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中華汽車網校知識講堂:詳解可變壓縮比技術
什么是可變壓縮比?按字面意思理解就是這臺發動機的壓縮比不是一個固定的值,可以在一定范圍內變化。據中華汽車網校了解,為了減少爆震,現在的發動機不得不對壓縮比做出限制,導致低轉時發動機效率比較低。引入可變壓縮比技術之后,可以在低轉時增加壓縮比,提升效率;高轉時降低壓縮比,減少爆震。

可變壓縮比的目的在于提高增壓發動機的燃油經濟性。在增壓發動機中,為了防止爆震,其壓縮比低于自然吸氣式發動機。在增壓壓力低時熱效率降低,使燃油經濟性下降。特別在渦輪增壓發動機中,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象。也就是說,發動機在低速時,增壓作用滯后,要等到發動機加速至一定轉速后增壓系統才起到作用。為了解決這個問題,可變壓縮比是重要方法。就是說,在增壓壓力低的低負荷工況使壓縮比提高到與自然吸氣式發動機壓縮比相同或超過。另一方面,在高增壓的高負荷工況下適當降低壓縮比。換言之,隨著負荷的變化連續調節壓縮比,以便能夠從低負荷到高的整個工況范圍內有提高熱效率。
實現可變壓縮比的途徑有兩種:一種是改變燃燒室體積;另一種是改變連桿的長度。
1、改變燃燒室體積
改變燃燒室體積的技術應用不多,薩博的SVC發動機是少有的實例。SVC發動機的缸蓋和缸體不是剛性連接,它們之間的相對位置可以發生偏轉。這樣一來,氣缸 和活塞之間的相對位置也會發生變化,從而改變燃燒室體積,實現可變壓縮比。
缺點:驅動整個缸蓋及附件需要很多動力,橡膠密封裝置易被腐蝕等等。
2、改變連桿長度
改變連桿長度的核心,是改變連桿的機械機構,將原本長度固定的連桿,改成長度可以變換的機械裝置。至于如何改變連桿的機械結構,不同的廠商又有著不同的方案。
日產:日產的方案就是將1根連桿變成2根,然后通過改變這2根桿之間的角度來調節實際連桿長度。或者說,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發動機,不過雪鐵龍的方案中,調節連桿角度的機構不如日產的精巧,對發動機的體積、重量造成了很大的影響。
保時捷:保時捷手里也有可變壓縮比發動機的專利,并且采用了不同于日產、雪鐵龍的方案。保時捷在連桿上與活塞相連的一端布置了一個偏心輪,并在連桿內部整合了一套控制偏心輪角度的裝置。改變偏心輪的角度,相當于改變了連桿的長度。
三、可變壓縮比應用
之前英菲尼迪發布了一臺全新的2.0T發動機,這臺機器不再是基于梅賽德斯-奔馳M274發動機的產物,它采用了當前日系最流行的雙噴射(歧管噴射 缸內直噴)、雙循環(阿特金森循環 奧托循環)技術,除此之外,更是把“可變壓縮比”這個概念投入到了量產當中。舉個例子,搭載M274 2.0T發動機的Q50轎車,工信部的百公里綜合油耗為7.4L,下降27%的話,那就是說,全新VC-T2.0T發動機的百公里綜合油耗可以低至5.4L的水平,而且發動機輸出還大幅提升了。
其實,所謂的可變壓縮比技術在很多發動機上都有應用,例如1.8 L阿特金森發動機、創馳藍天發動機等等,但是這些這類可變壓縮比技術都是基于阿特金森和米勒循環原理,主要還是在活塞行程中巧妙調整配氣程序,從而讓發動機的膨脹比大于實際壓縮比,像人類肺部一樣可以深一口淺一口“呼吸”,進而實現發動機的最 佳經濟性工況。但是這種工況實現是以犧牲轉速和動力輸出為代價的,所以在任何一款性能車上,都看不到采用阿特金森/米勒循環原理的發動機。此外由于配氣結構特殊,加入渦輪增壓系統之后動力提升幅度有限,因此無論是1.8 L阿特金森發動機還是創馳藍天發動機,都傾向于采用自然進氣方式,渦輪增壓 阿特金森在技術上并非不能實現,只是價值不大。此外,阿特金森/米勒循環原理都只是在配氣過程中的某一階段定時發生,不可能在發動機完整的沖程循環過程中長時間操持一個高膨脹比。以國內創馳藍天發動機為例,其實際壓縮比為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發動機則通過“無縫地提高或降低活塞高度”,真正實現了可變壓縮比,壓縮比可以在8:1和14:1之間根據發動機工況自由調整,壓縮比的變比接近43%。如果需要節能,VT-C發動機將切換到高壓縮比模式下;如果需要動力,發動機將切換為低壓縮比的高轉速模式。英菲尼迪的這臺VC-T 2.0T發動機,核心主要是一套特殊結構的多連桿曲柄連桿機構。在原有的曲柄連桿機構上,該機構又額外增加了一套多連桿機構及一根控制軸。這套多連桿機構把原來的發動機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構組成。當需要改變壓縮比時,諧波傳動器轉動,并驅動傳動臂,傳動臂帶動控制軸轉動,當控制軸轉動時,下部連桿會帶動多連桿結構回轉,并使杠桿發生擺動,使得活塞能到達的上止點的高度也隨著改變,從而實現壓縮比的變化。
總結:可變壓縮比發動機兼顧了動力和節能環保,是一項值得我們期待的技術。這目前的幾個方案當中,保時捷方案看起來最先進,對發動機整體布局的改變最小。不過,該方案對生產工藝、材料強度要求也最高,同時對活塞直徑也提出了要求,適合用在高端車型上。而日產(英菲尼迪)的方案對工藝、材料沒有什么特殊要求,對發動機布局的改動也相對較小,是適合大規模量產的方案。此外,薩博、雪鐵龍的方案對發動機的結構改動太大,得不償失,已經被淘汰了。
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