可變壓縮比發(fā)動機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

邊紹平+崔津+嚴(yán)索

摘 要：壓縮比是氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，是衡量發(fā)動機(jī)性能的重要參數(shù)，是影響發(fā)動機(jī)效率最重要的因素之一。一般來說，壓縮比越高，發(fā)動機(jī)的性能就越好。本文針對國內(nèi)可變壓縮比（VCR）發(fā)動機(jī)專利技術(shù)發(fā)展趨勢以及不同的技術(shù)分支進(jìn)行分析，最后對該領(lǐng)域做了展望。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)；可變壓縮比；VCR

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.024

0 引言

嚴(yán)峻的能源形勢和日益嚴(yán)格的排放法規(guī)使傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，尤其是傳統(tǒng)的車用發(fā)動機(jī)面臨著嚴(yán)峻的生存挑戰(zhàn)。長期以來，既具備良好的動力性能又具備良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能是發(fā)動機(jī)所追求的目標(biāo)，然而這些性能在一般的發(fā)動機(jī)上又沒法同時獲得。為了解決這個矛盾，一些新技術(shù)如可變技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中像可變氣門正時、可變氣門行程、可變進(jìn)氣歧管、可變噴油及可變增壓等技術(shù)都為人熟知并已在許多車型上使用?？勺儔嚎s比技術(shù)也是其中很有潛力的一種，能夠很好地改善發(fā)動機(jī)熱效率、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。本文主要針對可變壓縮比發(fā)動機(jī)進(jìn)行專利技術(shù)發(fā)展研究。

1 國內(nèi)可變壓縮比發(fā)動機(jī)專利申請總體分析

關(guān)于發(fā)動機(jī)可變壓縮比技術(shù)的研究起步比較早，最主要的是在壓燃式發(fā)動機(jī)方面的研究，國內(nèi)申請最早的是上海的李文華，國外最早的是美國的扎科布斯制造公司。2004年國內(nèi)和國外申請量持平，在2004年之前偏差比較大，2005年至2006年國內(nèi)和國外申請量的差距都是1，2007年國外在華申請量與國內(nèi)申請量差距拉大，到了2008和2009年差距最大，從2010年開始差距開始縮小，到了2011年國內(nèi)申請量首次超過國外在華申請量。總體上來說，不論國內(nèi)還是國外或者是總數(shù)，都是起伏波動，其中國外申請在2008年達(dá)到頂峰，國內(nèi)申請在2014年達(dá)到頂峰，而總量最多的是2013年的申請量為55件。

2 可變壓縮比主要技術(shù)發(fā)展路線

可變壓縮比發(fā)動機(jī)，由壓縮比的定義可知，要想使壓縮比有所變化，就必須從怎樣改變?nèi)紵胰莘e和工作容積方面入手，發(fā)動機(jī)的燃燒室由活塞頂、氣缸體和汽缸蓋三部分組成，所以采取的手段是圍繞著這幾個方面進(jìn)行。按照活塞的行程，可以分為改變活塞的行程和不改變活塞行程兩大類，其中不改變活塞行程又可以分為改變氣缸蓋結(jié)構(gòu)和改變缸體結(jié)構(gòu)。以下是圍繞主要分支和細(xì)分進(jìn)行分析。

2.1 主要技術(shù)分支的發(fā)展

可變壓縮比發(fā)動機(jī)在國內(nèi)發(fā)展的幾十年中，在1985-2002年這個階段，不改變活塞的行程占據(jù)優(yōu)勢，從2003年起，改變活塞行程開始上升而不改變活塞行程則有所下降，到了2007年不改變活塞行程的比重重新占據(jù)有利地位，除了2012年，其余時間全部是不改變活塞行程的發(fā)動機(jī)處于高位發(fā)展事態(tài)，總體上來說，2012年和2008年總量處于高峰，2012年最多。

2.2 改變活塞行程的發(fā)展

改變活塞行程分支發(fā)展比較早。從整個發(fā)展歷程來看，國內(nèi)的總的申請量波動起伏不定，在2008年和2012年達(dá)到高峰，2012年以后開始下降，國內(nèi)和國外也是，在2003年時國內(nèi)為零，而國外為16，自此以后的2004-2009年，國內(nèi)和國外彼此間交互，2009-2012年間國內(nèi)申請稍微占據(jù)優(yōu)勢，2013年后國外申請量，國內(nèi)優(yōu)勢增加。

