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中華汽車(chē)網(wǎng)校知識(shí)講堂:詳解可變壓縮比技術(shù)
什么是可變壓縮比?按字面意思理解就是這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比不是一個(gè)固定的值,可以在一定范圍內(nèi)變化。據(jù)中華汽車(chē)網(wǎng)校了解,為了減少爆震,現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)不得不對(duì)壓縮比做出限制,導(dǎo)致低轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)效率比較低。引入可變壓縮比技術(shù)之后,可以在低轉(zhuǎn)時(shí)增加壓縮比,提升效率;高轉(zhuǎn)時(shí)降低壓縮比,減少爆震。
可變壓縮比的目的在于提高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中,為了防止爆震,其壓縮比低于自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。在增壓壓力低時(shí)熱效率降低,使燃油經(jīng)濟(jì)性下降。特別在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中,由于增壓度上升緩慢在低壓縮比條件下扭矩上升也很緩慢,形成所謂的增壓滯后現(xiàn)象。也就是說(shuō),發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí),增壓作用滯后,要等到發(fā)動(dòng)機(jī)加速至一定轉(zhuǎn)速后增壓系統(tǒng)才起到作用。為了解決這個(gè)問(wèn)題,可變壓縮比是重要方法。就是說(shuō),在增壓壓力低的低負(fù)荷工況使壓縮比提高到與自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比相同或超過(guò)。另一方面,在高增壓的高負(fù)荷工況下適當(dāng)降低壓縮比。換言之,隨著負(fù)荷的變化連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比,以便能夠從低負(fù)荷到高的整個(gè)工況范圍內(nèi)有提高熱效率。
實(shí)現(xiàn)可變壓縮比的途徑有兩種:一種是改變?nèi)紵殷w積;另一種是改變連桿的長(zhǎng)度。
1、改變?nèi)紵殷w積
改變?nèi)紵殷w積的技術(shù)應(yīng)用不多,薩博的SVC發(fā)動(dòng)機(jī)是少有的實(shí)例。SVC發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋和缸體不是剛性連接,它們之間的相對(duì)位置可以發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這樣一來(lái),氣缸 和活塞之間的相對(duì)位置也會(huì)發(fā)生變化,從而改變?nèi)紵殷w積,實(shí)現(xiàn)可變壓縮比。
缺點(diǎn):驅(qū)動(dòng)整個(gè)缸蓋及附件需要很多動(dòng)力,橡膠密封裝置易被腐蝕等等。
2、改變連桿長(zhǎng)度
改變連桿長(zhǎng)度的核心,是改變連桿的機(jī)械機(jī)構(gòu),將原本長(zhǎng)度固定的連桿,改成長(zhǎng)度可以變換的機(jī)械裝置。至于如何改變連桿的機(jī)械結(jié)構(gòu),不同的廠商又有著不同的方案。
日產(chǎn):日產(chǎn)的方案就是將1根連桿變成2根,然后通過(guò)改變這2根桿之間的角度來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)際連桿長(zhǎng)度?;蛘哒f(shuō),活塞與曲軸之間的距離。
雪鐵龍:采用類似原理的還有雪鐵龍的MCE發(fā)動(dòng)機(jī),不過(guò)雪鐵龍的方案中,調(diào)節(jié)連桿角度的機(jī)構(gòu)不如日產(chǎn)的精巧,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的體積、重量造成了很大的影響。
保時(shí)捷:保時(shí)捷手里也有可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的專利,并且采用了不同于日產(chǎn)、雪鐵龍的方案。保時(shí)捷在連桿上與活塞相連的一端布置了一個(gè)偏心輪,并在連桿內(nèi)部整合了一套控制偏心輪角度的裝置。改變偏心輪的角度,相當(dāng)于改變了連桿的長(zhǎng)度。
三、可變壓縮比應(yīng)用
之前英菲尼迪發(fā)布了一臺(tái)全新的2.0T發(fā)動(dòng)機(jī),這臺(tái)機(jī)器不再是基于梅賽德斯-奔馳M274發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)物,它采用了當(dāng)前日系最流行的雙噴射(歧管?chē)娚?缸內(nèi)直噴)、雙循環(huán)(阿特金森循環(huán) 奧托循環(huán))技術(shù),除此之外,更是把“可變壓縮比”這個(gè)概念投入到了量產(chǎn)當(dāng)中。舉個(gè)例子,搭載M274 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的Q50轎車(chē),工信部的百公里綜合油耗為7.4L,下降27%的話,那就是說(shuō),全新VC-T2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的百公里綜合油耗可以低至5.4L的水平,而且發(fā)動(dòng)機(jī)輸出還大幅提升了。
