可变压缩比技术

可变压缩比技术

一．压缩比的定义

气缸总容积与燃烧室容积的比值，改变发动机压缩比可通过改变气缸的工作容积和燃烧室容积来实现。

二．可变压缩比技术的必要性

随着对发动机动力性要求的提高，发动机都在高速大负荷下动力性能号与中、低速中小负荷动力性能及经济性能较差的矛盾却越来越突出。

三．可变压缩比技术具有大优势：

1. 提高了发动机的热效率，很大程度上改善了发动机的燃油经济性。

2. 有利于降低排放。

3. 具有良好的燃料适应性。

4. 相同输出功率情况下结构可以更紧凑，达到小排量大功率、大扭矩。

5. 兼顾部分负荷时的燃油经济性和大负荷是的动力性，改善发动机低速动力性能的同时还避免燃烧过程中的爆地震风险。

四．存在的问题

1. VCR发动机一般都结构复杂，通常都需要对发动机进行大幅度改变，加工困难。

2. 新增的部件使发动机的摩擦、振动增加，也使发动机的质量增加，这些大质量体的移动会耗费很大一部分能量。

3. 适时准确的改变压缩比需要相应的高精度控制设备，匹配困难。

4. 密封性的问题，研发成本高。

五．可变压缩比技术的实现方案

1. 通过改变气缸盖的结构来实现。

2. 通过改变缸体结构来实现。

3. 通过改变活塞及曲柄连杆机构来实现

在运动部分采用可变机构可分为

（1）活塞上部活动方式

（2）采用活塞销偏心衬套方式

（3）采用曲柄销偏心衬套方式

在静止部分采用可变机构可分为：

（1）多连杆方式

（2）气缸盖活动方式

（3）燃烧室容积可变方式

（4）曲轴主轴颈偏心衬套方式

六．性能指标

压缩比与发动机性能有很大关系，我们都知道汽油发动机在运转时，吸进来的通常是汽油与空气混合而成的混合气，在压缩过程中活塞上行，除了挤压混合气使之体积缩小之外，同时也发生了涡流和紊流两种现象。当密闭容器中的气体受到压缩时，压力是随着温度的升高而升高。若发动机的压缩比较高，压缩时所产生的气缸压力与温度相对地提高，混合气中的汽油分子能汽化得更完全，颗粒能更细密，再加上刚才所说的涡流和紊流效果和高压缩比所得到的密封效果，使得在下一刻运动中，当火花塞跳出火花时就能使得这混合气在瞬间完成燃烧的动作，释放出最大的爆发能量，来成为发动机的动力输出。反之，燃烧的时间延长，能量会耗费并增加发动机的温度而并非参与发动机动力的输出，所以我们就可以知道，高压缩比的发动机就意味着可具有较大的动力输出。

可变压缩比的目的在于提高增压发动机的燃油经济性。在增压发动机中，为了防止爆震.其压缩比低于自然吸气式发动机。在增压压力低时热效率降低.使燃油经济性下降。特别在涡轮增压发动机中由于增压度上升缓慢在低压缩比条件下扭矩上升也很缓慢.形成所谓的增压滞后现象。也就是说，发动机在低速时，增压作用滞后.要等到发动机加速至一定转速后增压系统才起到作用。为了解决这个问题，可变压缩比是重要方法。就是

说.在增压压力低的低负荷工况使压缩比提高到与自然吸气式发动机压缩比相同或超过:另一方面.在高增压的高负荷工况下适当降低压缩比。换言之，随着负荷的变化连续调节压缩比.以便能够从低负荷到高的整个工况围有提高热效率。

七．可变压缩比技术对比

萨博的SVC 可变压缩比技术结构原理

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。SVC 比早期的可变压缩比设计更灵敏，发动机没有其他多余的运动部件，只有气缸盖前后摆动，所以它的结构简单耐用。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。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)，这个值比保时捷911Turbo的1.94bar要增加很多，甚至比萨博9-3的Viggen发动机高出2倍。传统的涡轮增压器是无法提供如此高的增压值的，如果要想获得如此高的增压值，只能采用机械增压来替代(但是机械增压的缺陷是显而易见的)。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。

法国MCE— 5 可变压缩比发动机结构原理

MCE-5 表示，可变压缩比发动机(Variable Compression Ratio ，VCR)是一项重大的技术发展，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减少温室效应气体排放的目标。

采用该公司称为滚子导向活塞”即下部由特殊形状的转轴进行刚性连接的活塞。齿轮上有螺纹的转轴部分的运动通过位于汽缸壁之间的滚子与反向一侧的摆杆进行控制。位于机构中央的摆杆在两侧部分的齿轮刻有螺纹。一方面与活塞连接，另一方面与液压式执行器运动的控制齿杆连接。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。

发动机组采用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保证发动机的坚固耐用和可靠性，并保证汽车的里程数。这

表示MCE-5发动机又克服了大功率、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，如果液压执行器使控制齿杆向上运动，则在摆杆的作用下活塞向下运动（反之亦然）。由此在活塞的行程不改变的情况下，使上下止点的燃烧室容积发生变化。就是说，采用液压控制的控制齿杆，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情况的同时，使压缩比改变。

结果发现：通过在发动机低负荷下应用废气再循环并提高压缩比、在高负荷下采用更高的增压压力并降低压缩比，这样都可以提高发动机的燃油经济性和输出功率。