的移动并因此获得了与工况相匹配的最佳的压缩
比。这一多连杆可变压缩比机构可以在不提高发
动机尺寸和重量的情况下安装。
•
结果发现：通过在发动机低负荷下应用废
气再循环并提高压缩比、在高负荷下采用更高的
增压压力并降低压缩比，这样都可以提高发动机
的燃油经济性和输出功率。
多连杆动机的配置与原 理
运动规律：活塞与曲轴通过上连杆与下连杆连在一起。下连杆也通过控制连杆连接到了控 制轴偏心轴颈中心。曲轴的旋转导致了下连杆围绕着主轴颈的中心旋转，同时围绕着曲柄 销的中心转动。 压缩比改变的原理：移动偏心轴的中心向上使下连杆顺时针倾斜，因此使活塞的上止点和 下止点的位置同时下降以降低压缩比。相反，偏心轴的中心向下移动可以提高压缩比。
• 新增的部件使发动机的摩擦、振动增加，也使发 动机的质量增加，这些大质量体的移动会耗费很 大一部分能量
• 适时准确的改变压缩比需要相应的高精度控制设 备，匹配困难
• 密封性问题 • 研发成本高
可变压缩比技术的展望
• 随着发动机相关理论、微机技术、电子技术、结 构优化设计等技术的飞速发展, 可变压缩比技术 会越来越多地应用在发动机上, 它可使发动机的 各项性能在各工况变化范围内得到优化。
在超过5000转的高速范 围内摩擦往往要比原发动机 的要高。这与VCR发动机的主 要循环部件的重量高于原发 动机的相应部件有关，同时 由于VCR发动机的多连杆机构 而带有更多的滑动部件。
活塞拍击导致的缸体振动
实验工况： 发动机转速：1200r/min 点火时间：上止点前30° 125um的安装间隙=标准水平下的实际间隙的160%
从图中可以看出：在中低速 范围，可变压缩比发动机的 容积效率略高，而在高速范 围容积效率比原发动机要低
原因：由于VCR发动机的活 塞速度在下止点时更高，两 台发动机在相同的进气门关 闭时刻，可变压缩比活塞与 原发动机相比应该提高到一 个更高的位置。因此，在高 速范围进气门关闭时刻减缓， VCR发动机的容积效率往往 比原发动机的要低。
• VCR技术使未来的发动机趋向于小型化、节能环 保且能提供强大的动力。
• 未来的VCR发动机应具有与现有发动机之间的互 换性，以推动量产。如现有的排气后处理系统、 可变气门正时系统、变速器等均可照常使用，而 不需去重新开发。
可变压缩比的实现方案
• • 压缩比的定义：气缸总容积与燃烧室容积的比
值，改变发动机压缩比可通过改变气缸的工作容 积和燃烧室容积来实现
采用较高的压缩比以及EGR 率对降低燃油消耗的影响
在压缩比为8.6:1的情况下， VCR发动机可以与原发动机获 得相同的热效率。
提高压缩比可以提高冷却 损失和未燃碳氢，但降低了 排气损失，因此使VCR发动机 的总热效率上升。此外，使 用EGR降低其他各类损失中的 泵气损失与冷却损失，这对 提高燃油经济性都有很大的 影响。
从图中可以看出VCR发动机 的膨胀行程前半部分角度为 92°，比原发动机大14%，这一 特点对发动机的性能（包括燃 烧在内）产生了实质性的影响。
活塞行程特性对各项损失的影响
时间损失
时间损失：内燃机实际循环中一个由燃烧速度 的有限性所造成的损失。
两台发动机的燃烧周期基本相同，VCR发动机的活塞在上止点速度低，因此与原发 动机相比在上止点附近占用的时间长。因此，在燃烧周期开始与结束时，VCR发动机 活塞比原发动机更加接近上止点位置。与原发动机相比这能减少VCR发动机的时间损
漏气损失
在不考虑增压的情况下， VCR发动机的漏气量比原 发动机的要高5L/min。
漏气损失增加的原因： VCR发动机的活塞在上止 点的速度较低，与原发动 机相比活塞在上止点有较 长的停留时间，而这段时 间内缸内压力比较高
摩擦损失
当燃烧压力作用于活塞 顶时，由于VCR发动机的上连 杆处于垂直状态，活塞的侧 向里大幅度降低。因此，活 塞销所承受的负荷也降低， 这可以在活塞与活塞销方面 减少摩擦损失。因此，由于 使用较多连杆导致的摩擦增 加被抵消了，总的发动机摩 擦也会降低。
可变压缩比技术具有下列优势：
• 提高了发动机的热效率，很大程度上改善了 • 发动机的燃油经济性 • 有利于降低排放 • 具有良好的燃料适应性 • 相同输出功率的情况下结构可以更紧凑，达 • 到小排量大功率、大扭矩
存在的问题
• VCR发动机一般都结构复杂，通常都需要对发动 机进行大幅度改变，加工困难
根据发动机的转度与负荷来 改变压缩比
在低速低负荷时采用高压缩比14： 1以获得提高燃油经济性的最佳效 果 随着负荷的增加，减小压缩比以 防止爆震发生 为了在全负荷时采用高增压，将 压缩比设为最低值8：1
活塞行程的特性
传统发动机的活塞运动速度 在上止点时比下止点时要快， 而VCR发动机的活塞在上止点时 移动速度变慢而在下止点时的 速度更快，因此比传统发动机 更加接近简谐运动。
冷却损失与热平衡
冷却损失增加：活塞处于上止点附近时速度变慢，使燃烧气体较长时间处于高温高压下 “其他各类损失”：摩擦损失，泵气损失，未燃碳氢以及漏气造成的损失，其中漏气损失 增加，但摩擦损失减少，所以导致总的“其他各类损失”减少。 结论：可变压缩比发动机可以获得与原发动机相同的热效率
容积效率比较
• 可变压缩比技术的实现方案： • 通过改变气缸盖的结构来实现 • 通过改变缸体结构来实现 • 通过改变活塞及曲柄连杆机构来实现
本文的主要内容
•
本文研究的主要内容是将可变压缩比技术
应用到一台涡轮增压发动机中，并研究其对发动
机性能的影响。此VCR系统使用一种新的活塞-曲
轴系统并入一个多连杆机制来改变活塞在上止点
用多连杆可变压缩比机构提高发动机 性能的研究
A Study of a Multiple-link Variable Compression Ratio Engine Performance
System for Improving
可变压缩比技术的优势
可变压缩比技术的必要性：随着对发动机动力性要求的提高，发动机在高速大负荷下动 力性能好与中、低速中小负荷下动力性能及经济性能较差的矛盾却越来越突出。