可变压缩比技术在汽油机上的应用研究



可变压缩比技术在汽油机上的应用研究

对减少汽车燃油消耗和降低有毒气体排放的迫切需求，促进了汽油机新技术的发展。要改善汽车的燃油经济性，热效率的改善是必不可少的，这与发动机的压缩比密切相关。发动机压缩比通常受燃油质量和满负荷下爆震倾向的控制。发动机通过调节进气量控制燃油质量，在部分负荷条件下，进气过程产生节流，进气压力减小，此时如果上止点位置不变，实际压缩比就会减小，这将导致发动机性能下降。而发动机爆震倾向限制了发动机的压缩比不能过高，理论上压缩比越高越好，但这样固定的压缩比不能使发动机在任何负荷下的工作都达到最优，因此开始采用可变压缩比技术。可变压缩比技术可在汽油机低负荷时提高压缩比以降低燃油消耗率，在汽油机高负荷时降低压缩比以防止爆震。此外，可变压缩比技术还可以减少发动机的整体尺寸，实现发动机小型化。本文实现并对各种可变压缩比技术进行对比研究。

改变发动机压缩比的方法有改变气缸盖结构、曲轴轴线、曲轴连杆的几何形状、活塞头与活塞销的相对位置和双活塞执行机构。文中对这几种方法进行详细介绍，并进行对比研究，主要分析8个关键参数：燃烧室的完整性、装配后曲轴-活塞的运动特性、机械损失、发动机整体刚度、变压缩比对发动机排量的影响、压缩比控制的精确度、通过气缸控制压缩比的能力、将常规发动机改造为可变压缩比发动机的可能性。最后对比了福特、奔驰、日产和标致所采用的可变压缩比发动机。综合上述分析发现，目前汽车制造商设计可变压缩比发动机时，多将发动机的机械稳定性、动力特性和排放特性作为主要设计目标。未来的设计应当采用气体或者惯性力改变压缩比，逐步消减执行器的使用。但是，应该注意成本较高是各种可变压缩比技术共同存在的问题。

Shikhar Asthana et al.SAE 2016-01-0669.

编译：李臣