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日志

 
 

详解汽车可变气缸技术  

2013-11-25 20:57:36|  分类: 汽车 |  标签: |举报 |字号 订阅

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发动机可变汽缸

凤凰汽车导购 众所周知,一台汽车是由很多个零部件所组成,而那所谓的三大机构五大系统则是最为核心的部件。但对于一位不是十分了解汽车的普通人而言,当你问到他汽车最核心的部位是什么时,我想他肯定不假思索的就会回答你是发动机。不错,对于每一款车型来说,发动机确实都是一个十分重要的部件,因为没有了它汽车就如同人没有了心脏一样,没有心脏的人会死亡,没有发动机的汽车则生不如死。

也正是由于汽车发动机有着很强的重要性,所以很多厂家在发动机研发上下了大力气,无论是各项新技术还是对于发动机材料的改变,他们无疑是想通过自己的努力来让发动机在最少能源消耗的情况下释放出来最大的动能。

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早期对于汽车发动机技术我们熟知的无非是那几个不同叫法的可变气门正时和可变气门升程技术;后来涡轮增压发动机的更多使用才让我们进一步得了解到双涡流等技术;之后,伴随着直喷发动机的出现,缸内直喷、分层燃烧等技术也成为了当时的热门话题。

伴随着石油的逐渐短缺,最大限度的降低油耗成为每一款燃气机车不得不面对的问题。小排量车型需要,大排量车型更需要,所以厂家也开始在越来越多的大排量车型身上使用各种各样的发动机新技术。

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V型六缸发动机

对于大排量发动机而言,它们无法回避的一个问题就是由于排量的增大,导致其发动机汽缸数势必有所增加,V6,V8,甚至是W12,这些都是大排量车型所习惯采用的发动机布局。大排量发动机最大的好处就是其可以拥有十分充足的动力储备,较小排量发动机而言,它所能提供的动力输出会更好,但同时也有一个问题,就是在拥有姣好动力的同时,车辆的燃油经济性也会有着明显的降低,这对看似不可调和的矛盾应该如何解决呢?

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V型八缸发动机

上世纪90年代,作为汽车鼻祖的梅赛德斯-奔驰在旗下的S500车型上将这一对矛盾解决了,工程师们采用可变汽缸技术来保证大排量多缸数车型的燃油经济性。在奔驰之后,本田、宝马、克莱斯勒等厂商也随机推出了配有可变汽缸技术的车型,可变气缸技术一般适用于多气缸大排量车型,如V6、V8、V12发动机,因为日常行驶,大多数情况下并不需要大功率的输出,所以大排量多汽缸就显得有点浪费,于是可变汽缸技术应运而生,它可以在不需要大功率的输出时,控制关闭一部分汽缸,以减少燃油的消耗。

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W型12缸发动机

与各大厂家对可变气门技术有着不同的叫法一样,在可变汽缸技术上各大厂家也有着不同的叫法,但技术的核心基本相同,都是在汽车高速行驶时,通过电子系统将发动机的部分汽缸关闭,已达到节油的效果。


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大排量发动机可变汽缸技术

本田的可变汽缸技术:

不可否认,本田的自然吸气发动机在汽车业内有着很高的地位。虽然对于日系品牌而言,它们更擅长的是小排量发动机,但在大排量发动机的节油效果方面,本田则依靠着它所谓的VCM技术降低油耗。

VCM,全称Variable Cylinder Management,它是本田所拥有的一种可变汽缸管理技术,它可以在行驶时将车辆的个别汽缸关闭,让一台3.5升V6发动机在3、4、6缸之间变化,排量则在1.75升至3.5升之间变化。

这套可变汽缸技术可以很智能的管理车辆发动机,当车辆进行爬坡、加速、起步等全负荷工作时,发动机的六个汽缸会全部投入工作,而当车辆以中速巡航状态行驶时,工作的汽缸数会减半,即只工作三个汽缸,而在高速巡航时,为了保证车辆的动力输出,运行汽缸的数量会增加至四个。

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由于系统会自动关闭非工作缸的进气门和排气门,所以可避免与进、排气相关的吸排损失,并进一步提高了燃油经济性。在三缸工作模式下,后排气缸组被停止工作。在四缸工作模式下,前排气缸组的左侧和中间气缸正常工作,后排气缸组的右侧和中间气缸正常工作。

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关闭汽缸后,停止工作汽缸中的火花塞会继续点火,从而尽量避免火花塞的温度损失,放置汽缸重新工作后因不完全燃烧而造成的火花塞油污。

本田的这套系统采用电子控制,并采用专用的一体式滑阀,这些滑阀与缸盖内的摇臂轴支架一样起着双重作用。根据系统电子控制装置发出的指令,滑阀会有选择地将油压导向特定气缸的摇臂。然后,该油压会推动同步活塞,实现摇臂的连接和断开。

