重交--VCR設(shè)計作品

1、第五屆“濰柴動力”汽車創(chuàng)新設(shè)計大賽汽車發(fā)動機的可變壓縮比（VCR）創(chuàng)新設(shè)計參賽隊員： 盧飛泉 趙云勝 陳龍 學 校： 重 慶 交 通 大 學 時間：2011年8月汽車發(fā)動機的可變壓縮比（VCR）創(chuàng)新設(shè)計摘要： 背景：在追求動力性能和經(jīng)濟性能兼顧的今天，多少人一直在為創(chuàng)造出小排量，大功率引擎結(jié)構(gòu)而努力。不斷需求更新更好的技術(shù)，縱觀世界知名的汽車企業(yè)技術(shù)，如HONDA的VTEC、BMW的VANOS、TOYOTA的VVT-I等無不是工程師的智慧與汗水的結(jié)晶。大家都知道這條探索之路沒有終點。而我們僅能為追求更好更優(yōu)地改善或

2、探索新型引擎做出自己的不懈的努力。汽車發(fā)動機的可變壓縮比技術(shù)(VCR)技術(shù)早在2000年或更早就與有人提出，這種可變壓縮比發(fā)動機”向汽車工業(yè)提供了必要的戰(zhàn)略，以生產(chǎn)具有吸引力，功率強大，燃料消耗經(jīng)濟的汽車。這種汽車把燃料油消耗降低了30%，從而能夠滿足歐洲和全世界減少溫室效應氣體排放的目標，只采用傳統(tǒng)的污染治理措施（三元催化器），就可以符合降低污染排放的規(guī)定 。至今，已有諸多關(guān)于VCR的設(shè)計。目前，最具影響的有以下幾項： 薩博的SAAB方案、法國公司MCE-5可變壓縮比發(fā)動機、以及NISSAN的VCR技術(shù)。我們出于目前中國能源短缺及環(huán)保的要求，大膽的提出了我們的方案及探索。 方案：在 我們提出

3、的汽車VCR的方案中，相對于傳統(tǒng)的發(fā)動機增加了些許的機構(gòu)，實現(xiàn)的可變過程可由ECU控制，其控制策略為由ECU控制液壓槍，液壓槍推動頂桿，頂桿上串取的可變凸輪再一次的推動下一級頂桿，由這一級的頂桿撥動齒輪，引起曲柄銷的旋轉(zhuǎn)，曲柄銷也串聯(lián)了凸輪，這樣旋轉(zhuǎn)后的曲柄銷便可帶動連桿上移或下移。從而引起壓縮比的變化（詳見正文）。 結(jié)果：我們提出的方案在理論上能夠完成我們的目標，實現(xiàn)可變壓縮比變化。該裝置的創(chuàng)新點在其不同于一般的實現(xiàn)VCR方案，即通過改變活塞的頂部來實現(xiàn)VCR。而是巧妙地通過一系列機械傳動來改變凸輪的升程從而達到“改變”了連桿的長度的方法來改變?nèi)紵业娜莘e，從而實現(xiàn)VCR，我們的裝置可實現(xiàn)的

4、壓縮比變化范圍在，此外其響應效果顯著, 時為 為，。但也有不足之處，它的壓縮比是階躍性的變化；如果運行工況時先要求大的壓縮比，后即刻需要小的壓縮比則需要一個變化過程，可能反應速度會低于預期水平。不過令人欣慰與振奮的是偌其能實現(xiàn)產(chǎn)品化，這種通過改變凸輪來增加或減少壓縮比，其效果還是相當令人滿意，不僅能為企業(yè)創(chuàng)造出巨額利潤，還能為打破國外汽車企業(yè)在該方面的技術(shù)壟斷，增添國企的核心競爭力方面發(fā)揮巨大作用。關(guān)鍵詞：VCR 理想模型 控制策略 凸輪機構(gòu) 可變升程 新技術(shù)目錄1 術(shù)語表 12 引言23 整體方案2 3.1曲柄銷的修改設(shè)計2 3.2曲柄的修改設(shè)計53.3軸承座的修改與設(shè)計53.4軸承座的配套

