發動機閉缸技術與48V弱混技術,誰的燃油經濟性高?
早期發動機閉缸技術的誕生,其目的性非常純粹,就是為了不影響動力性的前提下降低大排量機型的油耗,所以過去都只是在V6/V8以及更多缸徑的大排量機型上搭載。而各OEM在這個領域里也都曾推出過一些比較代表性的機型,比如早期凱迪拉克那臺型號為L62 V8-6-4的V8發動機,采用的是AFM技術,可以由8缸切換到6缸再到4缸的工作模式,以及在2004年國內版3.0L君越上搭載的V6發動機,可以從6缸切換到3缸;比如克萊斯勒HEMI 的V8和V6機型,采用的MDS閉缸技術,可以關閉一半的缸,其中Pentastar 3.6L V6發動機,還在2010、2011、2012年榮獲了沃德全球十佳發動機;比如本田的VCM/奧迪的AVS/寶馬的Valvetronic等等。
近幾年,隨著能耗和排放政策愈發嚴格,部分車企已經開始嘗試在排量稍小的四缸機上使用發動機閉缸技術。比如大眾在2013年推出的POLO BlueGT,它的發動機還是大眾那臺著名的1.4T 四缸EA211,閉缸技術則是選用奧迪的AVS;比如凱迪拉克近期推出的XT4上搭載的那臺第八代Ecotec系列2.0T發動機。
發動機閉缸技術有哪些種類?
發動機閉缸技術目前主要有三種類型:
1、對特定氣缸斷油,但是不停止進氣。這種技術由于不能很好的解決發動機在低負載階段的“泵氣損失”(低負載節氣門開度很小,活塞與氣門間處于真空,活塞向下運動會受到曲軸箱氣壓的抵抗,從而消耗做功能量),已經逐步被淘汰了。
2、對特定氣缸斷油并且停止其氣門運動(停油又停氣)。這種技術是目前應用最廣泛,它有效的解決了閉缸過程中發動機低負載的“泵氣損失”弊端。現階段搭載發動機閉缸技術的車型,基本都是采用這種技術。但是這種技術也存在一定弊端,比如閉缸時氣缸工作問題不均衡會剛體變形的問題,需要采用輔助溫控技術去控制發動機缸體溫度或者控制閉缸時間等。
3、在停油又停氣的基礎上再把廢氣引入停缸的氣缸中,以此來維持熱平衡。這項技術理論上來說是閉缸技術的最優解,但是技術難度較大。從目前行業的信息來看,也僅有寶馬等少數幾家車企在這個方向上進行著研究。
停油又停氣的閉缸技術在四缸上如何應用?
目前主流的閉缸技術就是停油又停氣的策略,而具體倒四缸機上主要是停掉1缸和3缸的噴油和進氣,讓1缸和4缸繼續工作。這樣的設計考慮的主要是閉缸時發動機的動平衡和缸體問題控制問題。
而如何實現氣缸的開啟和關閉操作呢?目前各大廠家的實現方法都不太不一樣,比如寶馬的Valvetronic是采用的電子氣門機構,在進氣門上加獨立的伺服電機和蝸輪蝸桿機構來控制進氣門的開啟和關閉。
比如克萊斯勒是采用液壓挺桿結構來獨立控制氣門,來實現氣門升程的變化,從而實現氣缸的開閉。
奧迪和和通用的技術很類似,都是通過多電控機構控制多段式凸輪軸的左右移動來實現氣門的開閉,這與可變氣門正時的原理類似,只是實現的升程變化更大,其中不同的凸輪軸代表著不同的氣門升程。而兩者不同的是奧迪的凸輪軸時兩段式,而通用是三段式。
通用這種三段式的結構可以讓發動機在不同工況下提供三種工作模式:四缸高性能模式,提供最大功率的高氣門升程;四缸經濟模式,實現動力和效率平衡的低氣門升程;兩缸超經濟模式,在輕負載條件下,關閉2、3缸氣門,進入閉缸狀態,以進一步節省燃油。
pic-article" style="display: inline-block; width: 750px; color: rgb(169, 169, 169); font-size: 14px;">凱迪拉克XT4發動機上的三段式凸輪軸
發動機氣門開閉技術確定了之后,下一步就是要解決氣缸的溫度控制問題。這是目前閉缸技術中必須要重點解決的問題。因為長時間閉缸(堵車的低負載工作環境)工作下,氣缸溫度的不平衡會導致氣缸出現熱變形。在閉缸的溫控問題上,凱迪拉克在XT4上給出了它們的系統解決策略。
在閉缸工況下,讓冷卻液較少的流向2缸和3缸,較多的流向1和4這兩個工作缸,充分平衡發動機缸體的溫度。
閉缸技術能帶來多大的油耗改善?
在發動機閉缸工作時,關閉了一半的氣缸,理論上來說這種工況下油耗要降低約50%,但是事實是雖然有兩缸不能工作,但是每一個個活塞都通過連桿與曲軸項鏈,只要曲軸運動,所有的活塞也都會運動,這樣即使斷油了也斷氣了而活塞被曲軸拖著還會繼續運動,這就變成未閉的氣缸背著關閉的缸做活塞運動,也消耗了很多能量,因此不能實現降低一半油耗。
另外要考慮到的是,為了不影響車輛的動力型和駕駛性,發動機的閉缸策略與部分混合動力技術很相似,主要是在發動機的低負載情況下開啟,比如車輛減速或者道路擁堵環境下,但是這種使用環境畢竟在車輛行駛過程中占據較少的時間,所以整體的燃油經濟性提升并不會像我們想象中那么多。
在凱迪拉克XT4上,官方給出的數據是:閉缸工況下,燃油經濟性提升了15%。大家可能覺得這個數據算不上多好,但是要知道現階段發動機節能技術已經如此成熟的前提下,將油耗降低15%則是一個非常優秀的成績了,畢竟成本和技術代價要高的多的48V弱混技術,在理想條件下也只能將燃油經濟性提升約15%~20%。
綜述:
為了提升車輛的燃油經濟性及排放標準,各種OEM使出了渾身解數,造就了當下節能技術的百花齊放。這其中又以通用的技術最為多樣化,從CT6的PHEV,君威/君越的HEV,Bolt EV的純電動,XT5的86V若混,再到XT4的發動機閉缸技術,“炫技”的同時,讓我們看到了不同級別車型節能技術的差異化應對策略。而下一階段是否會是組合型節能技術路線,或許在2020年左右會逐漸明朗。
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