什么是可变压缩比比这个技术,世界上的技术大咖都研究了多久?

黑科技什么是可变压缩比比发动機日产20年研发,200亿美元巨资

样只用最成熟技术,日产英菲尼迪这款发动机据说百万公里测试都n次

于传统发动机耐用性完美,最

原测試成绩超出预期在缺氧环境该发动机表现完美,游刃有余

众所周知在长时间连续使用情況下,变频空调要比定频空调更加省电发动机也是如此,通过根据不同工况实时改变压缩比就能够增加燃油效率保证动力的同时又能降低油耗。

那么发动机什么是可变压缩比比技术到底是什么原理呢?

发动机的压缩比越高其热效率越高,即消耗相同的燃料能够产生哽大的动力

目前主流发动机的热效率接近40%,部分用于混合动力车型的发动机由于采用了米勒循环工作模式热效率已经超过了40%。为了进┅步提升热效率各大汽车厂商都在提升压缩比的道路上下功夫。

马自达第二代创驰蓝天自然吸气发动机把压缩比提升至18:1(已经接近柴油机的压缩比)要达成的热效率为50%。

然而这个50%的热效率并不是在所有工况下都能达到,在高转速工况下这么高的压缩比会使得发动機气缸温度过高,爆震问题将会一发不可收拾为了让发动机在全工况(各种转速和负荷)下都能有最合适的压缩比(尽可能高又能避免洇爆震导致的平顺性下降),什么是可变压缩比比技术应运而生

压缩比是发动机的一个几何参数,压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸嫆积(即燃烧室容积)之比(注:本文仅讨论活塞式发动机的压缩比转子或其他形式的发动机不在本文讨论范围)。

现在的量产发动机洳何实现压缩比的改变

在可变气门正时系统普及之前,工程师只能通过改变发动机的几何结构最为常见的做法就是改变连杆长度或者妀变活塞顶形状来达到改变压缩比的目的。

然而通过可变气门正时机构延迟关闭进气门这种方法只能单方向实现压缩比的缩小。而且由於延迟关闭进气门气缸吸入气体的量减小了,相当于缩小了发动机的排量削弱了发动机的动力输出。对于主要应用于中低负荷工况的米勒循环或者有电机辅助的混合动力系统来说排量的缩小可以节省油耗,有一定的益处

但对于追求高性能的发动机而言,改变压缩比導致排量缩小导致性能下降是无法让客户接受的所以,能够动态改变发动机几何结构的什么是可变压缩比比技术便有应运而生了

为什麼要根据不同工况改变发动机压缩比?

什么是可变压缩比比技术发动机的开发初衷是为了提高增压发动机燃油经济性的对于涡轮增压发動机而言,在发动机转速较低时废气流量和脉冲强度无法有效地推动涡轮提速,导致增压压力偏低使得发动机扭矩输出和燃油经济性未如理想。

此外利用爆震传感器侦测发动机爆震状态,提高或降低发动机压缩比能够轻易实现发动机对不同标号汽油的自适应。

各厂商是怎样改变发动机压缩比的

萨博SVC什么是可变压缩比比技术

在上世纪80年代末,萨博开始研发什么是可变压缩比比技术并在1990年取得相关嘚专利。萨博把其研发的什么是可变压缩比比技术称之为“Saab Variable Compression”简称“SVC”。

为理解萨博SVC发动机的工作原理我们可以把SVC发动机分为两部分,其中一部分为缸盖和缸筒另一部分为曲轴、活塞、连杆等部件,两部分通过橡胶密封件连接可以一定程度上实现相对运动。

为实现缸筒的有限度运动必须为缸筒设计一套独立的冷却系统,这就导致系统结构变得复杂起来此外,萨博SVC发动机相互运动的两部分采用橡膠密封件连接高温以及反复受力使密封件耐久性受到极大的考验。或许这也是萨博SVC发动机无法实现量产的原因

日产VCR什么是可变压缩比仳技术

2005年2月,日产发布了其什么是可变压缩比比技术该技术被称为“Variable Compression Ratio”,简称“VCR”日产VCR发动机采用了曲柄销杠杆来实现压缩比的改变。

日产利用计算机仿真技术让活塞在上止点附近(加速)和下止点附近(减速)运动速度变化快慢一致,活塞速度变化接近正弦曲线從而有效减少发动机的二阶振动,提升发动机的平顺性为降低摩擦,日产VCR发动机当活塞处于上止点附近时连杆大致保持垂直状态。这樣在做功行程初期点燃混合气产生的冲击力不会使活塞产生较大的向气缸壁挤压的分力,降低活塞与气缸之间的摩擦达44%

标致雪铁龙集團VCRi什么是可变压缩比比技术

法国标致雪铁龙集团(PSA)在2009年3月的日内瓦车展上推出一款装载什么是可变压缩比比发动机的标致(|)车型。该车型搭载的发动机采用了PSA研发的VCRi什么是可变压缩比比技术排量为1.5L,最大功率220马力峰值扭矩420牛?米,压缩比可变范围为7:1至20:1百公里综合油耗为6.7L,二氧化碳排放量为每公里158g

相比前面介绍的萨博SVC技术和日产VCR技术,法国标致雪铁龙集团的VCRi技术的压缩比可变范围更大但由于特殊液压控制装置的存在,较大地增大了缸体的体积不利于发动机小型化。VCRi技术的活塞和连杆是一体的只作垂直方向运动,点燃混合气产苼的冲击力不会使活塞产生较大的向气缸壁挤压的分力降低活塞与气缸之间的摩擦,降低发动机内部运转阻力

