摘 要

现在世界各国家对于汽车的排放要求都是越来越严格，同时也对汽车发动机的热效率要求越来严苛，在这种大环境下许多传统的内燃机技术对于满足越来越严格的各种要求已经力不从心。在这种情况下，许多内燃机新技术被才华横溢的工程师们开发了出来，可变压缩比技术就是其中之一。

传统发动机的压缩比是固定的，在车辆行驶的过程中不会发生改变，因为燃烧室的容积以及气缸的工作容积都是发动机的固定参数，在发动机最初的设计中就已经确定。不过，为了使得现代发动机能在各种变化的工况中发挥更好的效率，以变对变来改善发动机的运行性能。可变压缩比发动机就是说在发动机处于增压压力低的低负荷工作状况时能够使压缩比上升到与普通发动机的压缩比一样或者比它大:在另一方面.当发动机处于高增压的高负荷工作情况时及时使压缩比减小。总而言之，发动机的压缩比随着负荷的变化而不断发生相应的改变.以便使发动机能够在整个工况范围内都保持着较高的热效率。

本文的思路是通过对可变压缩比发动机的工作原理、实现方式以及其性能特点进行探究分析，确定可变压缩比发动机的研究思路，把该款发动机的主要性能参数及各机构、系统的选型确定下来。最后利用AVL-BOOST一维仿真软件建立一款2.0L的普通四缸四冲程发动机，通过不断改变压缩比确定各工况下的最佳压缩比，将最佳压缩比下的发动机性能和固定压缩比下的发动机性能比较来进行仿真模拟。

通过对比功率、油耗和缸内压力，验证本文中所取得的仿真结果是否能与理论结果（试验结果）取得较好的吻合。

关键词：汽油机；可变压缩比；AVL-BOOST;

Abstract

In the environment of more and more strict emission regulations and higher requirements for the thermal efficiency of automobile internal combustion engine in the world, many traditional internal combustion engine technologies have been unable to meet more and more stringent requirements. In this case, many new technologies of internal combustion engine have been developed. Variable compression ratio engine is one of them.

The compression ratio of traditional engine is fixed, because the volume of combustion chamber and the working volume of cylinder are fixed parameters, which have been determined in the design. However, in order to make the modern engine to play a better efficiency in a variety of changing conditions, to change the contravariant to improve the performance of the engine. Variable compression ratio engine means that the compression ratio is increased to the same or more than that of naturally aspirated engine under low load condition with low boost pressure. On the other hand, the compression ratio is properly reduced under high load condition with high boost pressure. In other words, the compression ratio is adjusted continuously as the load changes, so as to improve the thermal efficiency in the whole working condition range from low load to high load.

In this paper, the working principle, implementation mode and performance characteristics of the variable compression ratio engine are studied and analyzed to determine the research ideas of the variable compression ratio engine, and the main performance parameters of the modified engine and the selection of various mechanisms and systems are determined. Finally, the AVL-boost one-dimensional simulation software is used to build a 2.0L ordinary four cylinder four stroke engine. By constantly changing the compression ratio to determine the best compression ratio under various working conditions, the engine performance under the best compression ratio and the engine performance under the fixed compression ratio are compared for simulation.

By comparing the power, fuel consumption and cylinder pressure, it is verified that the simulation results obtained in this paper are in good agreement with the theoretical results (test results).

Key Words: Gasoline Engine; Variable compression ratio; AVL-BOOST

目录

第1章 绪论 1

1.1前言 1

1.2可变压缩比研究现状 1

1.3目的及意义 2

1.4可变压缩比系统的分类 2

1.5可变压缩比连杆结构设计 3

1.6连杆支点位置可变的可变压缩比发动机的特点 4

1.7多连杆机构可变压缩比系统的工作过程 4

1.8本章小结 6

第2章 可变压缩比发动机设计的开发思路 7

2.1发动机的性能指标 7

2.2影响性能的主要参数 7

2.3可变压缩比系统整体开发思路 7

2.4本章小结 8

第3章 汽油机模型的建立 9

3.1关于AVL-BOOST 9

3.2模型的建立与仿真验证 9

3.2.1建模步骤 9

3.2.2将元件布置到工作区域的合适位置 9

3.2.3参数设置 11

3.2.4Engine设置 11

3.2.5定义摩擦功 13

3.2.6汽缸参数设置 13

3.2.7进排气门设置 16

3.2.8空气滤清器设置 19

3.2.9喷油器设置 20

3.2.10边界条件的设置 20

3.2.11管道建模设置 21

3.3本章小结 22

第4章 模型仿真及最压缩比确定 23

4.1模型仿真结果的验证 23

4.2最佳压缩比的确定 25

4.3原机性能参数和在最佳压缩比下的比较 27

4.4本章小结 29

第5章 可变压缩比汽油机的优化分析 30

5.1可变进气歧管长度的优化分析 30

5.2可变进气歧管直径的优化分析 32

5.3 可变进气歧管的整体优化分析 34

5.4本章小结 36

第6章 总结 37

参考文献 39

致谢 41

附录 42

第1章 绪论

1.1前言

随着社会经济的进一步发展，大多数人们的生活水平也随之不断的提高，汽车作为以前被少数人们所拥有的奢侈品到现在变得越来越大众化，成为了人们出行中不可替代的工具。然而汽车的广泛使用也带来了它的危害，日益加剧的环境污染和能源危机，使得各国对于汽车的排放要求以及能源消耗都有了更加严格的标准。在这种环境下，各种各样的发动机新技术被开发出来，以应对愈发严格的排放法案。

目前在市面上各类车型所搭载的发动机绝大多数为固定压缩比，这类传统发动机的压缩比不会根据行驶工况而做出相应的改变，尽管随着燃油电控喷射技术、双喷射、废气循环与增压技术的不断革新，传统汽油机的各项性能都取得了很大的进步，但其仍难以应对新形势下的更为严格的要求，因为在不同工况下发动机的工作情况有很大不同，所需要的压缩比也就不一样。一种新型的发动机结构技术从产生构想、进一步构思开发然后到最终在汽车市场中大放异彩就经过了十几年的漫长时间，而这一款最终被成功研发出来的发动机就是日产的VC-TURBO可变压缩比发动机。随着汽车行业的发展，电气化肯定是行业一个大的发展趋势，而20年前这种新技术在那时候看来肯定是有着非常多的难题，可变压缩比这个新奇的概念在那时候有着好几家大型车企提出来过，只不过大多数都倒在实现量产这个难题上，这个点所涉及的问题有上游供应链、使用寿命、制造难度还有工程量实在太庞大等等障碍，然而坚持到现在并且攻克了重重困难到最终实现量产的也只剩下日产这一家了^[1]。

1.2可变压缩比研究现状

瑞典的萨博公司发布过一款SVC发动机，压缩比可以在8到14之间变化，而这款发动机的技术优势就在于它的缸体结构非常巧妙。