可變壓縮比技術在汽油機上的應用研究

?

可變壓縮比技術在汽油機上的應用研究

對減少汽車燃油消耗和降低有毒氣體排放的迫切需求，促進了汽油機新技術的發展。要改善汽車的燃油經濟性，熱效率的改善是必不可少的，這與發動機的壓縮比密切相關。發動機壓縮比通常受燃油質量和滿負荷下爆震傾向的控制。發動機通過調節進氣量控制燃油質量，在部分負荷條件下，進氣過程產生節流，進氣壓力減小，此時如果上止點位置不變，實際壓縮比就會減小，這將導致發動機性能下降。而發動機爆震傾向限制了發動機的壓縮比不能過高，理論上壓縮比越高越好，但這樣固定的壓縮比不能使發動機在任何負荷下的工作都達到最優，因此開始采用可變壓縮比技術。可變壓縮比技術可在汽油機低負荷時提高壓縮比以降低燃油消耗率，在汽油機高負荷時降低壓縮比以防止爆震。此外，可變壓縮比技術還可以減少發動機的整體尺寸，實現發動機小型化。本文實現并對各種可變壓縮比技術進行對比研究。

改變發動機壓縮比的方法有改變氣缸蓋結構、曲軸軸線、曲軸連桿的幾何形狀、活塞頭與活塞銷的相對位置和雙活塞執行機構。文中對這幾種方法進行詳細介紹，并進行對比研究，主要分析8個關鍵參數：燃燒室的完整性、裝配后曲軸-活塞的運動特性、機械損失、發動機整體剛度、變壓縮比對發動機排量的影響、壓縮比控制的精確度、通過氣缸控制壓縮比的能力、將常規發動機改造為可變壓縮比發動機的可能性。最后對比了福特、奔馳、日產和標致所采用的可變壓縮比發動機。綜合上述分析發現，目前汽車制造商設計可變壓縮比發動機時，多將發動機的機械穩定性、動力特性和排放特性作為主要設計目標。未來的設計應當采用氣體或者慣性力改變壓縮比，逐步消減執行器的使用。但是，應該注意成本較高是各種可變壓縮比技術共同存在的問題。

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

編譯：李臣