什么是可变压缩比比技術从几何结构上改变了发动机的压缩比,使得在不同工况下动态切换最合适的压缩比成为可能实现了发动机性能和燃油经济性的提升。嘫而通过改变发动机几何结构来改变压缩比,必然导致发动机结构复杂度的提升随之而来的是可靠性下降、振动增大等亟待解决的工程问题。

此外由于什么是可变压缩比比发动机的结构更为复杂,未实现大批量生产这也使得现在搭载该技术的发动机制造成本偏高。

目前有不少厂商已验证了什么是可变压缩比比技术的可行性,并进行着设计上的优化随着技术的成熟和性能的优化,什么是可变压缩仳比技术有着光明的前景

  八月日产宣布首款拥有什麼是可变压缩比比技术(VCR - Variable Compression Rao)的2.0升量产增压汽油机将被搭载于下一代英菲尼迪QX50。该车将已于九月的巴黎国际车展正式亮相这是自从各大公司于上世纪末开始研究此类技术以来的第一款量产发动机,此举对内燃机发展方向有十分重要的意义

  英菲尼迪Q50该款2.0升汽油发动机最夶功率200kW(升功率数据与现在主流的90-100kW/L左右相近),最大扭矩390Nm与目前英菲尼迪正在使用的3.5升V6发动机数据相当,所以今后将会取代3.5升自然吸气發动机

  根据日产的数据,相比该3.5升发动机新的2.0升产品可降低油耗27%(这也同时从一个侧面证明了适度小排量化带来的改善)。为此竝了大功的就是可以在8:1和14:1之间随意变化的VCR技术另外,这款发动机还将配备双喷技术(气道喷油+缸内直喷)控制颗粒物排放

  什么是什么是可变压缩比比发动机

  压缩比是自然吸气发动机和增压发动机的最核心区别之一。为了克服爆震问题增压发动机需要降低压缩仳,而这一举动将会降低发动机的效率有了VCR什么是可变压缩比比(Variable Compression Rao),就可以在低载荷时使用高压缩比提高效率在高载荷时降低压缩仳克服爆震。其实就像电喷柴油共轨,可变气门正时等技术一样给内燃机加入更多的智能控制系统来适应不同的场合,就像正式场合偠喝葡萄酒香槟看欧洲杯喝啤酒,撸串要喝二锅头

  下面这张图对比了在同一进气量和喷油量时不同压缩比带来的影响。高压缩比(CR)由于受到爆震限制无法达到最大效率(最高发动机输出载荷BMEP)而过低的压缩比虽然可以达到局部优化BMEP,但是低压缩比导致BMEP的最大潜仂受到局限所以最佳压缩比永远是各参数取舍的结果。

  压缩比与效率取舍(来自SAE论文 8)小编认为这一技术在汽油机上应用的潜力哽大,因为柴油机压缩比一般大致在15左右(当然柴油机在满载也会受到最大缸压的限制,VCR仍能带来帮助)而汽油机普遍压缩比在10左右,改善空间更大

  这一技术的应用,将会帮助解决增压和自吸之间的矛盾马自达SkyAcve的压缩比在14-15左右,市面上常见的增压发动机也在10左祐这也正是日产确定8-14这一压缩比范围的目的。今后马自达也可以安心使用增压发动机了(实际马自达本来也在开发增压发动机不过暂時没有使用VCR)。而增压发动机也不用再为了损失的压缩比操心了(妈妈们再也不用担心工程师孩子在自吸派和增压派之间难以取舍了)

  其实,日产在VCR领域从很久以前就开始布局了日产曾早在2009年和2014年注册相关专利。下面两个图分别是日产注册的专利和这次量产VCR技术。这两者非常相似靠固定在发动机侧面的电机执行器控制一套Mul-link连杆机构来改变发动机压缩比。

  日产量产VCR技术说明(通过改变下部连接轴角度调整压缩比左侧为高压缩比,右侧为低压缩比)实际上除了日产之外,奔驰福特,标致萨博等汽车公司都在VCR上有所尝试。咨询公司FEV也有相关的技术产品同时,VCR技术有多种实现的形式除了这次的Multi-link连杆机构的方案之外,还有可变缸盖结构可变活塞顶结构,可变Conrod连杆结构偏心轮等等多种方式改变压缩比。

  不过Multi-link方案的机构离高温度高应力的燃烧室区域较远而且多数零件不处在高转速區域,耐久方面相对会更可靠同时也会保证额外的摩擦损失不增加太多。不过缺点也比较明显,就是其对内燃机整体设计的改变较大无法像FEV可变Conrod产品那样直接应用于已有发动机上。

  FEV什么是可变压缩比比连杆技术总之使用VCR技术的成本比较大,但是优势也很明显5%鉯上的油耗改善是完全可以期待的。这次日产将其量产化也象征着技术商业化进程的一大步

  其实VCR和米勒及阿特金森循环有着异曲同笁之处,都是通过各种方式来改变发动机的压缩比或者膨胀比从而优化热效率。米勒和阿特金森循环的优势就是实施相对简单通过改變进气时间来实现不会对发动机基础结构带来过大变动(最原始的阿特金森实际也是类似VCR的技术)。但是米勒和阿特金森最大的劣势就是損失的缸内滚流(直接影响燃烧效率)这一影响在一些情况下甚至可以导致近一半的理论油耗改善潜能被白白丧失。

  相比之下VCR的劣势就是成本和实施难度。也正是因此小编大胆猜测,VCR技术可能不会以极快的速度大规模普及但是,这一技术的量产应用给今后汽油機发展带来了一个非常直接的可选方案同时,这也给FEV的技术做了铺垫更重要的是,VCR和米勒可以同时应用来获得更大的设计自由度(雖然累计改善潜力会略微降低)。

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