我的新发明帮我分析一下可行不？尤其是动平衡！

jackie张

“一种汽车发动机可变压缩比装置”

下面是我自己做的简易分析，目标是做成发动机可变压缩比通用零件，运动分析、力分析、动平衡还请专家们用专用软件分析一下，本人十分感谢，有愿意合作开发的发我邮箱hljzzqfhc@163.com。

可行性分析

用一种铰链杆件传动机构来改变活塞上止点位置的方法为：在活塞与主连杆之间设置偏心装置，
其转动能改变活塞上止点位置，同时还能起到连接支撑的作用。如偏心衬套或偏心轴，能够使偏心
装置转动的机构及时本发明最主要的部分，即：铰链杆件传动机构，具体为平行四边形铰链杆件传动机构，其一端与偏心装置连接，一端与调节轴连接，中部悬空。

首先考虑的问题是这种装置对发动机有那些影响
(运动学分析、动平衡和受力分析未能充分给出,需用仿真软件分析）

一.动平衡方面

1.往复质量增加，惯性力加大，用于四缸机，两个汽缸上行，两个汽缸下行，可变压缩比装置的传动机构往复惯性力可全部抵消。

2.主连杆小头发生径向位移2~3毫米，主连杆重心会发生偏移，但不超过1毫米

3.传动机构的动平衡，改变压缩比过程中传动机构各部重心会发生偏移，偏移是同时进行的，往复惯性力没有改变，动平衡会发生微小改变，与机构各部件尺寸比例有关。

二.受力分析

活塞对偏心装置发生作用力使偏心装置产生一定的转矩，偏心装置的转矩全部由传动机构承担。

1.偏心装置转矩计算
偏心衬套的转矩越小越好，可减小控制力。偏心衬套偏心距3毫米，偏心衬套最大旋转力臂为3毫米，高压缩比和低压缩比时力臂将小于2毫米，最大转矩等于活塞下压力F*0.003,转矩值100~200牛米。

2.传动机构杆件受力情况

活塞在上止点的位置上下移动幅度达到3到5毫米就可产生足够大的可变压缩比范围，所以偏心衬套只需达到3毫米左右，转角120度即可达到目标。一台2.0升排量汽油发动机估算平行四边形机构连杆受力情况，设：缸径为86毫米，行程为86毫米，燃烧室最高爆发压力达到7Mpa（已高于正常压力），
偏心衬套偏心距为3毫米（取力臂最大值），耳臂力臂为50毫米，不计摩擦，在汽缸爆发最高压力时，偏心衬套将产生约120牛米转矩,每个传动机构的连杆只承受172公斤的拉力或压力，所以平行四边形机构受力不大，其重量体积可以做得比较小。对于一台2.0升低增压发动机而言，加入这种可变压缩比装置后，发动机的总重增加可以控制
在10到15公斤范围内（包括发动机由于功率负荷提高而进行强化增加的重量），而整个可变压缩比装置的质量小于5公斤。所以，本发明可以在基本不改变发动机结构、重量和体积的情况下，实现可变压缩比功能。

3.调节轴受力情况
调节轴与各偏心衬套同步转动，调节轴的转矩等于各偏心衬套转矩之和，各汽缸交替点火，最大转矩相互错开，而且平行四边形传动机构随活塞运动不产生转矩，调节轴最大瞬时转矩150~300牛米。

三.控制特性分析

1.平行四边形机构具有平行传动的特性，两个平行四边形机构串联起来仍然具有此特性，中间加入换向架能转变平行传动的方向，就像本发明的传动机构，调节轴的驱动臂相对机体转动的角度与偏心衬套相对活塞转动的角度时刻保持相等，并且不受活塞作往复运动的影响。

2.实时压缩比的测量

根据平行四边形机构具有平行传动的特性，实时压缩比的数值可通过调节轴相对机体的转角计算出。

三.控制\驱动装置

1.电动装置：步进电机、蜗轮蜗杆组件，蜗轮与调节轴连接。由于调节轴受转矩较小，电机功率也可较小，调节轴将不必安装角度传感器，实时压缩比与步进电机的转角直接相关，可通过函数关系计算出。

