汽车可变压缩比技术探析.docx
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汽车可变压缩比技术探析
毕业综合训练
课题名称汽车可变压缩比技术探析
系别汽车工程学院
专业汽车维修与检测专业
班级12专汽车检测5班
姓名付小乐学号1121
指导老师邱香
江西科技学院
毕业综合训练任务书
系汽车工程学院专业汽车检测与维修年级12级
班级汽检5班姓名付小乐起止日期2015.3月-2015.4月
题目汽车可变压缩比技术探析
1．毕业综合训练任务及要求（根据题目性质对学生提出具体要求）
2．毕业综合训练的原始资料及依据（包括做调研报告的背景，研究条件、应用环境等）
3．主要参考资料、文献
指导教师邱香
2015年3月10日
指导教师评语
建议成绩：
优良中及格不及格
指导教师签字
年月日
最终评定成绩：
优良中及格不及格
系主任签字
年月日
目录
第1章绪论1
1.1话题背景1
1.2概论2
第2章汽车可变压缩比浅析4
第3章发动机压缩比优势6
第4章总结7
参考文献：
8
第1章绪论
1.1话题背景
可变压缩比的目的在于提高增压发动机的燃油经济性。
在增压发动机中，为了防止爆震.其压缩比低于自然吸气式发动机。
在增压压力低时热效率降低.使燃油经济性下降。
特别在涡轮增压发动机中由于增压度上升缓慢在低压缩比条件下扭矩上升也很缓慢.形成所谓的增压滞后现象。
也就是说，发动机在低速时，增压作用滞后.要等到发动机加速至一定转速后增压系统才起到作用。
为了解决这个问题，可变压缩比是重要方法。
就是说.在增压压力低的低负荷工况使压缩比提高到与自然吸气式发动机压缩比相同或超过:
另一方面.在高增压的高负荷工况下适当降低压缩比。
换言之，随着负荷的变化连续调节压缩比.以便能够从低负荷到高的整个工况范围内有提高热效率。
一般发动机的压缩比是不可变动的，因为燃烧室容积及气缸工作容积都是固定的参数，在设计中已经定好。
不过，为了使得现代发动机能在各种变化的工况中发挥更好的效率，以变对变来改善发动机的运行性能。
其中气门可变驱动技术早已实现，做为重要参数的压缩比也有人尝试由固定不变改为“随机应变”，但由于涉及压缩比必然要涉及到整个发动机结构的改变，牵一而动百，难度很大，长期没有进展。
1.2概论
可变技术是内燃机相关系统的结构或参数随着使用要求和工况的变化而变化，使内燃机在各种工况下都达到理想的工作效果，综合性能指标得到大幅提高，并能够避免不正常燃烧及超负荷工作等发生的一种技术。
我们知道，发动机从设计制造好之后，其很多参数如配气相位、压缩比等就是固定不变的，这些参数只是综合各种工况下最好状态后的折中，这使发动机不能完全发挥其性能。
发动机研究者们一直致力于提高发动机的各种性能，如果将一个个不可变的结构及参数变成可随相应工况和需要灵活可变的，则能在很大程度上改善发动机的综合性能。
可变技术就是基于这种想法而出现的，其在解决较大转速和负荷范围内的动力性与经济性及排放性的矛盾显示出独特的优势。
压缩比是气缸总容积与燃烧室容积的比值，其表示活塞由下止点运动到上止点时气缸内气体被压缩的程度，是衡量发动机性能的重要参数，是影响发动机效率最重要的因素之一。
一般来说，压缩比越高，发动机的性能就越好。
对于传统的发动机，一经设计好其压缩比是固定不变的，因为燃烧室容积及气缸工作容积都是固定的参数。
现代汽车发动机的压缩比汽油机一般为8～12，柴油机一般为12～22。
可变压缩比技术主要是针对增压发动机的一种技术。
