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通过变压缩比技术,可增强产品设计自由度!

2016年12月29日 16:14 次阅读

日产宣布首款拥有可变压缩比技术(VCR - Variable Compression RaTIo)的2.0升量产增压汽油机将被搭载于下一代英菲尼迪QX50。该车将于下个月的巴黎国际车展正式亮相。这是自从各大公司于上世纪末开始研究此类技术以来的第一款量产发动机,此举对内燃机发展方向有十分重要的意义。

该款2.0升汽油发动机最大功率200kW(升功率数据与现在主流的90-100kW/L左右相近),最大扭矩390Nm,与目前英菲尼迪正在使用的3.5升V6发动机数据相当,所以今后将会取代3.5升自然吸气发动机。

根据日产的数据,相比该3.5升发动机,新的2.0升产品可降低油耗27%(这也同时从一个侧面证明了适度小排量化带来的改善)。为此立了大功的就是可以在8:1和14:1之间随意变化的VCR技术。另外,这款发动机还将配备双喷技术(气道喷油+缸内直喷)控制颗粒物排放。

通过可变压缩比技术,可增强产品设计自由度!

压缩比是自然吸气发动机和增压发动机的最核心区别之一。为了克服爆震问题,增压发动机需要降低压缩比,而这一举动将会降低发动机的效率。有了VCR,就可以在低载荷时使用高压缩比提高效率,在高载荷时降低压缩比克服爆震。其实就像电喷,柴油共轨,可变气门正时等技术一样,给内燃机加入更多的智能控制系统来适应不同的场合,就像正式场合要喝葡萄酒香槟,看欧洲杯喝啤酒,撸串要喝二锅头。

下面这张图对比了在同一进气量和喷油量时不同压缩比带来的影响。高压缩比(CR)由于受到爆震限制无法达到最大效率(最高发动机输出载荷BMEP)。而过低的压缩比虽然可以达到局部优化BMEP,但是低压缩比导致BMEP的最大潜力受到局限。所以最佳压缩比永远是各参数取舍的结果。

通过可变压缩比技术,可增强产品设计自由度!

压缩比与效率取舍(来自SAE论文 2003-01-0398)

车叔认为,这一技术在汽油机上应用的潜力更大,因为柴油机压缩比一般大致在15左右(当然,柴油机在满载也会受到最大缸压的限制,VCR仍能带来帮助),而汽油机普遍压缩比在10左右,改善空间更大。

这一技术的应用,将会帮助解决增压和自吸之间的矛盾。马自达SkyAcTIve的压缩比在14-15左右,市面上常见的增压发动机也在10左右,这也正是日产确定8-14这一压缩比范围的目的。今后马自达也可以安心使用增压发动机了(实际马自达本来也在开发增压发动机,不过暂时没有使用VCR)。而增压发动机也不用再为了损失的压缩比操心了。(妈妈们再也不用担心工程师孩子在自吸派和增压派之间难以取舍了)

其实,日产在VCR领域从很久以前就开始布局了。日产曾早在2009年和2014年注册相关专利。下面两个图分别是日产注册的专利,和这次量产VCR技术。这两者非常相似,靠固定在发动机侧面的电机执行器控制一套MulTI-link连杆机构来改变发动机压缩比。

通过可变压缩比技术,可增强产品设计自由度!

通过可变压缩比技术,可增强产品设计自由度!

日产2014年VCR专利

通过可变压缩比技术,可增强产品设计自由度!

日产量产VCR技术说明(通过改变下部连接轴角度调整压缩比,左侧为高压缩比,右侧为低压缩比)

实际上,除了日产之外,奔驰,福特,标致,萨博等汽车公司都在VCR上有所尝试。咨询公司FEV也有相关的技术产品。同时,VCR技术有多种实现的形式,除了这次的MulTI-link连杆机构的方案之外,还有可变缸盖结构,可变活塞顶结构,可变Conrod连杆结构,偏心轮等等多种方式改变压缩比。

不过Multi-link方案的机构离高温度高应力的燃烧室区域较远,而且多数零件不处在高转速区域,耐久方面相对会更可靠,同时也会保证额外的摩擦损失不增加太多。不过,缺点也比较明显,就是其对内燃机整体设计的改变较大,无法像FEV可变Conrod产品那样直接应用于已有发动机上。

通过可变压缩比技术,可增强产品设计自由度!

