人类对可变压缩比发动机技术的设计机制综述

全可变发动机

现有的可变压缩比技术的种类

发动机可变压缩比技术不外有两类思路；其一是直接改变燃烧室的容积思路；其二是改变活塞的行程思路，并且该思路一直是发动机可变压缩比技术的主流设计思路。理论上，设计者只要随意可控改变发动机动力输出路径上一个部件都能实现可控改变发动机的可变压缩比，使得可变压缩比发动机的设计可能具有十分丰富的变化形式。因为设计改变的部件都是传统往复式发动机最基础的必要技术特征，因此使得可变压缩比发动机的设计者都要遇到数不完的极难解决的技术问题。

1．燃烧室填充法，设置以能够填充到燃烧室内的可移动活塞，直接改变燃烧室的容积。因为该技术并不改变发动机基础机构，好象很省事，其实几乎是不能实现的技术。其核心问题是，因为燃烧室的填充体积还是很大，使得设计很棘手；可移动体还严重破坏了燃烧室的压缩涡流的质量；燃烧室顶部的设计空间几乎没有了，设置可移动活塞，不得不要压缩气门面积；还有转角积炭问题、可移动活塞的材料和密封问题。

2．可变活塞，即双层活塞法，令外活塞移动即改变燃烧室容积。其核心问题是要让外活塞可控移动是艰难的。设置以液压控制，不同气缸的压缩比的改变不是同步的，以及双活塞增大了活塞间隙、活塞的重量，都是不很符合发动机要求的。相近变化还有可变连杆长度。

3．活塞销上设置偏心支撑套，其核心问题是活塞销上的偏心支撑套让连杆过大偏离气缸轴线，因此引起气缸偏磨甚至拉缸；控制机构设计很难，以液压控制还以辅助连杆控制都不能很好解决问题。

4．多连杆法，该法通过曲轴以外的辅助偏心转轴以及摆杆帮助，能够实现可变压缩比发动机。核心问题是连杆往复质量增大一倍以上，并不很符合发动机要求；多个连杆得和多个轴组合，引起很大摩擦能耗。此类技术还使得发动机可控振动问题变得很复杂。

5．齿轮式连杆，引入齿轮改变传统连杆。齿轮的轮齿间是线接触的，因此力学上该法并不是很合理。不但往复质量很大以及机构复杂，该法的独立液压式控制设计、活塞的齿轮支撑设计都还有着原理性的问题。此类技术以法国MCE-5 DEVELOPMENT公司的VCR发动机著名。

6．曲柄销上加偏心套，该法能实现可变压缩比的，只是摩擦能耗大。该办法的核心问题还是偏心套的控制问题，设置同步齿轮控制偏心套，问题是冲程撞击磨损严重，能够设置以双曲轴控制，问题是增加的摩擦能耗很大以及机构复杂。

7．曲轴偏心支撑，即对曲轴设置可变支撑。该设计法是完全能够实现可变压缩比发动机的。应当说到，即使由曲轴偏心支撑设计出了可变压缩比发动机，技术上是不够的，因为此时可变压缩比发动机并不能实现动力输出，因此并不具有实用性，还得设计出合理的动力输出装置。曲轴偏心支撑设计机制有着两大核心技术问题；第一技术问题是曲轴偏心支撑体的震动问题；第二技术问题是轴转换问题，要将发动机动力输出由曲轴的偏心轴线转变为固定轴线。实现轴转换的机构分三类，包括内啮合齿轮组、外啮合齿轮组、等臂式双曲轴。本发明以下所述只涉及对内啮合齿轮组讨论。内啮合齿轮组包括一个输入齿轮和一个输出齿轮，其中两齿轮是内啮合的。设置了轴转换的机构还是不够的，还得将轴转换的机构设置到最合理位置，因此涉及到其他机构的改变。上述两大核心技术问题都要解决，不然即使技术获得了专利权也只能是空的技术。目前世界上已经公开由曲轴偏心支撑机制设计的可变压缩比发动机的专利，因为都不可现实化装机，其实都是缺乏专利实用性的。绝大部分专利对曲轴都设置以偏心支撑套实现偏心支撑的，因为偏心支撑套不具有曲轴轴承盖的力学性能，因此分散式偏心支撑套还是一体式偏心支撑套都有着严重的震动问题。部分专利将轴转换机构设置到发动机内部，因为发动机的内部不能以线接触的齿轮传递发动机主动力，力学原理即不合理；让曲轴直接非固定式连接着很大的质量，瞬间撞击冲量很大以及磨损严重。由曲轴偏心支撑实现的发动机可变压缩比技术是综合性技术，仅设计出部分技术并不是真正的发动机可变压缩比技术。

8．下移气缸盖法，该法是将气缸盖机体连同气缸一起下移，因此减小了燃烧室的容积，是对上述的燃烧室填充法的发展。其核心问题是要可变移动的机构和部件过多和体积过大，不仅控制力度上是很大的，该法还涉及了发动机的密封、冷却、配气以及机体稳定性很多问题。

9．摆动气缸套法，让气缸套可变摆动能够引起活塞相对于曲轴空间角度的不同，实际改变了活塞上止点的位置，即改变了压缩比。该设计法将气缸体连同气缸盖一齐摆动，因此和下移气缸盖法相近，都是局部移动发动机机体。该机制的核心是气缸可控摆动，并且气缸摆动的空间角度很大，使得上止点的活塞轴线偏离了曲轴的径向，因此引起了气缸偏压问题。此外该机制机构复杂，控制致动力和维持力都很大，以及还涉及配气冲击问题、冷却密封问题、发动机机体稳定性问题。此类技术以瑞典的saab公司的svc可变压缩比发动机著名。

热机原理

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