固定的压缩比不能充分发挥发动机的性能，事实上在小负荷、低速运转时，发动机的热效率低，相应地综合性能比较差，这时可以用较大的压缩比，而在大负荷、高转速运转时，若压缩比过高，则很容易发生爆震并产生很大的热负荷和机械负荷，这时可以用较小的压缩比。
随着负荷的变化连续调节压缩比，可以最大限度地挖掘发动机的潜力，使其在整个工况区域内有效提高热效率，进而提高发动机的综合性能。
第2章汽车可变压缩比浅析
发动机的可变气门正时、可变气门行程和可变进气歧管技术都不是什么新鲜的技术了，许多车型都已经大量的采用了这些“可变”技术。
但是发动机还有一项“可变”的技术，却是目前量产车里面十分罕见的，这种技术可谓是发动机控制在“可变”方面的一场革命，这就是萨博的“SVC可变压缩比技术”。
我们知道，由于汽油的燃烧特性导致了汽油发动机的混和气压力不能太高。
如果气缸内的压力超过了临界值，汽油就会因为压缩而在点火之前被点燃，这种现象被称为爆震，会对发动机带来很大的伤害。
这种问题在增压发动机的设计上显得尤为突出。
固定的压缩比成为制约机械增压和涡轮增压发动机的一个很重要的因素。
我们知道，当涡轮增压介入以后，燃烧室的温度和压力会大幅度升高，如果这个值过高，爆震就不可避免。
这会对发动机造出巨大伤害，同时也会影响动力输出。
所以，固定压缩比的涡轮增压和机械增压发动机只能把压缩比设计得比普通自然吸气发动机低很多。
但是这种过低的压缩比设计，又会导致发动机在增压器（特别是涡轮增压）没有完全介入时（也就是说，发动机在低转速时），燃烧效率非常低，能产生的动力要比普通自然吸气发动机所产生的动力要少的多。
这个矛盾是促使设计师开发可变压缩比发动机的重要原因。
另外，这种技术可以让发动机在燃油适应性方面拥有巨大的优势。
现在新款的主流发动机的压缩比普遍设计在10:
1以上，以获得更好的动力输出和燃油经济性。
但是高压缩比的发动机需要使用较高标号的燃油，这种要求在发达国家也许不算什么，但是在国内，这种要求会降低汽车在偏远地方的适应性，直接影响到车辆的销售。
目前国内市场上的许多车型就是因为压缩比偏高而影响了其在偏远地区的推广。
例如著名的polo1.4发动机，因为压缩比太高，必须使用97号汽油，使得polo1.4在没有97号汽油的偏远地方几乎无法销售。
即便是在97号汽油充足的大都市，也会遇见买了这类车型不敢的现远足旅行的苦恼，因为在中国，有太多地方没有97号汽油了。
但是，高压缩比设计是现在汽油发动机的一个设计趋势，太小的压缩比会降低发动机的性能，如果将发动机的压缩比设计的很低，又与发动机的主流发展方向相违背。
这种矛盾在中国及其他发展中国家显得尤为明显。
这时候，可变压缩比的发动机就显得十分可贵了。
2000年的日内瓦车展上，萨博展出了它的SVC可变压缩比发动机，当时这款发动机震惊了整个业内。
虽然在2年前就有人听说过这款发动机，但大家了解的只是一个概念。
而这次，萨博第一次向大家详细的介绍了它这款发动机的性能，其优越的特性让所有的参观者都感叹不已。
在很多年以前，制约可变压缩比发动机设计的一个很重要的原因是，工程师们无法改变活塞上止点的位置。
当时工程师设想，如果在涡轮增压器介入之前，压缩比就像自然吸气发动机一样能达到10:
1，甚至更高，当增压器完全介入以后，压缩比降到7:
1以下，这样的增压发动机将是非常完美的。
但由于上述的技术障碍，这种想法在当时仅仅是空想而已，没有一个设计师能实现它。
直到10多年以后的今天，萨博终于解决了这一难题，最终设计出了可变压缩比发动机。
我们下面就来看看萨博的精彩设计吧！