FEV可变压缩比连杆技术

总之,使用VCR技术的成本比较大,但是优势也很明显,5%以上的油耗改善是完全可以期待的。这次日产将其量产化也象征着技术商业化进程的一大步。

其实VCR和米勒及阿特金森循环有着异曲同工之处,都是通过各种方式来改变发动机的压缩比或者膨胀比,从而优化热效率。米勒和阿特金森循环的优势就是实施相对简单,通过改变进气时间来实现不会对发动机基础结构带来过大变动(最原始的阿特金森实际也是类似VCR的技术)。但是米勒和阿特金森最大的劣势就是损失的缸内滚流(直接影响燃烧效率),这一影响在一些情况下甚至可以导致近一半的理论油耗改善潜能被白白丧失。

相比之下,VCR的劣势就是成本和实施难度。也正是因此,VCR技术可能不会以极快的速度大规模普及。但是,这一技术的量产应用给今后汽油机发展带来了一个非常直接的可选方案。同时,这也给FEV的技术做了铺垫。更重要的是,VCR和米勒可以同时应用,来获得更大的设计自由度(虽然累计改善潜力会略微降低)。

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点火线圈又叫高压线圈,它的作用是把汽车里的12伏低压电升为1万伏的高压电,传递给火花塞,点燃混合气,...

发表于 2017-11-03 14:57 2244次阅读
浅谈发动机火花塞的更换时间和点火线圈的寿命时间

氧传感器是什么,有些车为什么会有不同的数量

氧传感器一旦出现故障,将使电子 燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息,因而不能对空燃比进行...

发表于 2017-11-03 14:12 314次阅读
氧传感器是什么,有些车为什么会有不同的数量

一通百通,汽车电路接线方法详解

电子控制系统电路的接线规律可归纳为:电脑控制电路必须接受点火开关控制,必须有各种传感器随时输入工况信...

发表于 2017-11-03 08:46 1003次阅读
一通百通,汽车电路接线方法详解

永磁同步电机控制

发表于 2017-11-02 22:21 578次阅读
永磁同步电机控制

无人机电机控制开发

发表于 2017-11-02 10:43 2863次阅读
无人机电机控制开发

大联大世平集团推出基于TI产品的小尺寸电机控制模...

2017年10月17日,致力于亚太地区市场的领先半导体元器件分销商---大联大控股宣布,其旗下世平力...

发表于 2017-10-17 15:11 5062次阅读
大联大世平集团推出基于TI产品的小尺寸电机控制模...

一文解决发动电机组无法启动的原因及对策

(1)蓄电池馈电。用电力充足的蓄电池或增加蓄电池并联使用。(重新充电达到规定要求一块12V或者两块2...

发表于 2017-09-29 18:20 250次阅读
一文解决发动电机组无法启动的原因及对策

为了方便电机矢量控制问题的研究,能否由仪器直接得...

在电机的运行中,是由电机定子和转子磁场同步旋转,建立的一个具有同步旋转速度的旋转坐标系,这个旋转坐标...

发表于 2017-09-19 17:37 2870次阅读
为了方便电机矢量控制问题的研究,能否由仪器直接得...

一个PWM波形内采集两相电流ADC数据

电机控制单电阻采样机制是在一个PWM波形内采集两相电流ADC数据,但某些扇区边界条件下只能获得一路电...

发表于 2017-09-18 18:55 3485次阅读
一个PWM波形内采集两相电流ADC数据

一个PWM控制周期如何取得两相电流数据

电机控制单电阻采样机制是在一个PWM波形内采集两相电流ADC数据,但某些扇区边界条件下只能获得一路电...

发表于 2017-09-13 17:50 3762次阅读
一个PWM控制周期如何取得两相电流数据

Σ-Δ型ADC在电机控制算法设计上的应用

采用Σ-Δ ADC,你可以自由选择sinc滤波器延迟或输出数据保真度。抽取率较高时,延迟较长,但信号...

发表于 2017-09-06 10:11 5766次阅读
Σ-Δ型ADC在电机控制算法设计上的应用

中国发现超级金属!超级金属“铼”取得重大突破,飞...

超级金属的发现是一个突破,同样的也会被拿来比较,和稀土相比稀土(rare earth)有“工业维生素...