5、零件設(shè)計63.5中間傳動裝置的設(shè)計73.6傳動桿的設(shè)計84 結(jié)果.95 討論106 參考文獻107 附錄111術(shù)語表 曲柄銷軸承座曲柄軸承座的配套零件液壓中間傳動裝置槽輪傳動桿棘輪凸輪頂桿軸棘輪槽行星輪2引言：汽車發(fā)動機的VCR技術(shù)在當今來說是一向比較年輕的、前衛(wèi)的、頂尖的技術(shù)。偌此項產(chǎn)品能實現(xiàn)產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化無疑將進一步提高發(fā)動機的動力性、改善其經(jīng)濟性，與當下的電動車相比，其技術(shù)性、可行性、效果更為顯著。均質(zhì)壓然(HCCI)之所以不能普及現(xiàn)代發(fā)動機中，重要原因是發(fā)動機的壓縮比不變，高效工作范圍窄，不能較好的滿足汽車變工況作業(yè)要求，若VCR實現(xiàn)產(chǎn)品化，HCCI技術(shù)將可以更廣泛的應用到發(fā)動機中去，

6、以滿足大家對汽車的動力性及經(jīng)濟性的要求。 從世界范圍來講，人們對VCR技術(shù)的探索已有10多年了，但至今也沒有一款產(chǎn)品化、大眾化的VCR問世，其各種技術(shù)都還處于試驗階段。在此，我們小組大膽提出了我們的思路與解決方案，拋磚引玉。3整體方案 整個傳動裝置視圖 整體視圖（一）、（二）局部視圖局部視圖（一） 局部視圖（二） 為了完成該方案本文從設(shè)計上分6部分； 1）曲柄銷的修改設(shè)計； 2）曲柄的修改設(shè)計； 3）軸承座的修改與設(shè)計；4）軸承座的配套零件設(shè)計； 5）中間傳動裝置的設(shè)計；6）傳動桿的設(shè)計；3.1曲柄銷的修改設(shè)計： 為實現(xiàn)壓縮比可變，我們結(jié)合凸輪機構(gòu)可變升程的特性，在傳統(tǒng)發(fā)動機上串聯(lián)一凸輪。由于

7、一般發(fā)動機的活塞上止點與缺體頂邊緣的距離為5-10mm，因此我們把凸輪的升程定位5mm，見圖如下所示曲柄銷（改后）不難想象要實現(xiàn)活塞升程可變，那么曲柄銷與曲柄的連接為懸浮式，這樣曲柄銷才能旋轉(zhuǎn)。因而，為了能使曲柄銷旋轉(zhuǎn)，我們在曲柄銷的端面進行加工。下圖的任務就是實現(xiàn)曲柄銷的旋轉(zhuǎn)，行星輪的中間齒輪逆時針旋轉(zhuǎn)（順時針旋轉(zhuǎn)），則行星輪必然會順時針旋轉(zhuǎn)（逆時針旋轉(zhuǎn)）從而引起曲柄銷的順時針旋轉(zhuǎn)（逆時針旋轉(zhuǎn)）。這行星輪樣的話就引起了曲柄銷上的凸輪的旋轉(zhuǎn)。進而導致活塞升程的變化。那么這個中間齒輪的動力又從哪里來呢？要是能引用發(fā)動機的動力來驅(qū)動就好了！但是空間不足。后來結(jié)合曲柄銷的旋轉(zhuǎn)特性我們想到了利用槽輪。

8、槽輪我們把槽輪與中間輪串在一起，形成了一個整體。這樣，只要槽輪能夠旋轉(zhuǎn)，那么，中間齒輪必然會旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在的問題是如何實現(xiàn)槽輪的旋轉(zhuǎn)。我們的想法是通過一個伸出的探針來撥動槽輪旋轉(zhuǎn)，撥動一次槽輪旋轉(zhuǎn)60°。接下來的問題是這個槽輪如何固定。通過在曲柄銷鉆取一通孔，后用一根軸將中間齒輪、槽輪連接起來，然后另一端用螺母固定。其具體結(jié)構(gòu)如下： 曲柄銷 曲柄銷內(nèi)部增加裝置為了防止曲柄銷在連桿的力的作用下自己旋轉(zhuǎn)（從受力分析，這個力臂很小，應不足以轉(zhuǎn)動，但為了安全起見，我們還是設(shè)計安全機構(gòu)），我們在曲柄銷的端面設(shè)置了棘輪，來防止壓縮比失控。由于考慮到空間局限性，可采用剛性與塑性都較好的彈簧片。3.2曲

