用了这些“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十分罕见的，这种发动机可变压缩比技术可谓是发动机控制在“可变”方面的一场革命。

压缩比决定了汽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。如果气缸内的压力超过了临界值，汽油就会因为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伤害。

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

力会大幅度升高，如果这个值过高，爆震就不可避免。这会对发动机造出巨大伤害，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普通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），燃烧效率非常低，能产生的动力要比普通自然吸气发动机所产生的动力要少的多。这个矛盾是促使设计师开发可变压缩比发动机的重要原因。

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。现在新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。

VCR（Variable 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技术原理及发展现状

由压缩比的定义可知，要想改变发动机的压缩比，就必须考虑改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、气缸和活塞顶三部分组成，目前出现的可变压缩比设计都是围绕这三个部分实现的。通常采用的方式分为以下三种：

1.通过改变气缸盖的结构来实现

2.通过改变气缸缸体结构来实现

3.通过改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SVC （Saab Variable Compression ）可变压缩比发动机，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 的控制下改变一定的角度，从而改变了燃烧室的体积，压缩比也同样被改变了。 由于比普通发动机多出了一套摇臂装置，所以它比普通发动机多需要一套冷却系统，它通过气缸盖和气缸套周围的冷却水散热。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采用更高的增压压力2.8bar 。 SVC 能根据发动机的转速、负荷、工作温度、燃料使用状况等进行连续调节压缩比，这一切都在ECU 的控制下进行，所以动力和油耗能达到完美的平衡。

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、气门总成为第一部分；而下方曲轴箱则为第二部分。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改变，燃烧室的体积改变了，自然压缩比也会跟着改变。那么再加上机械增压器，就可以控制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

发动机的上方汽缸总成部分，是可以绕着曲轴中心而偏转的，它的斜率

可以轻微进行调节（升高达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，达到连续改变压缩比的效果。

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部分，没有额外添加移动部件或任何往复运动的组件，这使得它的结构简单，坚固耐用，不会因为增添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1598cc，但是其工作效率非常显着，它的压缩比能在8：1和14：1之间连续调节，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发动机相似，而油耗却非常低——比普通相同功率发动机能减少超过30%的燃油消耗。这款SVC发动机升功率能达到150匹每升，这个指标是目前轿车发动机上最高的。同时废气排放能达到欧四标准。

这款发动机另外一个非常重要的优点，发动机的ECU能通过传感器传出的信息来判断汽油的标号，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，可能是由于其复杂性和可靠性问题，SVC 并没有正式量产。

方案二——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。

如图所示：

典型代表

•一种是德国FEV公司

的VCR发动机，借助于曲轴的

偏心移位从结构上解决了可变

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