4.可变压缩比(VCR)
所谓的压缩比是指下止点(BDC)和上止点(TDC)的燃烧室容积之间的关系。在常见的自然吸气发动机中,更高的压缩比可提高燃烧效率,特别是直喷式发动机,它可从给定量的油气混合物中获得更多的能量。汽油机的压缩比不能超过一定水平,否则可能会出现爆震。
增压发动机常用较低的压缩比,这是因为增压器在进气行程中,会将额外的空气压入燃烧室中。如涡轮增压与高压缩比结合使用,则可能直接损坏发动机。因此涡轮
增压发动机会使用较低压缩比和
涡轮增压器的组合,获得额外的燃烧功率,同时保持发动机的使用寿命。
传统发动机中,活塞在缸径中上下移动的行程是保持不变的。而新天籁使用的KR20DDE下发动机是第一款采用可变压缩燃烧技术的量产发动机(图8)。所谓可变压缩比(VCR),就是在往复式发动机上增加多连杆系统,通过主动改变气缸内活塞行程的上限和下限,使压缩比在8.0:1~14.0:1之间进行变化(图9)。
压缩比的变化是通过VCR电机实现的,具体运动过程如下。
(1)当需要改变压缩比时,电机会转动并移动执行器连杆。
(2)执行器连杆旋转控制轴。
(3)当控制轴旋转时,会通过控制连杆改变下连杆的角度。
(4)下连杆调节活塞在气缸内的高度,从而改变压缩比。
使用14.0:1的压缩比时,控制轴臂是完全伸展的,将下连杆向上推入气缸中。而使用8.0:1的压缩比时,控制轴臂是收缩的,所以下连杆不会进入气缸中(图10)。
使用VCR可以同时实现强劲动力和良好的燃油经济性。当需要更高发动机输出时,VCR可降低压缩比,使
涡轮增压器提供更高的增压压力而不爆震。当要求燃油经济性、降低排放或巡航速度不需要最大功率时,VCR可提高压缩比。除了功率可以按照需求改变外,VCR发动机的几何设计也有助于减少活塞在缸径中的侧向推力(推力角),降低摩擦、气缸磨损、噪声、振动和不平顺性(图11)。
VCR执行器在连杆臂的末端有保持器和连杆销,连杆臂与发动机底部的控制轴配合,当VCR执行器伸出或缩回连杆时,连杆销沿着保持器连杆滑动,以枢转控制轴,改变支点角度。VCR执行器是由VCR控制单元控制的12V三相电机,VCR执行器总成位于发动机底部,安装在机油滤清器壳体上。VCR执行器是车辆可变压缩比系统的唯一可维修机械部件(图12)。
VCR执行器总成包括VCR电机传感器和VCR执行器传感器2个传感器,分别用于监控VCR电机和VCR执行器连杆的位置。VCR执行器传感器可以使用CONSULT和数据监视器进行监控,也可以在VCR系统的主动测试期间进行监控。
VCR系统在车辆的仪表板上也增加了新的屏幕显示,驾驶员可以观察增压压力表以及从经济(高压缩)到动力(低压缩)的近似压缩比值变化(图13)。
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