目前，人类居住的环境日益恶化，和汽车节能减排技术不断发展，乘用车油耗和排放法规必然愈发严格。如何提高汽车发动机能效，改善排放是内燃机研发人员过去一直在研究，未来还需继续研究攻克的技术难题。在内燃机中有许多参数关系密切，既相辅相成，又彼此制约。
为了应对未来更加严厉的排放法规，可变压缩比（Variable Compression Ratio）技术应运而生，简称VCR，是指可以在发动机运转过程中调整发动机压缩比的技术。可变压缩比发动机可以随着负荷的变化不断调节机械压缩比，确保在整个发动机运行工况均有最合适的机械压缩比与之对应，使发动机燃烧效果处于最佳状态。
可变压缩比技术是一个既能保证发动机转矩与功率略有提升，又能大幅降低部分负荷区域燃油消耗和改善排放的重要方案。在发动机中低负荷区域，增加压缩比，可以使燃烧效率更高，从而降低油耗。在发动机高负荷区域，通过降低压缩比，降低爆震倾向，可以使发动机扭矩和功率进一步提升。
关键字
VCR发动机、目标压缩比、目标压缩比预测
引言
在发动机上装配可变压缩比机构后，由于目标压缩比是根据发动机的运行工况确认最佳压缩比的，再确认最佳压缩比之后，主控制单元发出指令传给可变压缩比控制单元，然后在驱动可变压缩比机构，实现压缩比的闭环调节。
但是考虑到可变压缩比机构调节具有迟滞性，直接影响发动机燃烧和运行过程的平顺性、可靠性。在发动机稳态工况下，没有影响，如果发动机出入变工况状态，则上述调节方式很明显具有一定的缺陷，不能满足发动机在随时随地都能有一个最佳的压缩比与其对应，因此也就不能实现可变压缩比发动机在所有工况都能燃烧效果最好。
由于上述问题的存在，因此可变压缩比发动机具有预测功能显得尤为重要，因为在整车上绝大多数都处在变工况状态，所以压缩比需要时时刻刻地进行预测，保证发动机在所有工况下均为最佳压缩比状态。下面是对目标压缩比计算的思路分析。
1. 基础压缩比计算
在发动机运转过程中，以发动机实际转速和实际负荷（可以用输出扭矩、实际进气量、相对充量等参数衡量）作为输入，输出为基础压缩比。此基础压缩比在经过发动机温度、电瓶电压、进气温度、点火角等参数修正后，得出最终的目标压缩比。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果发动机处于稳态，则该压缩比为最终压缩比，将控制信号输入至可变压缩比控制单元，进行压缩比调节。如果发动机处于瞬态工况，则需对目标压缩比计算应用其它控制算法，实现压缩比稳定控制，后面会进行详细讲解。
2.目标压缩比预测模式
目标压缩比计算共分为两种模式，一种是正常模式，如上述基础压缩比计算原理一样，主要是计算发动机稳态工况下的压缩比。另一种就是压缩比预测模式，这种模式主要适用于发动机瞬态工况下，最终输出预测模式下的最佳压缩比，然后进行调节可变压缩比机构。
首先经过条件判断，确定目标压缩比计算是运行哪种模式。所谓的条件判断就不能是类似于上述的实际发动机转速和实际负荷，而应该是预测的发动机转速和预测的发动机负荷。预测的发动机转速和负荷有很多方式可以计算，例如在一个发动机循环时间内，判断转速和负荷的变化率有多大，也可以在特定的时间内判断变化率是多少，具体应用哪种计算逻辑需要在台架上进行测试，以确定最优的计算逻辑。
如果经过条件判断后，确认运行压缩比预测模式，控制系统则会以预测后的发动机转速和负荷作为输入，以确定目标压缩比值，最后再跟据发动机水温、进气温度、蓄电池电压等参数进行修正，输出最终的目标压缩比，然后传递给控制单元进行压缩比调节，保证实际压缩比与实际发动机运行工况跟随一致性。
3.压缩比调节条件
上述两种目标压缩比运行模式的条件是压缩比具备调节条件，在很多工况下，压缩比并不满足调节条件。例如在发动机冷启动工况，压缩比应该设定为中等压缩比，如果压缩比过大，可能导致燃油喷到活塞上，导致雾化效果差，排放性能不达标，如果压缩比过小，则会使排气温度降低，使三元催化器达到工作温度时间较长，因此要合理判断发动机在冷启动工况下的目标压缩比，另外在冷机状态下，机油温度比较低，所以机油粘度大，润滑效果不好，因此也不适合进行压缩比调节。
除上述工况外，如果发动机的电瓶电压过低，则也不利于压缩比调节，此时应该调节至压缩比最小位置（经试验验证，在可变压缩比机构电机不使力时，机构由于惯性会自动回到压缩比最小位置）。因为压缩比机构在调节过程中，需要消耗电能去实现调节，在电瓶电压过低状态应该考虑不在进行压缩比调节，以保证不在消耗电瓶电量，保证行车安全。
令外，当可变压缩比控制单元检测出故障时，应慎重判断是否进行压缩比调节，在判断故障时，可以按照等级程度进行划分，最终决定是否具备压缩比调节条件。比如当控制单元检测到相电压过高或过低时，如果只是一瞬间，那可能由于信号干扰等原因导致的，不具备说服性，因此可以进行压缩比调节，但是如果一直在报电压过低或过高故障，那么就不能进行压缩比调节，需要排查具体真因。
4总结
通过分析目标压缩比控制模式，可以使发动机在任何工况都具有最佳的实际压缩比，预测模式下最主要的优点就是弥补了可变压缩比调节机构的迟滞性带来的影响，换句话说，也就是在发动机的工况变化后，压缩比调节机构跟随不上。
在进行台架标定时，要着重注意发动机的转速和负荷变化率的临界值选取，确保发动机运行效果最佳，随着对目标压缩比控制的不断优化，发动机的排放性、经济性、动力性也会不断提高，以适应当今社会的需求。
参考文献
【1】钱人一，FEV发动机技术公司的可变压缩比汽油机[J].新技术及应用,2003:21一27。
【2】周龙宝（主编），内燃机学，北京：机械工业出版社，2013.3
论文作者: 闫乐飞,,谢爱国
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第4期
论文发表时间:2020/4/22
标签：压缩比论文; 发动机论文; 工况论文; 目标论文; 内燃机论文; 转速论文; 负荷论文; 《工程管理前沿》2020年第4期论文;