美國的扎科布斯公司在1986年提出在四沖程多缸內(nèi)燃機(jī)中壓力釋放減速調(diào)整壓縮比（申請?zhí)朇N86100053）。個人申請張友昂在1997年采用雙活塞的活塞組對壓縮比的調(diào)整進(jìn)行改進(jìn)（申請?zhí)朇N97119462）。高校申請中的天津大學(xué)2007年則提出了采用偏心銷的方式對活塞的行程進(jìn)行改變（申請?zhí)朇N200710056795）。河南洛陽一拖于2005年提出對相鄰氣缸中心體進(jìn)行改進(jìn)（申請?zhí)朇N200520030862）。國內(nèi)個人申請王立華在2014年提出采取伸縮連桿的方式對活塞的行程進(jìn)行改變（申請?zhí)朇N201410260401）。個人申請梁榮光則在2014年提出在連桿上與偏心套之間采用自鎖的結(jié)構(gòu)來改變發(fā)動機(jī)的壓縮比實現(xiàn)偏心套與連桿同步擺動（申請?zhí)朇N201420537655）。

2.3 不改變活塞行程的發(fā)展

不改變活塞行程而變壓縮比手段在2006年之前國內(nèi)和國外相差不大，從2006年到2010年國內(nèi)外差距加大，國外的申請量高于國內(nèi)申請量，特別是2009年差距最大，從2011年以后國內(nèi)申請量開始超越國外申請量特別是2013年和2014年，國內(nèi)申請量明顯處于優(yōu)勢。

日本本田技研工業(yè)株式會社在1997年提出控制排氣通路開口面積，使燃燒室容積對應(yīng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況而增減燃燒室容積調(diào)整裝置（申請?zhí)朇N97102489）。國內(nèi)個人申請趙可軍在汽缸體部作了改進(jìn)，在氣缸和氣缸的下腰部設(shè)置有進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔對應(yīng)有進(jìn)氣腔，外側(cè)設(shè)置進(jìn)氣歧管以此來改變發(fā)動機(jī)的壓縮比（申請?zhí)朇N200810143269）。高校申請中的浙江大學(xué)在2013年提出在汽缸蓋的頂部開口，再加一個輔助氣缸（申請?zhí)朇N201310029296）。

3 國內(nèi)可變壓縮比發(fā)動機(jī)領(lǐng)域發(fā)展建議

隨著發(fā)動機(jī)相關(guān)理論、微機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等技術(shù)的飛速發(fā)展， 可變壓縮比技術(shù)會越來越多地應(yīng)用在發(fā)動機(jī)上，它可使發(fā)動機(jī)的各項性能在各工況變化范圍內(nèi)得到優(yōu)化。

（1）VCR技術(shù)使未來的發(fā)動機(jī)趨向于小型化、節(jié)能環(huán)保且能提供強(qiáng)大的動力。

（2）未來的VCR發(fā)動機(jī)應(yīng)具有與現(xiàn)有發(fā)動機(jī)之間的互換性，以推動量產(chǎn)。如現(xiàn)有的排氣后處理系統(tǒng)、可變氣門正時系統(tǒng)、變速器等均可照常使用，而不需去重新開發(fā)。

（3）未來的VCR發(fā)動機(jī)應(yīng)與先進(jìn)的電子控制系統(tǒng)相配合，以盡可能精確地連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，使其滿足不同的工況和使用要求，獲得更高的效率。

（4）應(yīng)加大可變壓縮比技術(shù)研發(fā)投入，結(jié)合VVT、GDI、HCCI、渦輪增壓、稀薄燃燒等新技術(shù)來改善和提高發(fā)動機(jī)的綜合性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔彪，常思勤，李子非.發(fā)動機(jī)可變壓縮比技術(shù)的討論[J].內(nèi)燃機(jī)，2011（04）：28-32.

[2]歐陽林等.可變?nèi)紵一钊O(shè)計及其動力學(xué)特性[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2014（03）：69-74.