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着眼于细节 浅析可变压缩比技术

一猫汽车网 2015-12-08 06:27:00 作者:黄施奇

       前段时间有消息指保时捷和专门生产VVT控制部件的Hilite集团共同研发可变压缩比发动机,并将会搭载在2017款的保时捷Boxster上。对于使用涡轮增压技术已经炉火纯青的保时捷来说,可变压缩比是在其前者的基础上进行技术深挖的表现。相信很多消费者对可变压缩比技术比较陌生,更有甚者还是第一次听说。


       第一台采用可变压缩比的发动机是由Harry Ricardo(哈里·里卡多)在20世纪20年代制造并测试,由此引申出的辛烷值系统一直沿用到现在。很多汽车厂商也在研发自家的可变压缩比发动机,其中包括日产、沃尔沃、PSA集团和以贴地飞行而闻名的萨博。


       要解释可变压缩比,先要说明压缩比的含义。压缩比指的是发动机混合气体被压缩的程度,是下止点时缸内容积与上止点缸内容积之间的比值。一般发动机的压缩比是固定的,燃烧室容积和气缸工作容积在设计时就已经设定好。


       可变压缩比主要是提高涡轮增压发动机的经济性。涡轮增压发动机的进气压力比自然吸气机型的进气压力要强不少,为了发动机运转时不引起爆震现象,工程师会把压缩比数据往下调整,但这也会带来经济性下降的连带结果。


       众所周知涡轮增压器是由发动机的废气推动,当发动机转速较低时,涡轮增压器所产生的压力值也会较低。如此一来会使得涡轮无法提供正压,导致油气混合物无法充分燃烧。


       使用可变压缩比技术,可以在涡轮增压器未能提供正压时候,发动机以高压缩比工作,提升发动机此时的性能和工作效率。当发动机转速上升,涡轮增压器能提供正压后,发动机将压缩比调低,减低爆震出现的几率。


       萨博的SVC技术:


       虽然萨博已经破产,但早期就已经研究了可变压缩比的技术。工作原理在于气缸盖和气缸体通过一组摇臂实现动态连接,ECU会根据发动机的工况对摇臂进行一定角度的控制,从而改变燃烧室的体积。


       相比普通发动机,采用SVC技术的发动机要多出一套摇臂,因此也需要多出一套冷却技术,通过气缸盖和气缸套周围的冷却水进行散热。而其工作原理是通过气缸盖和气缸体的位移来实现压缩比改变,因此在这两个部件之间还设计了一组橡胶套,起到密封作用。


       为人所知的SVC发动机是一台直列5缸、每缸4气阀的结构,排量为1598cc。其压缩比能在8:1和14:1之间连续调节,因此它能产生最大功率165Kw(225匹马力)和峰值扭矩304Nm。


       MCE-5可变压缩比技术:


       这套技术使用“滚子导向活塞”,即活塞下部由特殊形状的转轴进行刚性连接。齿轮上有螺纹的转轴部分的运动通过位于汽缸壁之间的滚子与反向一侧的摆杆进行控制。位于机构中央的摆杆在两侧部分的齿轮刻有螺纹。


       一方面与活塞连接,另一方面与液压式执行器运动的控制齿杆连接。这种摆杆与齿杆连接,起到活塞的运动被传递到曲轴的作用。 当液压执行器控制齿杆向上运动,在摆杆的作用下活塞向下运动。


       在活塞行程不改变的情况下,使燃烧室容积发生变化。简单来说,液压控制的控制齿杆,使摆杆做空间移动,适应发动机负荷变化情况的同时,使压缩比改变。


       保时捷的技术:


       保时捷和Hilite集团所采用的技术,相对其他厂商所研究的要简单些。为了实现可变压缩比这个目标,保时捷对发动机的活塞连杆进行改造,在连杆两侧加装由电动和液压控制的活塞组,顶部是一个偏心调节的部件。


       通过ECU对车速、发动机工况等进行计算,从而发出控制信号到偏心调节元件。再通过两侧液压活塞组改变支柱的位置,带动偏心元件产生一定幅度的旋转,从而令活塞的位置产生一定程度的变化。在实现的难度上,保时捷这套技术相对而言要比前面提及的更容易实现。考虑其实用性、耐久性等因素,这套技术很有可能只能在预先设定好的两个活塞位置之间进行小幅度调整,也就是说,功能上只实现了两种压缩比的转换。


       小结:可变压缩比技术虽然诞生超过一个世纪,但在民用汽车上却鲜见其踪影。其技术难度较大,需要多方面兼顾才有可能实现。要控制压缩比就需要在传动发动机加入更多的机构,对于控制发动机体积和加工难度来说都是一项不小的挑战。此外,多重机械结构的运转也会把发动机所做的功消耗掉。零部件精密度的控制、密封性、磨损等问题也阻碍了可变压缩比技术的发展。


       毋庸置疑的是,这项技术本身可以提升发动机热效率、改善燃油经济性,不同压缩比对多种燃料的适应性也更强,提升了对燃油的宽容度。就让我们拭目以待不久后搭载这项技术的保时捷Boxster的推出。


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