2.液压装置：液压相位控制器、换向电磁阀、角度传感器，相位控制器与调节轴连接。发动机ECU根据角度传感器测得数据计算出实时压缩比，通过换向电磁阀控制调节轴转角。

由于传动机构惯性较小受力较小，使用上述任何一种驱动装置都可以准确快速地改变压缩比，而且都是现有的技术，如;液压驱动装置 与VVT发动机的VVT相位控制器基本相同，而且其外部是与机体固定连接，与换向电磁阀连接更加简易。

四.整机方面/影响

1.外观

与一般发动机几乎没有区别，长、宽、高无变化，发动机其他附件、部件、电线、管道布置都没有改变，发动机舱与原来一样。唯一不同是曲轴箱与汽缸底边结合部外侧容纳了调节轴，调节轴在机体内，外观看上去有些凸出，在调节轴的一端或中间有驱动装置，液压驱动装置可包容在发动机的前部，电动驱动装置可露在外面。

2.体积

与相同排量发动机相比体积无明显变化，发动机强化对体积的影响很小。

3.重量

（1）.相同排量进气方式，或者由原型机设计出的VCR发动机在重量方面会增加，增加的重量包括可变压缩比装置重量和发动机修改强化增加的质量，前者为3~5公斤，后者为2~5公斤。增长的幅度不超过发动机的10%。

（2）.相同功率或动力性能情况下，只要VCR发动机动力性能增长的幅度超过发动机重量增长的幅度，则VCR发动机重量更轻，

4.排量

发动机排量减小，所有零部件减小，成本下降，三缸机成本更低。


5.零部件

绝大多数零部件没有改变，零部件采购无任何难题。特有部件就是本本可变压缩比装置，包括：偏心衬套、四个连杆、换向架、几个销轴、驱动臂、调节轴以及驱动装置，这些零件无复杂特别之处。只是为容纳这套可变压缩比平面连杆机构，与之接触或距离很近的零部件需要稍微修改外形，让出足够的运动空间，如：活塞、主连杆曲轴、曲轴箱。显然本VCR发动机很好地继承了现有发动机的结构部件，这与法国MEC-5、瑞典saab svc有明显区别，它们必须使用新开发的大量部件成本、可靠性必然受到很大影响。非常重要的是本可变压缩比装置可像VVT技术那样标准化、成为通用零部件，应用于各种系列化的成熟发动机。

6.大批量生产及质量控制

如上述5所述绝大多数零部件没有改变，可变压缩比部件无复杂特别之处，无需贵重生产设备，对工人也特殊要求，技术工艺简单，质量控制无难点。

7.成本

（1）.同排量发动机衍生出的VCR发动机成本必然增加。

机械方面：增加了可变压缩比部件，成本增加至少5~7%，以一台2.0升自然吸气汽油发动机为例







电控方面：增加了角度传感器，其他传感器可能也要增加，发动机ECU运算的复杂程度增加，电控方面主要是发动机ECU成本增加。

（2）.单位功率成本（kw/元）

单位功率成本是非常重要的指标，直接影响发动机能否大规模生产和企业效益。在这方面法国MEC-5单位功率成本增加35~40%，其1.5升VCRi发动机成本比同功率的V6发动机成本高约500欧元，这当然是指其发动机技术、工艺、成本控制完全成熟的情况下。但并非凡是VCR发动机单位功率成本都要增加，这与使用的技术方案有直接的关系，很明显本发明的可变压缩比装置成本比MEC-5低得多，它能以现有机型为基础开发功率高一到两个级别的VCR发动机，发动机成本增加的同时功率也在增加，如果功率增长的程度超过成本增长的程度，单位功率成本反倒会下降，即使单位功率成本小幅增加也是MEC-5所不能比拟的，



8.节能减排

VCR发动机节能减排效果显著，MCE-5能耗下降35%，反过来,非VCR发动机能耗比MCE-5发动机高53.8%。以一台百公里综合油耗为7升的汽车为例，换用节油35%的VCR发动机，则油耗下降到4.55升，达到4升级别，油耗下降2.45升。相应碳排放也下降35%，具有满足将出台的节能减排法规的能力。