发表于 2017-09-04 17:16 2963次阅读
中国发现超级金属!超级金属“铼”取得重大突破,飞...

伺服电机三环控制原理及系统调节影响控制的因素

随着工业自动化程度的不断提高,伺服控制技术、电力电子技术和微电子技术的快速发展,伺服运动与控制技术也...

发表于 2017-08-31 09:54 4055次阅读
伺服电机三环控制原理及系统调节影响控制的因素

电机控制单电阻采样PWM变形信号的产生

电机控制单电阻采样机制是在一个PWM波形内采集两相电流ADC数据,但某些扇区边界条件下只能获得一路电...

发表于 2017-08-29 17:36 2941次阅读
电机控制单电阻采样PWM变形信号的产生

工业智能机器人电源电压/功率需求应用解决方案

电机控制是绝大多数工控设备传动系统里的核心之一。其用途细到玩具、家用电器,广到自动化设备、工业机器人...

发表于 2017-08-28 15:53 675次阅读
工业智能机器人电源电压/功率需求应用解决方案

超有趣的动态机械原理图 让你更加喜欢上机械

齿轮、梁板、凸轮、滑轨……看似简单的零部件,被天才工程师巧妙地组合到一起,就能精确完成各类复杂的工作...

发表于 2017-08-02 09:36 4293次阅读
超有趣的动态机械原理图 让你更加喜欢上机械

伺服电机,国产机器人需补“短板”

从我国伺服电机专利技术总体申请量变化趋势也显示出国内企业近几年取得的成绩。2010年我国伺服电机行业...

发表于 2017-07-28 07:11 3340次阅读
伺服电机,国产机器人需补“短板”

三菱4A91T发动机的结构及使用的技术方法

4A91T发动机源自日本三菱发动机技术,由沈阳航天与三菱联合开发,于2013年量产,因其在同排量发动...

发表于 2017-07-25 17:52 10199次阅读
三菱4A91T发动机的结构及使用的技术方法

全新小型SUV铃木IGNIS将于今年8月开启预售

日前我们从官方获悉,铃木IGNIS将于今年8月开启预售。该车定位为全新小型SUV,预计其将会先采用进...

发表于 2017-07-05 15:37 486次阅读
全新小型SUV铃木IGNIS将于今年8月开启预售

教你用正确的姿势来洗净你的爱车

各位一定都是爱车达人,其中肯定有一部分是洗车狂魔,每个人都有自己的一套洗车理论。有人有事没事用掸子掸...

发表于 2017-07-05 14:39 105次阅读
教你用正确的姿势来洗净你的爱车

搭4.0T V8发动机的保时捷全新Cayenne...

日前,有国外媒体拍摄到一组保时捷全新Cayenne(卡宴)Turbo的路试谍照。新车在动力上将搭载...

发表于 2017-07-05 11:14 258次阅读
搭4.0T V8发动机的保时捷全新Cayenne...

奔驰GLC加长版沿用现款外观设计谍照

日前,有国内媒体曝光了一组奔驰GLC加长版车型的测试谍照,参考奔驰家族的命名方式,其或命名为GLC ...

发表于 2017-07-05 10:24 418次阅读
奔驰GLC加长版沿用现款外观设计谍照

斯巴鲁全新欧版翼豹将于9月份亮相法兰克福车展

据英国汽车杂志7月3日消息,斯巴鲁日前发布全新欧版翼豹官图。该车将于9月份的法兰克福车展亮相。

发表于 2017-07-05 10:08 168次阅读
斯巴鲁全新欧版翼豹将于9月份亮相法兰克福车展

信息化与工业化深度融合加速:三能动力PLM项目启...

工业化是现代化的前提和基础,信息化是现代化的引领和支撑。推进两化深度融合,运用信息技术特别是新一代信...

发表于 2017-06-19 10:22 311次阅读
信息化与工业化深度融合加速:三能动力PLM项目启...

TI推出用于电机控制的业界最小栅极驱动器和功率M...

2017年5月24日,北京讯—近日,德州仪器 (TI) 推出两款新型器件,有助于减小电机驱动应用的尺...

发表于 2017-05-24 11:23 480次阅读
TI推出用于电机控制的业界最小栅极驱动器和功率M...