9、柄的修改設(shè)計：由1部分的曲柄銷的修改設(shè)計可以知道曲柄的修改與設(shè)計。其具體內(nèi)容如下：號的曲柄端面要加工棘輪槽，此外，就是曲柄銷配合，所以修改不大。但是探針與槽輪配合的時候就很可能與曲柄端面相碰，這是我們不希望看到的結(jié)果。所以，在曲柄的端面還應該給探針留一道深槽軌跡，以免發(fā)生相撞。具體怎么開槽，以后分析時再述。這里僅給出曲柄銷配合時的挖空狀態(tài)。如下圖所示： 觀察曲柄的不同視角3.3軸承座的修改與設(shè)計： 為了能使槽輪運轉(zhuǎn)，就必須有桿撥動槽輪，這里我們把撥動槽輪的桿布置在軸承座的底座上。為了能讓桿按我們的要求去撥動槽輪，我們首選凸輪機構(gòu)。通過讓這個凸輪的轉(zhuǎn)速與曲軸的轉(zhuǎn)速同步，這樣就可以改變凸輪的升程與

10、升程的角度來讓其按照要求撥動槽輪。另外，為了解決曲軸每旋轉(zhuǎn)一周，連桿就會撥動槽輪一次，導致壓縮比不斷的改變的難題，我們的解決方案是通過一個液壓裝置來推動凸輪做軸向移動，通過調(diào)節(jié)液體多少來控制壓縮比的改變。這樣連桿、凸輪、液壓裝置都要求布置在軸承座上，進而通過尺寸設(shè)計可以定出軸承軸的外形。其圖大致如下： 圖中粉紅色的孔的是液壓油道，其他為部件孔上面的圖做了透明處理，此圖為外觀圖3.4軸承座的配套零件設(shè)計這部分包括了3個部件的設(shè)計：1）撥動槽輪的頂桿；2）凸輪軸；3）液壓裝置； 先介紹液壓裝置。液壓裝置的作用是推動凸輪軸軸向移動，使得凸輪可以對頂桿產(chǎn)生作用。它的原理如下圖所示： 此圖為液壓裝置，左

11、圖（透明處理）中彈簧里充滿了高壓的油 凸輪頂桿粉紅色部分為“凸輪” 此圖為頂桿，同上，彈簧是回位彈簧圖液壓裝置的彈簧處于壓縮狀態(tài)，當需要改變壓縮比時就調(diào)高油壓使其向左移動，圖中凸輪頂桿軸的左端面為圓柱齒輪，其用作載取動力，中機構(gòu)在中機構(gòu)的作用下，向左移動，由于中機構(gòu)頂桿的B點與中機構(gòu)的A點接觸且空間相互垂直，這樣中機構(gòu)就會在中機構(gòu)推動下使中的頂桿向前移動進而撥動槽輪轉(zhuǎn)動。3.5中間傳動裝置的設(shè)計：前面提到圖中的凸輪頂桿是旋轉(zhuǎn)的，為了便于控制，我們設(shè)計的凸輪頂桿轉(zhuǎn)速要與曲軸的轉(zhuǎn)速一致，當然它的旋轉(zhuǎn)力也是取自曲軸。基于此，在動力傳送過程中，我們需要一傳動裝置，其圖形如下： 中間傳動裝置圖 上圖的不

12、同視角A端的錐齒輪是為了從上一級裝置中取出動力，B端同軸同轉(zhuǎn)速。B短語凸輪頂桿的左端齒輪相配合，這樣，便得到了凸輪頂桿的動力。3.6傳動桿的設(shè)計；傳動桿的作用是把曲軸的動力取出來，傳送給中間傳送裝置，具體形狀如下圖所示： 傳動桿（主要作用是從曲軸截取動力）A是與曲軸同大小、同齒數(shù)、同模數(shù)的圓柱齒輪，從而保證傳動桿的轉(zhuǎn)速與曲軸的轉(zhuǎn)速保持一致。同樣的C、D、E、F四個錐齒輪的轉(zhuǎn)速也與曲軸轉(zhuǎn)速一致。通過它們就能夠把動力傳動給中間的傳動裝置，這樣就實現(xiàn)了可變壓縮比。當然經(jīng)過這樣的設(shè)計曲軸箱、曲軸端蓋要做少許的改動，這里不再闡述。4結(jié)果： 結(jié)果：在方法一欄中，我已經(jīng)分步驟講了我們設(shè)計的可變壓縮比（VCR