9.燃料

在使用燃料上VCR发动机具有相当大的优势，国内高号汽油甚少，而VCR发动机使用93、94号汽油同样能产生高性能，对于VCR发动机从理论上可同以汽油和柴油作为燃料，不同燃料有不同特性，VCR发动机都能很好地适应，将来可能推广的清洁能源氢气，也适用于VCR发动机，总之甲烷、甲醇、乙醇、天然气、生物柴油、二甲醚等各种燃料VCR发动机都能使用，而且还能充分发挥其性能，因为它有足够大的压缩比范围。



10.竞争力

与燃料电池系统，蓄电池系统，混合动力系统，非增压汽油机，增压汽油机，柴油机相对比。

（1）.若不是燃料电池其高昂的成本、总量极为有限的贵重稀有金属资源限制，燃料电池系统是一种非常不错的动力系统。试验开发时使用的贵金属很少，不会造成价格上涨，而一旦大量生产，贵金属消耗量非常大，规模越大，贵金属价格越高，而且资源总量也不堪长期消耗，贵金属价格会涨到极高的程度，老百姓就不会购买。

（2）.蓄电池系统主要受制于蓄电池性能、成本和配套能源供应系统，蓄电池汽车行程仅有100~200公里，最高时速也较低，充电电源为民用220V交流电，充电时间长达6~8小时，性能受到严重制约，应用范围有限。

(3).混合动力系统与VCR发动机的共同优点是节能。成本方面，混合动力系统比VCR发动机高得多，混合动力系统仍以发动机为核心动力源（最高效率仍然受制于发动机效率），此外还需要大功率发电机、电动机，蓄电池，控制系统。而使用本发明的VCR发动机只比一般发动机稍微复杂一点，比整个混合动力系统简单得多，成本增加十分有限甚至成本降低（根据前面论述的“单位功率成本”计算），而且重量轻。VCR发动机中小负荷增大压缩比可使用大量EGR改善油耗和排放，怠速更低更稳定。高负荷时降低压缩比充分发挥功率。而混合动力系统在高速巡航状态时完全依靠发动机，而发动机一般功率较低，还有混合动力系统的“死重”，高速性能较差。

仅仅从成本角度考虑，本田CIVIC混合动力车综合油耗比一般汽油车低38%，然而售价高达26万。VCR发动机节油也能达到30%以上,成本优势更是极为明显。将来进入超高油价时代，VCR发动机用于混合动力系统中，能产生更加高效的能量利用率。


诚招合作！
张志强
电话： 15074417179

kopli

不知道，楼主这个想法中有没有考虑加工制造，楼主的这种结构和安装方式在缸体加工和机构装配上实现十分困难。
另外楼主有没有考虑过曲轴转动时干涉问题，目前看你的示意图，运动干涉是必然的
另外弱弱的问句，楼主的力分析是不是有问题啊，按照楼主所说连接机构要收200N.M的扭矩，这个扭矩最终是要传导到步进电机上的，能过克服200N.M的步进电机并且4个步进电机的质量在5Kg以下，这个电机的能力也未免太夸张了吧，楼主可以将这个电机生产商介绍给我

[ 本帖最后由 kopli 于 29-4-2009 17:09 编辑 ]

kopli

楼主这种结构势必需要更改缸体结构和模具，面对这个发动机模具最贵和加工精度较高的器件，模具和工艺的改变会造成整条发动机生产线的更改，说不定会使原来的生产线报废，这就决定了在现有发动机上根本不可能实现，另外，楼主的结构如果需要在新设计的发动机上应用，我没看出来比现有的液压可变压缩比的优势，而且楼主的结构还有抱死、干涉的风险，想要真正成产品，楼主还需努力。

jackie张

不会有干涉问题，曲轴箱确实有足够的空间，说明书里已经提到解决的办法。
步进电机通过蜗轮蜗杆机构驱动调节轴，或者用液压马达驱动调节轴，调节轴驱动每缸的可变压缩比装置，只需一个驱动装置。
更改缸体结构是必然的，不知见过MCE-5等其他可变压缩比发动机没？改动都比我大得多。
高速大功率机构传动角应大于等于50度，我的可变压缩比发明方案也能实现，不会抱死。

jackie张

排量 1.5

功率 220hp

转矩 420 nm

排放 158 co2、km

油耗 6.7

GDI 版本

功率 270 hp

转矩 470 nm

油耗 6L 100km   140 co2 km

升功率  180 hp/L

升转矩   313 nm/L

jackie张

属于多连杆方案，根本问题是动平衡难以解决

jackie张

sAAB SVC 引擎
(saab variable compression)




