未来汽油机三剑客之一——可变压缩比技术(下篇)

2015-06-12 19:47:24来源: 车云网

    在《未来汽油机三剑客——可变压缩比技术(上篇)》中,车云菌为您介绍了保时捷欲在2017款boxster将可变压缩比技术首度实用化的消息,如果该计划顺利付诸实施,则保时捷极有可能成为世界上首个具备可变压缩比发动机量产能力的整车制造商,并借此占据占据市场的主导。

   其实,追溯往昔我们不难发现,曾经为可变压缩比技术的落地而不懈努力的整车厂商远不止保时捷一家,被公之于众的样机及实现方案也并不止此一种,可究竟它们为何都消逝在历史的洪流之中呢?我们不妨来简要了解一下,或许能够从中有所收获。

    熟络此项技术的人想必清楚,如果将曾经所提出过的所有可变压缩比技术方案按实现方式进行区分,大致可分为采用非传统结构的曲柄连杆机构、改变曲轴与气缸顶端间距以及改变活塞连杆长度三类,其中保时捷所采用的就是第三类方案。(注:这里需要特别指出的是,如阿特金森循环或米勒循环发动机也同样具备压缩比可变的功效,但由于其已被特指为一种循环工况,所以人们在讨论可变压缩比技术时通常会将其略去。)

    当然,这并不代表其它两类方案就完全行不通,因为它们的理论可行性也均经过广泛论证,但如若非要为前人的失败讨要个说法,那恐怕就只有四个字——太过繁冗。

    复杂的结构会滋生出诸多弊病,除了制造成本会随之水涨船高之外,一些意想不到的问题也会不时的冒出来令开发者们焦头烂额,曾经红极一时的萨博SVC(萨博可变压缩比技术)发动机及日产VCR(日产可变压缩比技术)都因此栽了跟头。

缸盖可转动的萨博SVC发动机

    2000年的日内瓦车展上,一款别具一格的“怪家伙”吸引了全世界的关注,它就是萨博SVC发动机。从结构上来看,该机型采取了我们所讲到的第一种技术方案,即改变曲轴与气缸顶端的间距。

    根据官方所给出的原理示意,萨博为了实现压缩比可变,对该机型可谓是进行了脱胎换骨式的改良。首先,其缸盖结构便经过重新设计,采用了一种全新的集成式缸盖方案,也就是将缸盖与缸体通过液压控制构件连接在一起,而不是螺栓。这种设计在当时的发动机中堪称独树一帜。

SVC发动机结构图

    其次,SVC发动机的上半部分还可以进行偏转。如上图所示,SVC发动机大致由两大部分构成,其中,缸盖、活塞、气门总成我们可称之为第一部分;而连杆、曲轴箱我们视之为第二部分。与传统发动机一样,该机型位于下方的曲轴箱在发动机运转时保持固定不动,但上方的气缸与活塞部分,则会以曲轴为中心,借助液压机构的推力发生转动,从而使燃烧室容积发生改变。

Hydraulic Actuat(液压推动装置)

    更具体点说,萨博在缸体与缸盖之间安装有楔形滑块,且缸体通过Hydraulic Actuat(液压推动装置)连接在气缸顶端,当Hydraulic Actuat工作时,气缸顶端就会在液力的推动下产生轻微偏转(最大偏转角度为4度)。虽然这个偏转角度看起来很小,但当活塞到达上止点时,其对压缩比造成的影响却十分巨大。据介绍,该机的压缩比可在8:1至14:1之间连续变化。

    那为何这种看似十分巧妙的方案却最终搁浅了呢?问题就出在了集成缸盖上面,这点恐怕连萨博的工程师们也始料未及。

    首先由于这种集成缸盖可以发生偏转,因此工程师必须为其设计一套独立的冷却系统。该系统的冷却油道与缸体相连接,并用橡胶件进行密封,可如若橡胶件长久往复工作,就极易因为受力疲劳而发生开裂,进而导致整个冷却油道出现泄漏。

    再者,因该机型加入了液压推动装置及以连续可变压缩比作为开发目标,所以其无论软件还是硬件方面都要比传统内燃机复杂上很多。尤其是软件方面,当时的萨博尚未掌握一套成熟可靠的控制逻辑,以确保在连续可变压缩比时发动机能够稳定运转。故直至其破产,这款发动机也未被投入实际使用。

采用非传统曲柄连杆结构的日产VCR发动机

    日产的VCR发动机同样被复杂的结构所击败,而且输的更为彻底。为什么这么说呢?我们先来看看其是如何实现压缩比可变的。

日产VCR发动机核心部件图

    如图所示,日产VCR发动机的所采用的方案与萨博、保时捷均不一致,其核心技术为一套特殊结构的多连杆曲柄连杆机构(该结构与奥迪、宝马及PSA等厂商的可变压缩比方案如出一辙),这种设计在普通发动机中是绝对不曾见到的。

    简单来说,该机构在原有的曲柄连杆机构上又额外增加了一套VCR(可变压缩比)连杆机构及一根控制轴。其中VCR连杆机构由转动曲柄销杠杆及其一端与控制轴的连接连杆构成。当控制轴转动时,控制轴连杆会带动曲柄销回转,并使杠杆发生摆动。由此便促使活塞的上止点位置出现上下移动,实现了压缩比的可变。

    或许有人会质疑,这套结构看上去并没有萨博的偏转缸盖复杂,确实,表面看的确如此。可如果深究下去,其内在问题却足以让开发人员喝上好几壶。

    其一,这套系统的连杆数量颇多,由此便会引发发动机的整体摩擦损失增大,如果发动机过度磨损,显然寿命上就无法被市场所接受。

    其二,多连杆结构的还存在加大发动机的总体尺寸,使整车布置难度上升,尤其是对于布置空间本就捉襟见肘的前置前驱车型来说,过大的体积所造成的最终结果就是这台发动机根本没地方放。

    其三,连杆数量的增多还会使发动机的振动变得更加难以控制,进而引发共振及异响现象的出现。

    根据日产的技术合作伙伴雷诺当时的推算,如果日产一心想把该技术付诸实用,则所需耗费的金钱将数以亿计,这一数字无论对于哪家企业来说,都必须慎之又慎。果不其然,正如雷诺所言,日产VCR发动机的最终命运,便是因结构所导致的研发成本上升而无限延期,黯然地暂别了历史舞台。

车云小结:

    在可变压缩比技术发展的百年间,与萨博及日产相仿的例子还有很多很多,在此车云菌就不一一列举了。虽然这些方案无一例外,均未实现落地,但其在探索中所积累的宝贵经验,无疑为后来者最终迈向成功指明了方向。

    不过以史为鉴,菌菌我不免会心生疑问,难道保时捷的量产之路就真的一片坦途了吗?也不尽然。有人就曾提出质疑,保时捷的方案虽然硬件结构简单,软件上也做了取舍,可要想真正实现量产,恐怕还要跨过匹配关。如若与变速箱匹配不当,可能会适得其反。这种担忧是否会成为现实,只有等到新款boxster宣告上市的那一天才能一见分晓。

关键字:未来  可变压缩比  技术

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2015/0612/article_10976.html
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