13、）的工作過程，但是不夠連貫，這里我們以示例的方式將其工作過程簡述一遍。 現(xiàn)假設(shè)，活塞的上止點距缸體上平面為7mm，活塞升程118mm，活塞直徑為107.5mm，燃燒室容積為0.129L，單缸的工作容積易算得為1.071L，這是車的壓縮比為9.3，汽車在行駛過程中會有工況變化，這是ECU會計算在該工況下的最佳壓縮比，然后ECU及時發(fā)出指令讓執(zhí)行器（液壓器）工作起來，這里就是指液壓器的壓力變大，從而推動凸輪頂桿，（當然在此動作執(zhí)行的整個過程中，凸輪頂桿是與曲軸一樣的旋轉(zhuǎn)著的，且轉(zhuǎn)速一致）。凸輪頂桿在液壓器的推動下，軸向移動，這時凸輪頂桿上的凸輪就與頂桿相配合，從而凸輪推動頂桿伸出曲軸軸承蓋。當曲柄

14、旋轉(zhuǎn)過速時，頂桿就會撥動槽輪旋轉(zhuǎn)，槽輪與行星輪副的中心齒輪是一體的。這樣，行星輪中心齒輪就會旋轉(zhuǎn)從而讓曲柄銷旋轉(zhuǎn)。由于曲柄銷的設(shè)計，旋轉(zhuǎn)后的曲柄銷會提高（或降低）。連桿的中心位置，從而改變活塞的上下止點的位置，進而改變壓縮比。假設(shè)頂桿撥動槽輪旋轉(zhuǎn)一次那么小齒輪經(jīng)過行星輪將帶動曲柄銷旋轉(zhuǎn)1/18周，即360/18=20°，那么調(diào)節(jié)后的活塞上止點與缸體上平面的距離為7-5*sin20=5.29mm，這時的工作容積依舊未變?yōu)?.071L，但燃燒室的容積減少了1.71*107.5²/4=0.016L這時的壓縮比為10.4，壓縮比提高1.1，若ECU控制為減少壓縮比，那么則必須經(jīng)歷先

15、增大壓縮比，再減小壓縮比，不過不用擔心，壓縮比增高了，我們可以控制ECU適當少噴油，而壓縮比是發(fā)動機每循環(huán)變動一次假設(shè)發(fā)動機處于4000r/min，那么每轉(zhuǎn)的時間為60/4000而要減少壓縮比，需10次（或更高但不超過18次），那么現(xiàn)實的時間為10*60/4000=0.15s可見，這時非常短的時間，所以肯定能反映過來，響應性較好。5討論： 我們的方案如果能夠?qū)崿F(xiàn)，那么從控制上是比較方便的，基于現(xiàn)在先進的發(fā)動機電子控制技術(shù)，可以精確的控制頂桿伸縮的時間這樣就可避免因其伸出時間不當而發(fā)生卡齒或撥不到齒輪的現(xiàn)象。這樣通過我們的設(shè)計便實現(xiàn)了VCR，進一步提高發(fā)動機的動力性、改善其經(jīng)濟性，使HCCI技術(shù)

16、可以更廣泛的應用到發(fā)動機中去。當然，由于我們水平有限，因而裝置還有一些沒解決的問題：不會用軟件進行仿真與應力分析，這樣不知道曲軸在高速運行下是否會與其他部件發(fā)生干涉，是否會發(fā)生變形。6【參 考 文 獻】【1】 單巖，謝龍漢 . CATIA V5機械設(shè)計應用實例. 清華大學出版社2004年10月 第一版【2】陳家瑞. 汽車構(gòu)造（上） 北京： 機械工業(yè)出版社，2009年2月【3】臧杰，閻巖. 汽車構(gòu)造 北京：機械工業(yè)出版社，2010年8月相關(guān)網(wǎng)站:中國汽車工程師之家機械設(shè)計網(wǎng)中國機械網(wǎng)www.china-7附錄 可變壓縮比的研究與進展解決動力性、燃油經(jīng)濟性及排放性能之間的矛盾一直是發(fā)動機技術(shù)研究的

