可变压缩比技术对汽油机性能的影响

【摘要】作为汽油机关键参数之一的压缩比，对热能利用效率的提升具有很大意义。传统汽油机选择压缩比时以种种条件为限折中选出定值，难以发挥整机潜力。可变压缩比技术能够解决该限制，有效提升汽油机动力性及燃油经济性。本文研究了一种能够实现可变压缩比技术的连杆轴颈偏心套机构。文中分析了该机构的机械运动及相应的活塞运动规律，阐述了压缩比、各冲程长度与机构关键参数之间的变化关系。结果表明，当偏心起始角从0°变化至90°时，压缩比单调递减，膨胀比大于压缩比，做功过程气体膨胀更充分，可以得到更多的有效功，是该机构最具使用价值的工作区间。以GT-POWER计算软件为平台，文中搭建了一台1.6L自然吸气汽油机的仿真数模，并以试验实测数据进行校准，对不同压缩比状态下汽油机的性能进行计算。分析可知热效率、缸内最高温度、最高爆发压力随着压缩比的提升而提升，中小负荷工况表现尤其明显；由于气体的充分膨胀，缸内的温度也得到了适当的下降；比油耗则得到了良好的改善，以典型工况转速3000r/min为例，压缩比提升至13.2时，膨胀比为13.9，比油耗改善8%左右，热效率可提高4个百分点。此外，压缩比变化过程中，冲程的变化会给汽油机的进排气过程带来影响，使得泵气损失在中小负荷区有明显改善，但在大负荷区时有所恶化。压缩比提高时，爆震问题非常关键。文中以自燃理论为指导设计了一种爆震模型，使用爆震指数对爆震尺度进行预测。结果表明，随着发动机负荷、压缩比增大，爆震倾向逐渐增大；随着转速增加爆震倾向有所减小；相对高转速工况而言，低转速工况随负荷增大爆震倾向上升更快；而因为气体的过度膨胀，缸内未燃区温度有所下降，抑制了表面点火对爆震倾向的促进作用。以汽油机外特性爆震水平作为限制，文中对汽油机每个工况适用的最大压缩比进行了标定，在转速为2000r/min~3000r/min的中低负荷区域，该机构能够改善汽油机5%~10%的比油耗，而普遍区域都可达到4%~7%的水平，由此可见可变压缩比技术具有不错的前景。
【作者】林承伯；
【导师】刘敬平；
【作者基本信息】湖南大学，动力机械及工程，2014，硕士
【关键词】可变压缩比；膨胀比；汽油机；爆震；泵气损失；

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