可变压缩比技术专题讲座PPT.ppt

可变压缩比技术 一 介绍概况 1 现状2 压缩比概念介绍3 针对发动机类型及目的 1 现状 严峻的能源形势和日益严格的排放法规使传统发动机 尤其是传统的车用发动机面临着严峻的生存挑战 一直以来 既有良好的动力性能又有良好的燃油经济性和排放性能是发动机所追求的目标 而这些性能在一般的发动机上又没法同时获得 为了解决这个矛盾 一些新技术应运而生 可变压缩比技术是其中很有潜力的一种 能够很好地改善发动机热效率 燃油经济性和排放性能 但由于种种原因发展相对滞后 2 压缩比概念介绍 压缩比是气缸总容积与燃烧室容积的比值 其表示活塞由下止点运动到上止点时气缸内气体被压缩的程度 是衡量发动机的重要参数 是影响发动机最重要的因素之一 一般来说 压缩比越高 发动机的性能就越好 对于传统发动机 一经设计好其压缩比是固定不变的 因为燃烧室容积及气缸工作容积都是固定的参数 现代汽车发动机的压缩比汽油机一般为8 12 柴油机一般为12 22 3 针对发动机类型及目的 可压缩比技术主要是针对增压发动机的一种技术 固定的压缩比不能充分发挥发动机的性能 事实上在小负荷 低转速运转时 发动机的热效率低 相应的综合性能比较差 这时可用较大的压缩比 而在大负荷 高转速时 若压缩比过高 则很容易发生爆燃并产生很大的热负荷 这时可以用较小的压缩比 随着负荷的变化连续调节压缩比 可以最大限度的发掘发动机的潜力 使其在整个工况内有效提高热效率 进而提高发动机的综合性能 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 为了防止爆燃 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 在低压缩比条件下转矩上升也很缓慢 形成所谓的增压滞后现象 也就是说发动机在低速时 增压作用之后 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 可变压缩比是重要的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负荷的整个工况范围内有效提高热效率 二 实现方案 1 通过改变气缸盖的结构来实现2 通过改变气缸体结构来实现3 通过改变活塞及曲柄连杆实现 1 通过改变气缸盖的结构来实现 萨博svc变压缩比技术就是通过活塞运动到上止点位置的变化来改变燃烧室容积 从而改变压缩比的 svc saabvariablecompression 发动机为了实现其可变压缩比功能 在其气缸体和气缸盖的设计上完全打破了传统的设计理念 左 高压缩比情况下右 低压缩比情况下svc发动机的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 图中的桔黄色部分 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 也就是说 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 在气缸下止点在向下的地方为一个圆心 通过旋转这个圆心上部的气缸体和气缸盖来改变燃烧室的容积 由于在气缸体和气缸盖这个 整体 在偏离垂线开始旋转的时候 svc为直列布置 气缸的上止点与曲轴的距离就缩短了 而且是随着角度的增加 与曲轴的距离就越短 在到达曲柄连杆要和气缸体相碰的临界时停止旋转 此时气缸的上止点与曲轴的距离最近 燃烧室的容积达到最小 压缩比最大 与之相反 在这个 整体 没有旋转的情况下 压缩比最大 这个气缸体与气缸盖的 整体 是通过一组摇臂来进行调节的 而这组摇臂是通过ecu来控制的 这样萨博的svc变压缩比技术就可以实现根据当时的工况由ecu来控制压缩比的变化 实现动力输出及燃油消耗的最佳化 由于萨博svc采用了这种方法 因此它可以采用较大的增压值 甚至是强增压 这正是因为一般涡增发动机不愿意用大增压有个很大的原因就是大增压迟滞更明显的矛盾性 但是由于萨博svc采用了变压缩比技术 低速时可以提供高压缩比 保持发动机以正常的压缩比进行工作 减少甚至消除迟滞现象 在涡轮增压器工作达到最大化时还可以降低压缩比 防止增压过大引起爆震 同时适应强增压 在这两种情况期间 压缩比的变化由于得到了ecu的控制 所以是一个连续的线性变化 使发动机在每一种情况下都能得到最佳的工作效率 2 通过改变缸体结构来实现 法国mec 5发动机采用附加装置实现 是一种机械的组合方案 整合了功率传输和压缩比控制功能 该方案可代替传统的固定压缩比发动机组 能够让大量生产的可变压缩比发动机达到所要求的质量 其结构是活塞往复运动实现不是通过连杆直接驱动的 而是通过一个中间齿轮传动实现的 中间齿轮受右边的控制齿条位置的变化来调整压缩比 控制齿条与控制阀相联 而控制阀是由ecu控制的 方案采用了长寿命的齿轮和滚珠轴承系统导向的活塞 且活塞相对以前没有活塞裙部 该结构使活塞不会产生垂直拍击和径向负荷 保证发动机的坚固耐用和可靠性 能有效地降低摩擦损失 提高机械效率 mec 5演示 3 通过改变活塞及曲柄连杆来实现 多连杆vcr发动机的运动规律为 活塞与曲轴通过上连杆与下连杆连在一起 下连杆也通过控制连杆连接到了控制轴偏心轴颈中心 曲轴的旋转导致了下连杆围绕着主轴颈的中心旋转 同时围绕着曲柄销的中心转动 其压缩比改变的原理 移动偏心轴的中心向上使下连杆顺时针倾斜 因此使活塞的上止点和下至点的位置同时下降以降低压缩比 相反 偏心轴的中心向下移动可以提高压缩比 三连杆对置发动机可压缩比 三 可变压缩比的优缺点及展望 1 优点2 存在的问题 展望 1 优点 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适合于多元燃料驱动3 有利于降低排放4 提高运行稳定性5 实现发动机的小排量 结构更紧凑 比质量更高 2 存在的问题 1 vcr发动机一般都结构复杂 通常需要对发动机结构进行大幅度改变 有时加工困难 如何简化机构以在有限的空间里实现理想的效果是解决的一个问题 2新增的控制及辅助机构等可活动零部件加大了磨损 使发动机的质量增加了 需要一部分很大的能量 3 适时准确地改变发动机的压缩比 需要相应的高精度控制设备 匹配难度大 4密封性问题 研发及制造成本高 3 展望 1 随着发动机相关理论 微机技术 电子技术 结构优化设计等技术的飞速发展 可变压缩比技术会越来越多的应用在发动机上 它可是发动机的各项性能在各工况变化范围内得到优化 2 vcr技术使未来的发动机趋向于小型化 节能环保且能提供强大