17、重點，而可變壓縮比技術(shù)是解決這一 矛盾的技術(shù)之一。該附錄主要介紹了發(fā)動機可變壓縮比技術(shù)的概念、研發(fā)進展、實現(xiàn)方案、優(yōu)點及存在的問題。嚴峻的能源形勢和日益嚴格的排放法規(guī)使傳統(tǒng) 發(fā)動機，尤其是傳統(tǒng)的車用發(fā)動機面臨著嚴峻的生存挑戰(zhàn)。 一直以來，既有良好的動力性能又有良好的 燃油經(jīng)濟性和排放性能是發(fā)動機所追求的目標，然而這些性能在一般的發(fā)動機上又沒法同時獲得。為了解決這個矛盾，一些新技術(shù)如可變技術(shù)應運而生， 其中像可變氣門正時、可變氣門行程、可變進氣歧 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)動機熱效率、燃油經(jīng)濟 性和排放性能

18、，但由于種種原因發(fā)展相對滯后。1概念 可變技術(shù)是內(nèi)燃機相關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或參數(shù)隨著 使用要求和工況的變化而變化，使內(nèi)燃機在各種工況下都達到理想的工作效果，綜合性能指標得到大 幅提高，并能夠避免不正常燃燒及超負荷工作等發(fā) 生的一種技術(shù)。我們知道，發(fā)動機從設(shè)計制造好之后，其很多參數(shù)如配氣相位、壓縮比等就是固定不變的，這些參數(shù)只是綜合各種工況下最好狀態(tài)后的折 中，這使發(fā)動機不能完全發(fā)揮其性能。發(fā)動機研究者們一直致力于提高發(fā)動機的各種性能，如果將一個個不可變的結(jié)構(gòu)及參數(shù)變成可隨相應工況和需要靈 活可變的，則能在很大程度上改善發(fā)動機的綜合性能。可變技術(shù)就是基于這種想法而出現(xiàn)的，其在解決 較大轉(zhuǎn)速荷范圍的動力

19、性與經(jīng)濟性及排放性 的矛盾顯示出獨特的優(yōu)勢。 壓縮比是氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，其表示活塞由下止點運動到上止點時氣缸內(nèi)氣體被壓 縮的程度，是衡量發(fā)動機性能的重要參數(shù)，是影響發(fā) 動機效率最重要的因素之一。一般來說，壓縮比越高，發(fā)動機的性能就越好。對于傳統(tǒng)的發(fā)動機，一經(jīng) 設(shè)計好其壓縮比是固定不變的，因為燃燒室容積及 氣缸工作容積都是固定的參數(shù)?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機的 壓縮比汽油機一般為812，柴油機一般為1222 ?？勺儔嚎s比技術(shù)主要是針對增壓發(fā)動機的一種技術(shù)。固定的壓縮比不能充分發(fā)揮發(fā)動機的性能，事實上在小負荷、低速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機的熱效率低，相應 地綜合性能比較差，這時可以用較大的壓縮比，而在大負

20、荷、高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，若壓縮比過高，則很容易發(fā)生爆震并產(chǎn)生很大的熱負荷和機械負荷，這時可以用較小的壓縮比。隨著負荷的變化連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，可以最大限度地挖掘發(fā)動機的潛力，使其在整個工況區(qū)域 內(nèi)有效提高熱效率，進而提高發(fā)動機的綜合性能。2國內(nèi)外關(guān)于可變壓縮比的研究關(guān)于可變壓縮比技術(shù)的研究起步較早，最早主要 是在壓燃式發(fā)動機方面研究。英國內(nèi)燃機研 究 所（BICERI） 于1952年就開始了可變壓縮比活塞的研 究，后來其將高壓渦輪增壓技術(shù)推廣到了中速壓燃式發(fā)動機上，獲得了很高的動力性又不使氣缸壓力超過限度。美國大陸公司于1961年開始研究的用于坦克動 力的AVCR1360-2可變壓縮比柴油機，壓縮比可高

