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经典发动机_可变压缩比发动机
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经典发动机_可变压缩比发动机

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2008-01-13
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VCR,江湖人称可变压缩比,发动机。    
当我们听到可变压缩比时,首先想到,咦,老司机跟我说压缩比不是固定的吗,也能连续可调?对,你没有听错,而且这项技术已经研究相当长历史了,下面让我来介绍介绍这个吊炸天的技术。

    纵观内燃机的发展史,从1876年奥托提出四冲程内燃机;1892年狄塞尔提出四冲程压燃式内燃机,她的结构就没啥大的变化,但是控制手段一直在不断升级:我们看见燃油喷射从机械泵时代到进化到电控燃油喷射,实现了喷油时刻的连续可调,大幅提高了内燃机的热效率;在气门正时上,也实现了可调,于是有了VVT,VTEC等,我们还看见无凸轮轴(Camfree)的发动机;甚至压缩比,也是可调的,能够根据工况的差异来实时调节压缩比,从而获取动力性和经济性的平衡。

可以看出,从某种程度上来讲,发动机现在以及未来(如果发动机还有未来的话)的发展始终围绕着“精确控制”,我相信总有一天(祈祷电动车没啥突破),燃烧也是能够精确控制的。
跑题了,回来!

可变压缩比技术早在50年代就有公司开始研究,当然发展至今也没啥起色。(手动CRY)
在了解为什么要压缩比可变之前,先得了解一下压缩比意味着什么。

压缩比含义:
燃料在发动机缸内靠压缩着火,也因为压缩而产生巨大的推力。可以说,压缩比跟热效率和油耗是直接成正比的,知道这一点就够了。
压缩比越大,热效率越高,油耗越低;同时大的压缩比也带来爆震,过热,机械负荷增大等等问题。
所以凡事皆有利弊,大自然总是充满着取舍,低的压缩比必然不能带来高的热效率,高压缩比却又容易发生爆震;传统发动机压缩比一成不变,汽油机压缩比都是10左右;而可变压缩比发动机也许能够“鱼和熊掌兼得”。

可变压缩比的利与弊:
众所周知,发动机在小负荷下排放差,油耗高,而可变压缩比发动机通过提高小负荷时的压缩比能够显著改善此工况下的排放物水平,顺便改善一下油耗。
而在高负荷,适当降低压缩比降低爆震倾向,又可以拓宽负荷上限。
而弊,也是很明显的:
可变压缩比必然带来复杂的机构,加工困难,研发成本高;控制要求高且难,如何精确的控制发动机的压缩比;新增的一堆零件会增加摩擦损失,使得发动机质量增加等等,都制约VCR的发展。

可变压缩比发动机的研究现状:
目前主要有三家在VCR的研究上比较著名,区别是萨博的SVC可变压缩比技术;日产的VCR可变压缩比技术;标致的MCE-5可变压缩比技术。
萨博的SVC可变压缩比技术
SAAB(该公司已破产)的SVC设计很巧妙,因为她没有多余的部件,简单耐用,也是当时最著名的。
图片来自汽车之家,侵删
她采用的是可移动的气缸盖和气缸体,为了实现可变压缩比,采用了集成式的缸盖。

如图所示,这是Saab在2000年的日内瓦车展展出的第三代SVC5缸1.6L发动机。当然也只是在车展上崭露头角,由于SAAB不能研发出一整套的控制逻辑,所以到破产之日(愿天堂没有竞争对手),这台发动机也未能派上用场。
他的气缸盖和气缸体是动态连接在一起的(就是图中的绿色和红色部分),缸体通过液压机构的调节而上下移动,图中绿色部分能够发生偏移,绿色部分和红色部分能够相互移位。就这样,这台发动机能够通过这种方式改变气缸容积,使得压缩比在8-14之间变化。
很厉害有没有。
让我们来看看这台吊炸天发动机的参数:
这台发动机最大马力225hp/6000rpm、最大扭力为304nm/4000rpm,而油耗比同类型传统发动机低30%.升功率达到惊人的150P,大概是110KW,一般是汽油机大概是90KW左右吧。