SVC（SaabVariableCompression）发动机为了实现其可变压缩比功能，在其气缸体和气缸盖的设计上完全打破了传统的设计理念。
先看看下面这张图
：
左：
高压缩比情况下右：
低压缩比情况下SVC发动机的气缸盖和气缸体是动态连接在一起的，气缸盖与气缸体通过一组摇臂连接（图中的桔黄色部分），摇臂能在ECU的控制下改变一定的角度，从而改变了燃烧室的体积，也就是说，压缩比也同样被改变了。
SVC比早期的可变压缩比设计更灵敏，发动机没有其他多余的运动部件，只有气缸盖前后摆动，所以它的结构简单耐用。
由于比普通发动机多出了一套摇臂装置，所以它比普通发动机多需要一套冷却系统，它通过气缸盖和气缸套周围的冷却水散热。
由于气缸盖和气缸体会发生移位，在气缸盖和气缸体之间设计了一组橡胶套，起到密封作用。
这套可变压缩比系统允许萨博发动机可以采用更高的增压压力（2.8bar），这个值比保时捷911Turbo的1.94bar要增加很多，甚至比萨博9-3的Viggen发动机高出2倍。
传统的涡轮增压器是无法提供如此高的增压值的，如果要想获得如此高的增压值，只能采用机械增压来替代（但是机械增压的缺陷是显而易见的）。
SVC能根据发动机的转速、负荷、工作温度、燃料使用状况等进行连续调节压缩比，这一切，都在ECU的控制下进行，所以动力和油耗能达到完美的平衡。
在日内瓦车展上展出的这款SVC发动机已经是第三代设计了，它是一台直列5缸每缸4气阀的发动机，排量为1598cc，但是其工作效率非常显著，它的压缩比能在8.1和14.gif[/img]1之间连续调节，它能产生225匹的最大功率和304牛米的最大扭力，动力与本田的3.2升V6发动机相似，而油耗却非常低——比普通相同功率发动机能减少超过30％的燃油消耗。
这款SVC发动机升功率能达到150匹每升，这个指标是目前轿车发动机上最高的。
同时废气排放能达到欧四标准。
这款发动机另外一个非常重要的优点，发动机的ECU能通过传感器传出的信息来判断汽油的标号，并选择最适合的压缩比。
这样，它就能适应不同标号的汽油，特别是低标号的汽油。
如果国内的汽车采用了这种技术的发动机，车主们就不用在选择高性能还是高适应性方面苦恼了。
萨博早在80年代末期就开始研发SVC技术了，并且在1990年获得了专利。
当时的那款原型发动机是一台2.0排量的发动机。
到了第二代，发展成1.4升直列6缸发动机，但是6缸的设计使得布置十分困难。
最终直列5缸成了最佳的选择。
即便到目前，SVC发动机仍然出于试验室阶段，如果要将其量产，还需要做很多的工作。
优点：
提高了增压发动机的功作效率以及动力输出的平顺性，发动机的体积小重量轻，能适应各种不同标号的燃油，环保性好缺点：
气缸盖异常复杂下面应该这个技术领域，PSA与宝马合作发展出的进化版本智能可变压缩比技术VCR1在2009年3月的日内瓦国际汽车展上，装备此款1.5LMCE5VCRi发动机的标致407也将亮相，其所使用的可变压缩比技术可将压缩比可以控制在7.1至20.1之间，油耗仅为百公里6.7升，二氧化碳的排放量为每公里158克而搭载这款新型发动的407也将在日内瓦车展正式亮相。
此款发动机的排量为1.5L，其最大功率为220HP（162KW/rpm）,最大扭矩为420Nm。
这款标致1.5LMCE5VCRi发动机所提供的最大功率输出相当于标致3.0升V6发动机（155KW/rpm）所提供的动力,而其扭矩则达到了一些V8发动机（陆巡LC2004.7LV8最大扭矩410Nm；奔驰G500，5LV8最大扭矩460Nm；陆虎发现34.4LV8发动机最大扭矩425Nm；
