汽油的燃烧特性导致了汽油发动机的混合气压力不能太高,如果气缸内的压力超过了临界值,汽油就会因为压缩而在点火之前被点燃,这种现象称为爆震,会给发动机带来很大的伤害。这个问题在增压发动机的设计上尤为突出。固定的压缩比成为制约增压发动机的一个很重要的因素。因为在涡轮增压介入以后,燃烧室的温度和压力会大幅度升高,如果这个值过高,爆震就不可避免。所以,固定压缩比的涡轮增压和机械增压发动机只能把压缩比设计得比普通自然吸气发动机低很多。但是这种过低的压缩比设计又会导致发动机在增压器(特别是涡轮增压)没有完全介入时(也就是发动机在低转速时),燃烧效率非常低,产生的动力比普通自然吸气发动机所产生的动力少得多。这个矛盾是促使设计师开发可变压缩比发动机的重要原因。
萨博可变压缩比技术就是通过活塞运动到上止点位置的变化来改变燃烧室容积,从而改变压缩比的。我们先简单地看一种比较直观的实现方式,就是在气缸的下止点下方设置一个可以相互上下活动的结构,如图2-25所示,这样通过提升和降低这个位置上方的气缸体及气缸盖,就可以改变活塞上止点的位置,从而改变燃烧室的容积,达到可变压缩比的目的。将活塞提升,压缩比则降低;将活塞降低,则压缩比升高。
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图2-25 萨博可变压缩比发动机结构原理
之所以要放在气缸下止点下方的位置,是为了不影响活塞在气缸内的正常工作,就是说,在变化压缩比时,是不影响活塞往复运动的。但是这样设计有很大的难度,比如气缸体及气缸盖的上下运动很难实现等。而萨博可变压缩比技术巧妙地解决了上述难题,它是通过一个旋转角度来实现的。同样,在气缸下止点下方设置一个圆心,通过旋转这个圆心上部的气缸体和气缸盖来改变燃烧室的容积。气缸体和气缸盖这个“整体”在偏离垂线开始旋转的时候(萨博可变压缩比发动机为直列式布置),气缸的上止点与曲轴的距离会缩短,并且随着角度的增加,与曲轴的距离就越短,在到达曲柄连杆,即将和气缸体相碰时停止旋转。此时气缸的上止点与曲轴的距离最近,燃烧室的容积达到最小,压缩比最大;与之相反,在这个“整体”没有旋转的情况下,压缩比最小。这个气缸体与气缸盖的“整体”是通过一组摇臂进行调节的,而这组摇臂是通过ECU(Electronic Control Unit)来控制的。这样萨博可变压缩比技术就可以根据当时的工况由ECU来控制压缩比的连续变化,实现动力输出及燃油消耗的最佳化。由于它比普通发动机多一套摇臂装置,所以比普通发动机多需要一套冷却系统。它通过气缸盖和气缸套周围的冷却水散热。由于气缸盖和气缸体会发生移位,所以在气缸盖和气缸体之间设计了一组橡胶套,令其起到密封作用。
第三代萨博可变压缩比发动机是一台直列五缸发动机。虽然排量只有1.,但是其工作效率非常优异,它的压缩比在(8∶1)~(14∶1)之间连续调节。在发动机小负荷工作时,采用高压缩比,以节约燃油;在发动机大负荷工作时,采用低压缩比,并辅以机械增压器来实现大功率和高转矩输出。在最大功率W、最大转矩·m时,综合油耗比常规发动机降低了30%,并且符合欧洲Ⅳ号排放标准。
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