边绍平+崔津+严索

摘 要：压缩比是气缸总容积与燃烧室容积的比值，是衡量发动机性能的重要参数，是影响发动机效率最重要的因素之一。一般来说，压缩比越高，发动机的性能就越好。本文针对国内可变压缩比（VCR）发动机专利技术发展趋势以及不同的技术分支进行分析，最后对该领域做了展望。

关键词：发动机；可变压缩比；VCR

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.024

0 引言

严峻的能源形势和日益严格的排放法规使传统发动机，尤其是传统的车用发动机面临着严峻的生存挑战。长期以来，既具备良好的动力性能又具备良好的燃油经济性和排放性能是发动机所追求的目标，然而这些性能在一般的发动机上又没法同时获得。为了解决这个矛盾，一些新技术如可变技术应运而生，其中像可变气门正时、可变气门行程、可变进气歧管、可变喷油及可变增压等技术都为人熟知并已在许多车型上使用。可变压缩比技术也是其中很有潜力的一种，能够很好地改善发动机热效率、燃油经济性和排放性能。本文主要针对可变压缩比发动机进行专利技术发展研究。

1 国内可变压缩比发动机专利申请总体分析

关于发动机可变压缩比技术的研究起步比较早，最主要的是在压燃式发动机方面的研究，国内申请最早的是上海的李文华，国外最早的是美国的扎科布斯制造公司。2004年国内和国外申请量持平，在2004年之前偏差比较大，2005年至2006年国内和国外申请量的差距都是1，2007年国外在华申请量与国内申请量差距拉大，到了2008和2009年差距最大，从2010年开始差距开始缩小，到了2011年国内申请量首次超过国外在华申请量。总体上来说，不论国内还是国外或者是总数，都是起伏波动，其中国外申请在2008年达到顶峰，国内申请在2014年达到顶峰，而总量最多的是2013年的申请量为55件。

2 可变压缩比主要技术发展路线

可变压缩比发动机，由压缩比的定义可知，要想使压缩比有所变化，就必须从怎样改变燃烧室容积和工作容积方面入手，发动机的燃烧室由活塞顶、气缸体和汽缸盖三部分组成，所以采取的手段是围绕着这几个方面进行。按照活塞的行程，可以分为改变活塞的行程和不改变活塞行程两大类，其中不改变活塞行程又可以分为改变气缸盖结构和改变缸体结构。以下是围绕主要分支和细分进行分析。

2.1 主要技术分支的发展

可变压缩比发动机在国内发展的几十年中，在1985-2002年这个阶段，不改变活塞的行程占据优势，从2003年起，改变活塞行程开始上升而不改变活塞行程则有所下降，到了2007年不改变活塞行程的比重重新占据有利地位，除了2012年，其余时间全部是不改变活塞行程的发动机处于高位发展事态，总体上来说，2012年和2008年总量处于高峰，2012年最多。

2.2 改变活塞行程的发展

改变活塞行程分支发展比较早。从整个发展历程来看，国内的总的申请量波动起伏不定，在2008年和2012年达到高峰，2012年以后开始下降，国内和国外也是，在2003年时国内为零，而国外为16，自此以后的2004-2009年，国内和国外彼此间交互，2009-2012年间国内申请稍微占据优势，2013年后国外申请量，国内优势增加。

美国的扎科布斯公司在1986年提出在四冲程多缸内燃机中压力释放减速调整压缩比（申请号CN86100053）。个人申请张友昂在1997年采用雙活塞的活塞组对压缩比的调整进行改进（申请号CN97119462）。高校申请中的天津大学2007年则提出了采用偏心销的方式对活塞的行程进行改变（申请号CN200710056795）。河南洛阳一拖于2005年提出对相邻气缸中心体进行改进（申请号CN200520030862）。国内个人申请王立华在2014年提出采取伸缩连杆的方式对活塞的行程进行改变（申请号CN201410260401）。个人申请梁荣光则在2014年提出在连杆上与偏心套之间采用自锁的结构来改变发动机的压缩比实现偏心套与连杆同步摆动（申请号CN201420537655）。

2.3 不改变活塞行程的发展

不改变活塞行程而变压缩比手段在2006年之前国内和国外相差不大，从2006年到2010年国内外差距加大，国外的申请量高于国内申请量，特别是2009年差距最大，从2011年以后国内申请量开始超越国外申请量特别是2013年和2014年，国内申请量明显处于优势。

日本本田技研工业株式会社在1997年提出控制排气通路开口面积，使燃烧室容积对应内燃机运转状况而增减燃烧室容积调整装置（申请号CN97102489）。国内个人申请赵可军在汽缸体部作了改进，在气缸和气缸的下腰部设置有进气孔，进气孔对应有进气腔，外侧设置进气歧管以此来改变发动机的压缩比（申请号CN200810143269）。高校申请中的浙江大学在2013年提出在汽缸盖的顶部开口，再加一个辅助气缸（申请号CN201310029296）。

3 国内可变压缩比发动机领域发展建议

随着发动机相关理论、微机技术、电子技术、结构优化设计等技术的飞速发展， 可变压缩比技术会越来越多地应用在发动机上，它可使发动机的各项性能在各工况变化范围内得到优化。

（1）VCR技术使未来的发动机趋向于小型化、节能环保且能提供强大的动力。

（2）未来的VCR发动机应具有与现有发动机之间的互换性，以推动量产。如现有的排气后处理系统、可变气门正时系统、变速器等均可照常使用，而不需去重新开发。

（3）未来的VCR发动机应与先进的电子控制系统相配合，以尽可能精确地连续调节压缩比，使其满足不同的工况和使用要求，获得更高的效率。

（4）应加大可变压缩比技术研发投入，结合VVT、GDI、HCCI、涡轮增压、稀薄燃烧等新技术来改善和提高发动机的综合性能。

参考文献：

[1]崔彪，常思勤，李子非.发动机可变压缩比技术的讨论[J].内燃机，2011（04）：28-32.

[2]欧阳林等.可变燃烧室活塞设计及其动力学特性[J].内燃机工程，2014（03）：69-74.