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VCM系统对节气门开度、车速、发动机转速、自动变速箱档位选择及其它因素进行监测,以针对各种工作状态确定适宜的气缸启用方案。此外,该系统还会确定发动机机油压力是否适合VCM进行工作模式的切换,以及催化转化器的温度是否仍会保持在适当范围内。为了使汽缸启用或停用时的过渡能够平稳进行,系统会调整点火正时、线控节气门的开度,并相应地启用或解除变矩器锁定。

而对于车辆来说,汽缸在变化过程中驾乘人员基本不会有任何察觉。

克莱斯勒可变汽缸技术:

与本田相同,克莱斯勒也拥有着属于自己的可变汽缸技术,它的全称为MDS-Multi-Displacement System。

所谓MDS,就是依靠关闭相应的汽缸来达到节油的效果。但与本田不同,由于克莱斯勒的HEMI发动机采用的是OHV结构,凸轮轴上布满了凸轮,所以其无法向本田那样通过比较复杂的副摇臂和液压控制的连接结构来实现关闭汽缸的作用。

但克莱斯勒的工程师们在与凸轮轴接触的挺杆上找到了办法,他们为HEMI发动机的挺柱设计了一个独特的滑块结构,该结构与气门推杆相连,滑块下方有一个卡销,卡销可以使滑块与挺柱链接,推动气门推杆,或使滑块滑动,让挺柱无法推动气门推杆。

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当挺住推动推杆驱动气门摇臂,气门全部打开,此时HEMI发动机的八个汽缸将会全部工作,使得车辆得到最大的动力输出;而当卡销松开,滑块可以上下滑动时,挺住无法推动推杆,此时HEMI的四个汽缸会被关闭,发动机也由原来的V8变成了V4。

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HEMI发动机的凸轮轴与气门挺柱机构

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对气门的控制依靠特别设计的挺柱实现,液压控制的卡销可以使挺柱不推动气门推杆

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值得一说的是,MDS系统最早在2005年就一再HEMI发动机上服役,无论是克莱斯勒300C还是Jeep大切诺基还是道奇Charger等车型上都已配备上拥有该项技术的发动机。不过克莱斯勒集团旗下各个品牌的SRT-8高性能车型上所使用的HEMI发动机上则没有配备该项技术。

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大众小排量发动机可变汽缸技术

大众的可变汽缸技术:

在这里之所以说到大众的可变汽缸技术并不是因为它推出的多早,也不是因为它有多么的先进,而是因为对于大众的这套名为ACT主动气缸管理系统的技术是可变汽缸技术首次被使用在小排量车型上。

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ACT主动气缸管理系统是大众第一次使用在EA211系列这样的小排量发动机上,在之前这套系统仅用于大型八缸或十二缸发动机上。该系统可在发动机中低负荷运转状态下关闭第二缸和第三缸,因此能够将欧盟行驶循环的百公里油耗降低0.4升左右。在第三档或第四档以50公里/小时的速度匀速行驶时,其百公里节油量可达1升。即使在第五档以70公里/小时的速度行驶,该系统也可将百公里油耗降低0.7升。

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当发动机转速在1250转/分到4000转/分之间、即扭矩输出在25牛米到100牛米左右时,ACT主动气缸管理系统就会启动。这一转速和扭矩范围十分宽泛,几乎涵盖了欧洲行驶循环下近70%的驾驶状态。而当驾驶员踩下油门踏板时,两个气缸就会悄然重启。该系统十分高效,且丝毫不影响发动机的平顺运转:即使只用两个气缸,这款平衡性极佳的1.4升TSI也能像四缸同时工作一样,安静运转,而且震动也很小。所有机械切换动作在凸轮轴旋转半周的时间内即可完成,也就是只需13毫秒到36毫秒之间,具体时间视发动机转速而定。由于该系统支持对点火和节流阀的干预,所以汽缸开关切换过渡十分流畅。

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值得一提的是,借助油门踏板传感器和智能监测软件,该系统可探测出不规律的驾驶状态:例如在车流中穿行或在乡村道路上高速行驶。在这种情况下,汽缸关闭功能将被禁用。驾驶员可从车速表和转速表之间的多功能显示器上得知汽车当前是两缸运行还是四缸运行。

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为了进一步降低排放和油耗,并提高发动机低转速下的扭矩输出,EA211全系发动机的进气凸轮轴都设计成可以在50度曲柄角范围内调节;发动机中增设了排气凸轮轴调节器。凸轮轴调节器可调节到理想的控制时间,从而确保汽车能够在低转速下实现更顺畅的响应,同时还能提升高转速下的扭矩。

总结:

无论是早期的奔驰、宝马还是现在的本田、克莱斯勒和大众,他们使用可变汽缸技术的原因就是为了要最大化的降低车辆的油耗。

虽然相比之下,大排量多缸数发动机在使用可变汽缸技术时的效果要远远好于小排量车型,但对于环境保护和节能减排来说,无论多少,只要肯做就好。更何况当车辆在巡航时,除了支持它巡航的动力外,其他的动力输出完全属于浪费,毛主席教育我们“浪费是极大的犯罪”,所以我们要将浪费降到最低。


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