排量 1.6

功率 225 马力6000

行程缸径比 88比68

增压比 2.8 ba

压缩比 8--14

转矩 31.1 kg4000

升功率 140.625 hp

升转矩 190Nm




Saab 推出了新設計的Saab Variable Compression原型引擎(以下簡稱SVC)，這具SVC引擎的性能數據，本體為直列5缸、每缸四氣門設計，
排氣量1598c．c．搭載一具最高增壓值2.8bar(約等於2.86kg/cm")的機械增壓器，增壓值約為一般高增壓引擎的2倍多，汽缸的衝程與缸徑分
別為88mm、68mm ，壓縮比可根據引擎的負荷，從8:1到14:1之間變化，最大馬力225hp/600Orpm、最大扭力為31.lkgm/40Orpmm。

由於可變壓縮比的設計與引擎管理系統技術的進步，SVC引擎達到了平均每公升發揮馬力140.625hp、扭力19﹒45kgm(l90.625Nm)的強大效率，
事實上，Saab原本對SVC引擎設定的目標，是每公升發揮馬力150hp、扭力20.4lkgm(2OONm)，而這具SVC原型引擎離目標已經相當接近。

Saab獨特的Hydraulic Actuator液壓促動器的設計，可讓壓縮比隨著引擎的負荷狀況而改變。SVC引擎的本體，可分成上方的汽缸頂蓋與活塞、
氣門總成為第一部份;而下方連桿與曲軸箱則為第二部份。下方的曲軸箱保持固定不動，上方的汽缸與活塞部份，會以曲軸為中心，藉由液壓促動器
的作動，偏轉些微的角度，因此汽缸內燃燒室的空間就會改變，燃燒室的體積改變了，自然壓縮比也會跟著改變，既然壓縮比可以改變再加上機械
增壓器，就可以控制在增壓作用的時候，將壓縮比降低，讓高轉速時的增壓效果提高引擎的輸出功率;而一般自然進氣的時候，壓縮比變高，讓引擎
在低轉速的時候，可以有效率地燃燒每一滴汽油。因此可讓小排氣量的引擎，也能有大扭力、大馬力的輸出。 Hydraulic Actuator液壓促動器，足
連接在上方的汽缸與活塞部份，看起來就像是一根曲軸，顧名思義由液壓驅動，Saab獨特的Trionic engine managementS「擎管理系統，依據引擎轉
速、負荷與汽油的品質，改變Hydraulic Actuator液壓促動器中心軸轉動的角度，因此Hydraulic Actuator液壓促動器就可以推動上方的汽缸與活塞
部份，使引擎上方與下方曲軸箱中心線呈些微角度的偏斜，最大可到達4°，此時壓縮比為8:1，機械增壓器由Trionic Engine Management引擎管理
系統命令開始增壓;當引擎上方與下方的中心線合而為一的時候，壓縮比為l4:1 ，這是在引擎處於低轉速時的情況，機械增壓不會作用，讓混合氣
能夠充分地發揮燃燒效率，也因此SVC引擎的CO、HC排廢值乎均可減少30%。由於Trionic Engine Management引擎管理系統是持續地偵測引擎狀況，
因此壓縮比的改變是連續地進行，在任何轉速之下，都可以確保引擎的壓縮比處於最佳化的設定。

jackie张

一家欧洲汽车零部件企业的可变压缩比方案

jackie张

奔驰和宝马的可变压缩比发动机。
可变压缩比技术前景非常诱人，国际上的大公司没有不对其进行研究的，光我网上见到的方案就有至少20种，但可行的很少，主要是动平衡、控制、成本问题

jackie张

奔驰和宝马的可变压缩比发动机。
可变压缩比技术前景非常诱人，国际上的大公司没有不对其进行研究的，光我网上见到的方案就有至少20种，但可行的很少，主要是动平衡、控制、成本问题