21、達9： 116： 1。其突出特點是, 為了克服過高的熱負荷和機械負荷, 達到盡可能高的強化程度以及改善起動 性能和低速工作性能等采用了變壓縮比活塞。我國西安交大的王志達先生于20世紀70年代末研制成可變壓縮比擺盤柴油機，這種柴油機將擺盤設(shè)計成可以沿 軸向移動的結(jié)構(gòu)，通過控制擺盤的軸向位置來改變活塞的上下止點位置，使擺盤柴油機的壓縮比成為可變 的和可以調(diào)節(jié)控制的。其結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，不僅像低壓縮比柴油機那樣能實現(xiàn)高增壓, 而且在起動性能和低負荷性能方面也表現(xiàn)優(yōu)越。前蘇聯(lián)在20世紀80年 代就由拖拉機研究所車拉賓斯克分所做了可變壓縮比柴油機的試驗研究，其達到了在相同的增壓條件下提高功率，提高部分負

22、荷的經(jīng)濟性,并降低發(fā)動機零 部件熱應力和機械應力的目的。近數(shù)十年來，隨著日益嚴峻的能源問題和越來越嚴格的排放限制，可變壓縮比技術(shù)的研究在點燃 式發(fā)動機上進展迅速，出現(xiàn)了很多相關(guān)的新技術(shù)和專利，幾種優(yōu)秀的可變壓縮比發(fā)動機也已經(jīng)問世，如瑞典紳寶（SAAB）汽車公司于2000年開發(fā)的1.6 L可 變壓縮比發(fā)動機SVC，壓縮比可在8： 114： 1 之間變化，其最大功率為168 kW，達到了3.0 LV6發(fā)動機的水平，最大扭矩為305 Nm，CO，HC排放值平均可降 低30%，百公里耗油為8.3 L，性能很好。法國的MCE-5 Development 公 司 開 發(fā) 的 MCE -5 可變壓縮比發(fā)動

23、機，壓縮比可以從7： 120： 1無級地變化，壓縮比控制 的過程非常快，是一種一體化的發(fā)動機組,綜合了功率傳輸和壓縮比控制功能，采用了長壽命的齒輪和 滾珠軸承系統(tǒng)導向的活塞，燃燒熱效率可以 提 高20%，燃油消耗可降低30%。德國的FEV公司研發(fā)的1.8 L可變壓縮比汽油機，壓縮比可在8： 116： 1之間進行調(diào)節(jié)，其扭矩達300 Nm，功率達165 kW，升功率超過90 kW/L，且相對于固定壓縮比的原型車油耗 降低了7.8%，也滿足歐排放要求。日本的日產(chǎn)公司于2005年研制的VCR發(fā)動機，壓縮比可在8： 114： 1之間變化，在100 km/h定速行駛時，其燃油消耗可降 低13%，且在高壓

24、縮比時燃燒性能良好，即使在大量廢氣再循環(huán)的工況下燃燒性能仍然穩(wěn)定。 我國對可變壓縮比技術(shù)的研究起步較早，但由 于種種原因尚沒有理想的產(chǎn)品問世，國內(nèi)對VCR發(fā)動機的研究基本還處在理論研究階段。很多相關(guān)的 專利技術(shù)如四川王季高工的 內(nèi)燃機智能燃燒室、廣東陳晨的自適應可變壓縮比發(fā)動機、貴州羅興祥的充氣式可變壓縮比發(fā)動機等都是我國在這領(lǐng) 域的研究成就。尤其值得一提的是季先生于2002年提出并獲得專利的內(nèi)燃機智能燃燒室技術(shù)，其擴大和提高了可變壓縮比的作用，獲得了很好的應用效果。3可變壓縮比的實現(xiàn)方案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)動機的燃燒室

