虽然目前各国相继提出了禁燃时间表，但内燃机还会存在很长一段时间，还有很大的潜力可以挖掘。多年来，可变压缩比技术一直是一种减少发动机CO₂排放的先进技术。2017年Infinity公司就宣布，其研发的多连杆技术已经成熟，并将投入大批量生产应用中；Saab公司也正在测试新的一体式气缸盖，而这两种系统都要求对发动机结构做非常大的改变。

图1 Dual Mode VCS 可变压缩比系统是发动机中的一个组成部分，可变压缩比会明显地降低发动机的有害气体排放

为了实现CO₂的减排效果，又不对发动机结构做出重大改变，Iwis公司和AVL公司合作开发出了“Dual Mode VCS”可变压缩系统，这种系统可以在不改变发动机现有结构的情况下集成到现有的发动机系列中应用，其工作的基本原理是通过两极可伸缩的、集成在连杆体上并能够调整压缩比的调节机构来实现发动机的可变压缩比技术。两公司研发这一系统的一个重要目标是降低生产成本，其可以在发动机生产厂生产线没有重大改变的情况下，即可生产出具有可变压缩比性能的发动机。

Dual Mode VCS工作原理

为了能够让可伸缩连杆长度实现双向改变，Iwis公司和AVL公司的研发人员利用了发动机工作时作用在连杆小头的气体压力FG和惯性力FM，将连杆大头和连杆小头由一个只有一个自由度的连接件连接起来。

图2 具有相同功能的基本型连杆（左）和可伸缩连杆的工作原理（右）

由于连接件只有一个自由度，因此就可以灵活实现连杆长度的伸长和缩短：当合力FR在坐标系中为负时（见图2右），即F_G>F_M时就能缩短连杆的长度；反之，当合力FR为正时（F_G<F_M），就可以延长Dual Mode VCS连杆的长度。此外，伸长和缩短两个方向的单自由度平移都会受到机械限位的限制，这种可以平移的连接方式也可以视为一种气缸—活塞系统。当伸缩连杆的长度由长变短时，下油腔中的液压油被挤出去，油量减少，液压油注入上方油腔；当可伸缩连杆的长度由短变长时，上方油腔排空，下方油腔注入液压油。

液压阀系统控制着伸缩连杆的长度变化，保证连杆的长度只按照希望的伸长量或者缩短量变化。因此，液压阀系统中使用了单向控制的单向阀。它们决定了哪个油腔可以排出或者注入液压油。当平移连接件移动到其限位位置时，液压阀系统就能保持着连杆长度调节机构工作位置在发动机交替变化的压力和拉力作用下不发生变化，也就是说可伸缩连杆的长度不变。

强大的技术潜力

能够在现有的发动机结构中使用、实现可变压缩比是对这一系统研发的基本要求。除此之外，还要求这一系统能够充分地挖掘VCR可变压缩比调节系统的潜力。例如将米勒循环发动机与VCR可变压缩比技术相结合就会在最大与最小压缩比之间提供六档压缩比，仅用一套可伸缩连杆系统就可以实现大范围的压缩比调整。同时，这一系统也可以按照不同的驾驶方式、应用方式以及车辆等级与不同的换档技术方案配套使用，实现车辆的个性化控制。为了减少NVH的影响，附加的零部件质量应尽可能地靠近连杆与曲轴的连接处，尽可能地减小振荡质量。连杆的活塞连接部没有额外的零部件，不需要特殊的加工和处理，活塞组件也没有变化。

成功的实践测试

Dual Mode VCS整个系统的工作分为两个阶段，这与全可变压缩比系统相比较是一个缺点吗？为了搞清楚这一问题，工程师们将这一系统安装到标准型的2.0 L TGDI发动机上，并根据欧盟提出的WLTC轻型车测试循环工况的要求进行了试验测试。测试时，按照发动机的工作特性曲线分为两个区域，高压缩比和低压缩比行驶区域。通过试验可以看到，在低负荷至中负荷和低转速至中转速的范围内应使用高压缩比，以尽可能地降低CO2的排放；在高负荷区域内，发动机应在低压缩比工况下工作，以便能够在不进入爆燃区的情况下输出最大功率；在高转速和低负荷情况下，在WLTC轻型车测试循环和实际驾驶中的CO2排放量没有明显的影响，因此在这一区域内可以用低压缩比来驱动车辆行驶。

有研究表明：在WLTC轻型车测试循环中96.3%的时间内发动机是在高压缩比的情况下工作的，因此，只有3.7%的时间需要使用低压缩比。所以最后得出结论：Dual Mode VCS这一系统可以在整个转速范围内使用。这样，全可变压缩比系统的附加好处就可以忽略不计了，尤其是这类研发费用和集成化成本很高的系统。

高性价比

Iwis公司和AVL公司表示，Dual Mode VCS计划于2021年正式投放市场。当前的研发进度是验证这一系统的使用寿命及确定模块化的结构。目前主要关注的是发动机在高功率时的应用和在单缸排量0.5 L发动机中的应用。当完成系统的模块化设计之后，也可以将这一系统移植到其他类型的发动机中使用。两家公司还介绍，这种特殊的VCS设计方案有着很好的性价比，大约为每减少1 g CO₂ /km需要30~40欧元。