可变燃烧室(vcc)发动机的试验分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文1．1研究背景第1章绪论提高内燃机的热能转换效率，延长石油资源的使用期，开发新型发动机燃烧技术，实现高效清洁燃烧是发动机研究的重要目标。为实现上述目标，需要在发动机燃烧方面开展系统深入的基础研究和应用基础研究，为发动机技术的不断发展提供理论支撑和技术创新源泉【l】。提高内燃机的热能转换效率将带来巨大的经济效益。以汽车为例，我国己成为世界第一汽车产销国，预计到2020年汽车保有量将超过2亿辆，按当前汽车燃油经济水平估计，年车用燃油消耗量将突破4亿吨【2】。按当前燃油价格计算，发动机燃油经济性每提高1％，则每年可节省人

2、民币数百亿元。同时中国节能与新能源汽车产业发展规划提出燃料经济性显著改善目标。到2015年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至6．9升／百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至5．9升／百公里以下。到2020年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5．0升／百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至4．5升／百公里以下；商用车新车燃料消耗量接近国际先进水平f3】。因此发展节能减排势在必行。提高汽油发动机的燃油经济性还具有很大的技术空间。这是因为：(1)汽油机相比较柴油机具有较低的压缩比；(2)低负荷工况时较低的气缸充量导致实际压缩比进一步下降，内燃机普遍

3、存在的低负荷工况燃油经济性较差的现象更为严重(高达经济耗油率的3"---4倍)；(3)汽油机“爆震”限制了汽油机压缩比的上限：(4)增压汽油发动机受到压缩比的限制，在低负荷工况时燃油经济性更差；(5)低负荷工况时，汽油机节气门开度较小，导致较高的“泵气损失”；(6)城市交通严重拥堵致使汽车基本运行在低负荷工况【4】。提高压缩比能够显著提高发动机燃油经济性。热力学理论表明，较高压缩比的发动机具有较高热效率，在燃烧初期提供更高的气缸压力和更高的气体温度，有助于获得更快的火焰传播速度；同时，高压缩比还可以减少缸内残余废气。因此在控制“爆燃”“爆

4、震”和保证可靠性的前提下，都尽可能提高压缩比16J17j。但是，高压缩比汽油机容易出现爆燃现象，严重影响发动机的可靠性和安全运行。一种V．CC(VariableCombustionChamber)活塞技术【8】一【18】提供了解决高压武汉理工大学硕士学位论文缩比，爆燃矛盾的新途径。1．2国内外研究现状及发展动态vcc活塞技术于2012年首次在SAE2012InternationalPowerlrains,Fuels＆Lubdcants年会上发表i11]。与VCC活塞技术最为相关的是VCR(VariableCompressionRatio可

5、变压缩比)技术。“古老的”VCR技术同时也被认为是提高燃油经济性最有潜力的、未来的先进发动机技术‘191120112’1[zN2611271。VCR技术期望根据发动机工况改变压缩比。在低负荷工况保持较高的压缩比降低燃油消耗率和减少尾气排放，在高负荷工况采用较低的压缩比控制爆燃。近百年来，由于种种原因不计其数的VCR方案无法投入实际工程应用。近年来，由于政善燃油经济性和HCCI(均质压燃)技术研究的推动，VCR技术重新受到广泛的关注，各大汽车和发动机厂商陆续推出了多项VCR专利技术及其应用尝试(包括VCR发动机和概念汽车)。Gomeesys

6、(图1-I)公司采用曲柄销移位设计㈣【蚓实现可变压缩比，在可移动的曲柄销周围安装有一偏心的衬套，通过齿轮驱动曲柄销转动来调节活塞上止点的位置，控制压缩比控制范围较大，实现压缩比从7到18之间的变化。图I-1Gomecsys公司的衄柄销移位设计图1-2MEC一5可变压缩比发动机苎堡堡三查兰堡主兰堡堡苎——McE-5VCR(图1-2)发动机‘瑚【划【31采用齿轮和滚珠轴承系统导向的活塞，通过液压装置控制齿轮杆来实现压缩比的调节，压缩比可在7到20之间变化，燃油经济性提高35％左右。FEV的VCR发动机‘删～1421利用液压电控方式控制曲轴偏心

7、移位实现VCR。发动机曲轴支撑在偏心轮上，通过调节偏心轮来调节活塞上止点的位置，从而调节压缩比的大小，在此基础上该公司在2009年又提出结合偏心活塞销的两级VCR技术。黪l幕图1-3ENVERA公司的VCR发动机气．警警a、高压缩比14：1位置b、低压缩比8：1位簧图1-4SAAB公司VCR发动机美国ENVERA(图1-3)公司的VCR发动机㈣㈣㈣，压缩比在8．5到18之间变化，更是宣称在常用车况的燃油经济性可以提高50。／o-100％，但是由于采武汉理工大学硕士学位论文用曲轴偏心方式改变压缩比，对传统发动机的结构改变较大。SAAB(图1

8、_4)公司的VCR发动机洲1321，采用复杂的液压．电控方式控制缸盖相对于机体的运动，更是完全改变了发动机的整体结构。NISSAN(图1．5)发布了一种复杂多连杆机构的VCR发动机【”lf30