奥迪Q74.2LV8最大扭矩440Nm）所提供的扭矩性能。
第3章发动机可变压缩比优垫：
发动机的可变气门正时、可变气门行程和可变进气歧管技术都不是什么新鲜的技术了，许多车型都已经大量的采用了这些“可变”技术。
但是发动机还有一项“可变”的技术，却是目前量产车里面十分罕见的，这种技术可谓是发动机控制在“可变”方面的一场革命，这就是可变压缩比技术。
压缩比决定了汽油机压缩混合气的压力，汽油的燃烧特性导致了汽油发动机的混和气压力不能太高。
如果气缸内的压力超过了临界值，汽油就会因为压缩而在点火之前被点燃，这种现象被称为爆燃，并产生爆震，会对发动机带来很大的伤害。
对于现在广泛应用的增压发动机，当涡轮增压介入以后，燃烧室的温度和压力会大幅度升高，如果这个值过高，爆震就不可避免。
这会对发动机造出巨大伤害，同时也会影响动力输出。
所以，固定压缩比的涡轮增压和机械增压发动机只能把压缩比设计得比普通自然吸气发动机低一些。
但是这种过低的压缩比设计，又会导致发动机在增压器（特别是涡轮增压）没有完全介入时（也就是说，发动机在低转速时），燃烧效率非常低，能产生的动力要比普通自然吸气发动机所产生的动力要少的多。
这个矛盾是促使设计师开发可变压缩比发动机的重要原因。
另外，这种技术可以让发动机在燃油适应性方面拥有巨大的优势。
现在新款的主流发动机的压缩比普遍设计在10:
1以上，以获得更好的动力输出和燃油经济性。
但是高压缩比的发动机需要使用较高标号的燃油，这种要求会降低汽车在偏远地方的适应性，影响到车辆的销售。
可变压缩比在柴油机上的应用：
柴油机为了确保起动性，而采用高压缩比但是在起动以后就不需要高压缩比。
在这种场合，可变压缩比是有效的方法，或许使柴油机成为与汽油机一样的具有轻量化特点的发动机。
在自然吸气式发动机中可考虑按照负荷要求调节压缩比。
这是在低负荷时提高压缩比，在高负荷时降低压缩比的方法。
但是，在这种场合，为了提高压缩比调节的响应性，要配备高功率的执行作动器。
其电力消耗与可变压缩比所获得的燃油耗降低的效果互相抵消，因此是不可实现的。
第4章总结
发动机的压缩比对其混合气的形成与燃烧有很大影响，进而影响到功率和油耗。
压缩比减小，会造成混合气燃烧不完全，使发动机功率下降，油耗增加；压缩比增大，虽然对提高功率有好处，但会使发动机工作粗暴。
在使用维修中，人们往往只重视配气相位、气门间隙、活塞与缸套配合间隙、活塞环安装、供油时间、供油量、燃油雾化品质以及进气量等因素对发动机功率恢复的影响，而忽略了压缩比的作用。
参考文献
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[2]邢世凯,闻德生,潘景昇;车用内燃机可变技术概述[J];拖拉机与农用运输车;2003年06期
[3]李绍安,苏万华;内燃机燃烧模型的研究现状与展望[J];车用发动机;1998年02期
[4]肖民,程昌圻;内燃机循环模拟技术的发展[J];华东船舶工业学院学报;1999年06期
[5]曾科,刘兵,许二磊,黄佐华;汽油/CNG混合燃料发动机的性能和燃烧特性研究[J];内燃机学报;2005年03期
[6]杨宝全;可变气门正时技术在汽油机上的应用[D];哈尔滨工程大学;2007年
[7]贺玉海,汪志刚;发动机可变气门驱动的研究与进展[J];交通科技;2004年02期
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