其實(shí),所謂的可變壓縮比技術(shù)在很多發(fā)動(dòng)機(jī)上都有應(yīng)用,例如1.8 L阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)、創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)等等,但是這些這類可變壓縮比技術(shù)都是基于阿特金森和米勒循環(huán)原理,主要還是在活塞行程中巧妙調(diào)整配氣程序,從而讓發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹比大于實(shí)際壓縮比,像人類肺部一樣可以深一口淺一口“呼吸”,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的最 佳經(jīng)濟(jì)性工況。但是這種工況實(shí)現(xiàn)是以犧牲轉(zhuǎn)速和動(dòng)力輸出為代價(jià)的,所以在任何一款性能車(chē)上,都看不到采用阿特金森/米勒循環(huán)原理的發(fā)動(dòng)機(jī)。此外由于配氣結(jié)構(gòu)特殊,加入渦輪增壓系統(tǒng)之后動(dòng)力提升幅度有限,因此無(wú)論是1.8 L阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)還是創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī),都傾向于采用自然進(jìn)氣方式,渦輪增壓 阿特金森在技術(shù)上并非不能實(shí)現(xiàn),只是價(jià)值不大。此外,阿特金森/米勒循環(huán)原理都只是在配氣過(guò)程中的某一階段定時(shí)發(fā)生,不可能在發(fā)動(dòng)機(jī)完整的沖程循環(huán)過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間操持一個(gè)高膨脹比。以國(guó)內(nèi)創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)為例,其實(shí)際壓縮比為10.5,膨脹比為13:1,壓縮比變比幅度為19%。
而英菲尼迪的VC-T發(fā)動(dòng)機(jī)則通過(guò)“無(wú)縫地提高或降低活塞高度”,真正實(shí)現(xiàn)了可變壓縮比,壓縮比可以在8:1和14:1之間根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況自由調(diào)整,壓縮比的變比接近43%。如果需要節(jié)能,VT-C發(fā)動(dòng)機(jī)將切換到高壓縮比模式下;如果需要?jiǎng)恿?,發(fā)動(dòng)機(jī)將切換為低壓縮比的高轉(zhuǎn)速模式。英菲尼迪的這臺(tái)VC-T 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī),核心主要是一套特殊結(jié)構(gòu)的多連桿曲柄連桿機(jī)構(gòu)。在原有的曲柄連桿機(jī)構(gòu)上,該機(jī)構(gòu)又額外增加了一套多連桿機(jī)構(gòu)及一根控制軸。這套多連桿機(jī)構(gòu)把原來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿換成了由下部連桿、上部連桿以及連接上下部連桿的多連桿結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)需要改變壓縮比時(shí),諧波傳動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng),并驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)臂,傳動(dòng)臂帶動(dòng)控制軸轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)控制軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),下部連桿會(huì)帶動(dòng)多連桿結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn),并使杠桿發(fā)生擺動(dòng),使得活塞能到達(dá)的上止點(diǎn)的高度也隨著改變,從而實(shí)現(xiàn)壓縮比的變化。
總結(jié):可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)兼顧了動(dòng)力和節(jié)能環(huán)保,是一項(xiàng)值得我們期待的技術(shù)。這目前的幾個(gè)方案當(dāng)中,保時(shí)捷方案看起來(lái)最先進(jìn),對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整體布局的改變最小。不過(guò),該方案對(duì)生產(chǎn)工藝、材料強(qiáng)度要求也最高,同時(shí)對(duì)活塞直徑也提出了要求,適合用在高端車(chē)型上。而日產(chǎn)(英菲尼迪)的方案對(duì)工藝、材料沒(méi)有什么特殊要求,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)布局的改動(dòng)也相對(duì)較小,是適合大規(guī)模量產(chǎn)的方案。此外,薩博、雪鐵龍的方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)改動(dòng)太大,得不償失,已經(jīng)被淘汰了。
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