标致MCE—5可变压缩比发动机


在2009年3月的日内瓦国际汽车展上,装载此款1.5L MCE5 VCRi发动机的标致407首次亮相,最大功率220hp,最大扭矩420Nm,油耗百公里6.7L。

如下图所示,主要是通过控制顶杆的作用来改变活塞的上下止点,从而实现压缩比连续可调的。压缩比可以在7-20之间变化,且从7变化至20只需要100ms。发动机能提高热效率20%,当然其结构庞大,结构复杂,

不之后来也没消息了,如果有,请告诉我。

——————————————分割线————————————————————————
以上这些都是通过结构的改变来达到可变压缩比的,目前市场上还没有这类产品存在。
当然也有另辟蹊径的:
运用阿特金森或者米勒循环可以用来改变动态压缩比,这一点上,日本人做的比比较好,跟欧洲人差异,日本人将高压缩比视为他们未来发动机的秘密武器,比如马自达的创驰蓝天;丰田的普锐斯,其发动机的设计压缩比都达到了13,在汽油机中属于异常高系列,但是由于采用米勒循环,动态压缩比并没有那么高,欲知后事如何,请戳文川的专栏:阿特金森循环到底是个什么鬼 - 发动机标定相关 - 知乎专栏
看见这里你有没有觉得可变压缩比似乎暗无天日,名存实亡。别着急,似乎还有那么一点希望:
-------————————————我又是分割线————————————————————
无论是天堂的SAAB还是日产的VCR,or标致的MCE-5,都是通过改变机械结构来达到压缩比连续可调的,然而他们都已经挂了。
等等,破鞋(Porsche)似乎又给我们带来了一点希望:

据说,保时捷正在与HILITE公司合作,计划在2017年推出可变压缩比发动机,搭载在2017款boxster上。可变压缩比研究了几十年,但是从未有一款量产生运用,如果保时捷真能够“吃禁果”,那,我也买不起。
言归正传,让我们来看看保时捷的专利:

这款发动机是在连杆上动手脚的,图中15 16是调节杆,驱动他的是电动或液压单元,通过调节杆的调节,带动偏心结构移动,从而移动活塞位置,就这样改变了发动机的压缩比。
不过,保时捷的这款发动机只能在两个压缩比之间切换,并不是连续可调的,虽然如此,但是如果能够量产,还是很让人期待的,毕竟2017年就在眼前。

本次VCR介绍完毕,欢迎各位交流点赞。
 
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zhaomiyan

 
 
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我是第几个?
 
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zhaomiyan

 
 
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坐等1.5t三缸保时捷出现哈哈(搞不好还买不起。。。)
 
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jzj81

 
 
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第三个~
 
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牛破天

 
 
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哎,好像除了这些,还有FEV也有一个方案,用的是偏心轴承,相当于变相改变连杆长度。还有一个方案是底部液压油缸推动实现曲轴偏置,具体是哪家的忘记了。国内也有一些院校做过相关的研究并且有对应的发布,建议题主可以搜搜看。顺便,记得当时看一些海外媒体做过介绍,VCR技术现在主要是没有一个完善而令人信服的结构,要么结构过于庞杂,要么震动极大,或者无法实现无级可控。个人感觉,可变压缩比其实可以和现在比较流行的变循环技术结合起来,在此基础上从2档压缩比可控开始,变化范围也不用特别大,这样比无级可控成本低些,结构也更简化些。在此基础上再逐渐实现多级可变甚至无级可变。
 
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牛破天

 
 
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补充一句,私以为,可变压缩比目前来看液压驱动做可变连杆是坠吼的方案,只要解决了震动问题和液压油的控制问题,机械结构上能做的文章很多。变连杆长度或者变相变连杆长度(包括但不限于曲轴偏置,可变尺寸轴颈等等)私认为是目前来看结构相对来说最简单的实现方法,比可变缸盖甚至不切实际的可变活塞都要来得靠谱。只要解决了震动,控制以及可靠性问题就好。
 
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想唱歌的鱼

 
 
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那,我也买不起
 
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qinghaiqw

 
 
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“燃料在发动机缸内靠压缩着火”???
 
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小小的猪

 
 
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说的深入浅出简单易懂,谢谢好文
 
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zg25012321

 
 
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萨博的设计还真是简单粗暴啊。
 
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飞来之灵

 
 
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