25、由活塞頂、氣缸和氣缸蓋三部分 構(gòu)成，迄今為止出現(xiàn)的一些可變壓縮比實現(xiàn)方案都 是圍繞這三個元素而行的。通常采用的手段大致為 下面三種：a. 通過改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。b. 通過改變缸體結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。c. 通過改變活塞及曲柄連桿機構(gòu)來實現(xiàn)。具體結(jié)構(gòu)方案見圖1。 其中，方案1將氣缸和氣缸蓋設(shè)計成一個整體， 他們相對于曲軸移動一定位置，使燃燒室容積有所變化，進而使壓縮比改變，紳寶汽車的SVC發(fā)動機用的就是這種設(shè)計，其缸體和氣缸蓋通過一組搖臂動態(tài)連接。方案2是通過改變氣缸蓋的形狀結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，借助 于氣缸蓋里面的副活塞或氣門來改變?nèi)紵胰莘e進而改變壓縮比。Ford汽車公司和瑞典Lund技術(shù)學院在 這方面的

26、研究比較領(lǐng)先。這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)在兩氣門發(fā)動機上實現(xiàn)了，不過在多氣門氣缸蓋上實現(xiàn)起來還需要做進一步的研究。方案3利用具有特殊結(jié)構(gòu)且壓縮高 度可變的活塞來改變?nèi)紵胰莘e進而改變壓縮比。應用比較成功的是由英國內(nèi)燃機研究協(xié)會 研 發(fā) 的BICERA可變壓縮比活塞，其結(jié)構(gòu)由內(nèi)、外活塞，上、下 油腔和兩個止回閥以及限壓閥和節(jié)流閥等組成，內(nèi)、外活塞之間構(gòu)成上、下油室，通過液力耦合可相對移動，改變上、下油室體積，從而改變活塞的壓縮高度。Daimler-Benz公司的VCR發(fā)動機也采用這種可變活塞 高度設(shè)計。方案4利用一個偏心的曲柄銷或一根長度可變的連桿通過改變活塞高度來改變?nèi)紵胰莘e進而改變壓縮比。Gomecsy

27、s公司研發(fā)的VCR發(fā)動機就是這種設(shè)計。方案7、方案8、方案9都是借助于多連桿方式并且加設(shè)一根操縱桿而實現(xiàn)可變壓縮比的，這類方案比較有代表性的設(shè)計為日產(chǎn)研發(fā)的可 變壓縮比發(fā)動機。除了紳寶公司的SVC發(fā)動機，當今成熟的有代表性的可變壓縮比發(fā)動機基本都是通過改變活塞及 曲柄連桿機構(gòu)的設(shè)計來實現(xiàn)的，像德國FEV公司的曲軸偏心移位技術(shù)、法國MCE-5可變壓縮比發(fā)動機 使用的滾子導向活塞技術(shù)、日本日產(chǎn)公司的多連桿系統(tǒng)VCR發(fā)動機、英國內(nèi)燃機研究協(xié)會的可變活塞高度設(shè)計、Gomecsys公司的曲柄銷移位設(shè)計等都是這種方案成功的例子。值得一提的是，各種設(shè)計方案都有其獨到的優(yōu)點，可以綜合以上各種方案博采眾長來設(shè)計

28、理想的 具有競爭力的VCR發(fā)動機。4可變壓縮比的優(yōu)點a. 提高了發(fā)動機的熱效率，很大程度上改善了 發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。這是可變壓縮比技術(shù)對發(fā)動 機最大的好處。采用VCR后，無論是何種工況，發(fā)動機總在爆震限制條件下工作，獲得最佳熱效率。b. 有利于降低排放。發(fā)動機的有害排放很大一 部分是在冷啟動和暖機階段產(chǎn)生，而廢氣催化轉(zhuǎn)換器的工作溫度為400 ，VCR可以縮短在催化轉(zhuǎn)換 器達到工作溫度之前的冷啟動階段，以降低此階段的排放。c. 具有良好的燃料適應性。因為VCR發(fā)動機總 是以最適合于所用燃料的壓縮比工作，這使發(fā)動機在所用燃料種類如標號的選取方面非常靈活，增強了發(fā)動機的靈活機動性。如果VCR發(fā)動機選用辛烷 值更大的燃料工作，這種優(yōu)點尤為突出。d. 相同輸出功率的情況下結(jié)構(gòu)可以更緊湊，達到小排量大功率、大扭矩