奔驰f700发动机性能


    1.8升排量，

功率  235马力   
     
扭矩  40.8kg·m

排放   127g·km co2

油耗   5.3L·100km


“汽”“柴”联姻 奔驰展汽油发动机未来http://auto.QQ.com　 2007年08月03日08:02 　 腾讯汽车　　 评论0条 既具备汽油发动机的澎湃动力，又拥有先进柴油发动机的高扭矩、高清洁排放和燃油经济性——梅赛德斯-奔驰日前发布了其全球首创的“DiesOtto”汽油发动机技术，向世界展示了汽油发动机的未来。DiesOtto的研制成功，不仅使基于汽油燃料的动力系统在实现燃油经济性上得到了很大提升，而且又在动力与环境平衡的现实应用上提供了面向未来的全新解决方案。




由汽油机与柴油机“联姻”产生的DiesOtto概念发动机，涵盖了可控点火系统、汽油直喷和可变压缩比等众多先进技术。其中，可控自动点火系统（controlled auto ignition）体现了DiesOtto技术的核心：当在发动机启动和全速运转时，将使用传统火花塞的点火方式；而在中低速运转状态下，发动机将自动采用可控点火技术，实现类似柴油发动机的高效燃烧过程，从而极大降低了汽油机的氮氧排放，在带来高扭矩的同时大幅提高了燃油经济性。DiesOtto发动机的另一优势在于，从实用性和可发展性的角度来讲，它不需要任何合成燃料，加油站里随处可见的普通汽油便可让它彰显高效能本色。


“让汽油机与柴油机一样具有经济性是我们致力于可持续发展的技术目标之一。DiesOtto概念发动机融合了汽油机与柴油机的主要优点，具备实现这一目标的条件。”戴姆勒-克莱斯勒公司首席环保官兼车身和动力传动系工程技术和研究负责人Herbert Kohler教授表示，“当前，柴油机在全球范围已经取得了成功的应用；与此同时，搭载汽油发动机的车辆对许多客户和市场而言仍然具有长期吸引力。因此，我们同时关注这两类发动机的发展，并且在现阶段以DiesOtto概念将两类发动机的优势结合，将它所带来的高效能和低排放呈现给大家。”


目前，梅赛德斯-奔驰在一款四缸发动机上展示了DiesOtto技术的优越性。虽然排量仅为1.8 升，但输出功率却达到175kW/238hp，最大扭矩为 400 牛米，远远超过普通1.8升排量的汽油发动机，而其每百公里油耗还不到 6 升。这款发动机的性能足以为与梅赛德斯-奔驰S 级相当的大型豪华轿车提供充沛动力。


在最大化保护环境和实现可持续性发展方面，梅赛德斯-奔驰始终致力于高效能动力系统的研究。梅赛德斯-奔驰的众多前瞻性创新对未来的发动机技术发展具有重要的价值，无论是被誉为汽车驱动方式发展重要里程碑的BLUETEC清洁柴油驱动技术，还是以实现高能源密度、高功率、零污染等特性的氢燃料Fuel Cell技术，梅赛德斯-奔驰都在积极探求最优化的动力系统。而DiesOtto技术的发明则又迈出了具有实际意义的一步，展示了汽油发动机如何在未来实现动力与环境的完美平衡。

jackie张

德国FEV的可变压缩比方案

ahzyz

法国MCE-5可变压缩比发动机

以前上学时听讲座时听到过！不过当时英国的一个教授讲时没讲清楚，今天有幸看到！

壹块贰毛叁

希望早日在市场上见到这种发动机

terence.yang

看不到是什么意思？

kopli

楼主还没有做过CAE分析吧，做下三维实现+CAE动力分析就知道我说的内容了，另外做台样机也可。
另外楼主细细考虑下，当你压缩比升高时，到底是那个机构吸收了扭矩
如果瞬态扭矩不能传到到曲轴上，你的机构就根本没有用