四缸机的闭缸技术了解一下?

  • Kimi
  • 2018/09/26
  • 飞灵汽车网

发动机闭缸技术与48V弱混技术,谁的燃油经济性高?

早期发动机闭缸技术的诞生,其目的性非常纯粹,就是为了不影响动力性的前提下降低大排量机型的油耗,所以过去都只是在V6/V8以及更多缸径的大排量机型上搭载。而各OEM在这个领域里也都曾推出过一些比较代表性的机型,比如早期凯迪拉克那台型号为L62 V8-6-4的V8发动机,采用的是AFM技术,可以由8缸切换到6缸再到4缸的工作模式,以及在2004年国内版3.0L君越上搭载的V6发动机,可以从6缸切换到3缸;比如克莱斯勒HEMI 的V8和V6机型,采用的MDS闭缸技术,可以关闭一半的缸,其中Pentastar 3.6L V6发动机,还在2010、2011、2012年荣获了沃德全球十佳发动机;比如本田的VCM/奥迪的AVS/宝马的Valvetronic等等。

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近几年,随着能耗和排放政策愈发严格,部分车企已经开始尝试在排量稍小的四缸机上使用发动机闭缸技术。比如大众在2013年推出的POLO BlueGT,它的发动机还是大众那台著名的1.4T 四缸EA211,闭缸技术则是选用奥迪的AVS;比如凯迪拉克近期推出的XT4上搭载的那台第八代Ecotec系列2.0T发动机。

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发动机闭缸技术有哪些种类?

发动机闭缸技术目前主要有三种类型:

1、对特定气缸断油,但是不停止进气。这种技术由于不能很好的解决发动机在低负载阶段的“泵气损失”(低负载节气门开度很小,活塞与气门间处于真空,活塞向下运动会受到曲轴箱气压的抵抗,从而消耗做功能量),已经逐步被淘汰了。

2、对特定气缸断油并且停止其气门运动(停油又停气)。这种技术是目前应用最广泛,它有效的解决了闭缸过程中发动机低负载的“泵气损失”弊端。现阶段搭载发动机闭缸技术的车型,基本都是采用这种技术。但是这种技术也存在一定弊端,比如闭缸时气缸工作问题不均衡会刚体变形的问题,需要采用辅助温控技术去控制发动机缸体温度或者控制闭缸时间等。

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3、在停油又停气的基础上再把废气引入停缸的气缸中,以此来维持热平衡。这项技术理论上来说是闭缸技术的最优解,但是技术难度较大。从目前行业的信息来看,也仅有宝马等少数几家车企在这个方向上进行着研究。

停油又停气的闭缸技术在四缸上如何应用?

目前主流的闭缸技术就是停油又停气的策略,而具体倒四缸机上主要是停掉1缸和3缸的喷油和进气,让1缸和4缸继续工作。这样的设计考虑的主要是闭缸时发动机的动平衡和缸体问题控制问题。       

而如何实现气缸的开启和关闭操作呢?目前各大厂家的实现方法都不太不一样,比如宝马的Valvetronic是采用的电子气门机构,在进气门上加独立的伺服电机和蜗轮蜗杆机构来控制进气门的开启和关闭。

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比如克莱斯勒是采用液压挺杆结构来独立控制气门,来实现气门升程的变化,从而实现气缸的开闭。

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奥迪和和通用的技术很类似,都是通过多电控机构控制多段式凸轮轴的左右移动来实现气门的开闭,这与可变气门正时的原理类似,只是实现的升程变化更大,其中不同的凸轮轴代表着不同的气门升程。而两者不同的是奥迪的凸轮轴时两段式,而通用是三段式。

通用这种三段式的结构可以让发动机在不同工况下提供三种工作模式:四缸高性能模式,提供最大功率的高气门升程;四缸经济模式,实现动力和效率平衡的低气门升程;两缸超经济模式,在轻负载条件下,关闭2、3缸气门,进入闭缸状态,以进一步节省燃油。

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凯迪拉克XT4发动机上的三段式凸轮轴凯迪拉克XT4发动机上的三段式凸轮轴

发动机气门开闭技术确定了之后,下一步就是要解决气缸的温度控制问题。这是目前闭缸技术中必须要重点解决的问题。因为长时间闭缸(堵车的低负载工作环境)工作下,气缸温度的不平衡会导致气缸出现热变形。在闭缸的温控问题上,凯迪拉克在XT4上给出了它们的系统解决策略。

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在闭缸工况下,让冷却液较少的流向2缸和3缸,较多的流向1和4这两个工作缸,充分平衡发动机缸体的温度。

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闭缸技术能带来多大的油耗改善?

在发动机闭缸工作时,关闭了一半的气缸,理论上来说这种工况下油耗要降低约50%,但是事实是虽然有两缸不能工作,但是每一个个活塞都通过连杆与曲轴项链,只要曲轴运动,所有的活塞也都会运动,这样即使断油了也断气了而活塞被曲轴拖着还会继续运动,这就变成未闭的气缸背着关闭的缸做活塞运动,也消耗了很多能量,因此不能实现降低一半油耗。

另外要考虑到的是,为了不影响车辆的动力型和驾驶性,发动机的闭缸策略与部分混合动力技术很相似,主要是在发动机的低负载情况下开启,比如车辆减速或者道路拥堵环境下,但是这种使用环境毕竟在车辆行驶过程中占据较少的时间,所以整体的燃油经济性提升并不会像我们想象中那么多。

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在凯迪拉克XT4上,官方给出的数据是:闭缸工况下,燃油经济性提升了15%。大家可能觉得这个数据算不上多好,但是要知道现阶段发动机节能技术已经如此成熟的前提下,将油耗降低15%则是一个非常优秀的成绩了,毕竟成本和技术代价要高的多的48V弱混技术,在理想条件下也只能将燃油经济性提升约15%~20%。

综述:

为了提升车辆的燃油经济性及排放标准,各种OEM使出了浑身解数,造就了当下节能技术的百花齐放。这其中又以通用的技术最为多样化,从CT6的PHEV,君威/君越的HEV,Bolt EV的纯电动,XT5的86V若混,再到XT4的发动机闭缸技术,“炫技”的同时,让我们看到了不同级别车型节能技术的差异化应对策略。而下一阶段是否会是组合型节能技术路线,或许在2020年左右会逐渐明朗。

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