• 可變排量

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    可變排量

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    可變排量是一種汽車發動機技術,通常通過停用氣缸來改變發動機排量,以提高燃油經濟性。該技術主要用于大型多缸發動機。自 2005 年起,許多汽車制造商都采用了這項技術,盡管這一概念在此之前已經存在了一段時間。

    可變排量操作原理

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    氣缸停用用于減少內燃機在輕載運行期間的燃料消耗和排放。在典型的輕載駕駛中,駕駛員僅使用發動機xxx功率的 30% 左右。在這些情況下,節氣門幾乎關閉,發動機需要工作以吸入空氣。這會導致效率低下,稱為泵送損失。一些大容量發動機在輕載時需要大量節流,以至于上止點的氣缸壓力大約是小型 4 缸發動機的一半。氣缸壓力低會導致燃油效率降低。在輕負載下使用氣缸停用意味著從進氣歧管吸入空氣的氣缸更少,這有助于增加其流體(空氣)壓力。沒有可變排量的操作是浪費的,因為即使不需要xxx性能,燃料也會不斷地泵入每個氣缸并燃燒。通過關閉發動機一半的氣缸,消耗的燃料量要少得多。在減少泵送損失(增加每個工作氣缸中的壓力)和減少泵入氣缸的燃料量之間,高速公路條件下的燃料消耗可以減少 8% 到 25%。

    氣缸停用是通過保持特定氣缸的進氣門和排氣門關閉來實現的。通過保持進氣門和排氣門關閉,它會在燃燒室中形成一個空氣彈簧——在活塞的上行沖程期間,被困的廢氣(與之前的充氣燃燒保持一致)被壓縮,并在活塞的下行沖程中向下推活塞。捕獲的廢氣的壓縮和減壓具有均衡作用——總體而言,發動機幾乎沒有額外的負載。在最新的氣缸停用系統中,發動機管理系統還用于減少向停用氣缸的燃油輸送。利用點火正時、凸輪正時和節氣門位置的變化(得益于電子節氣門控制),發動機正常運行和氣缸停用之間的過渡也變得平滑。在大多數情況下,汽缸停用適用于在輕負載時效率特別低的相對大排量發動機。對于 V12,最多可以禁用 6 個氣缸。

    所有可變排量發動機要克服的兩個問題是不平衡的冷卻和振動。

    可變排量的歷史

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    可變排量發動機最古老的發動機技術前身是在 19 世紀后期開發的命中和未命中發動機。這些單缸固定式發動機有一個離心式調速器,只要發動機在設定速度以上運行,通常通過保持排氣閥打開,就可以切斷氣缸的運行。

    凱迪拉克 L62 V8-6-4

    二戰期間首次試驗多缸發動機,1981 年在凱迪拉克命運多舛的 L62 V8-6-4 發動機上再次嘗試。該技術已成為所有凱迪拉克車型的標準功能,但塞維利亞除外,后者以 350 柴油 V-8 發動機為基礎發動機。凱迪拉克與伊頓公司合作開發了創新的 V-8-6-4 系統,該系統使用業界xxx發動機控制單元根據所需的功率量將發動機從 8 缸切換到 6 缸再到 4 缸運行。最初的多排量系統關閉了相反的氣缸對,使發動機具有三種不同的配置和排量。這些汽車有一個復雜的診斷程序,包括在空調顯示屏上顯示發動機故障代碼但是系統很麻煩,被客戶誤解了,

    阿爾法羅密歐 Alfetta CEM

    1981 年,阿爾法羅密歐與熱那亞大學合作開發了阿爾法羅密歐 Alfetta 的半實驗可變排量發動機版本,稱為 Alfetta CEM(Controllo Elettronico del Motore,或電子發動機管理),并在法蘭克福車展上展示。130 PS(96 kW;128 bhp)2.0 升模塊化發動機具有由發動機控制單元控制的燃油噴射和點火系統,可以根據需要關閉四個氣缸中的兩個,以減少燃油消耗。首批 10 個示例被分配給米蘭的出租車司機,以驗證在現實世界中的操作和性能。根據阿爾法羅密歐在這些測試發現,與沒有可變排量的 CEM 燃油噴射發動機相比,停缸可以減少 12% 的油耗,與常規生產的 2.0 升化油器相比,幾乎增加了 25%。xxx次試用后,1983 年,小系列 1000 個樣例開始銷售,提供給選定的客戶;制作了 991 個示例。盡管有第二個實驗階段,該項目沒有進一步的發展。

    三菱 MD

    1982 年,三菱開發了自己的可變排量 MD(Modulated Displacement)形式,證明該技術首先用于三菱的 1.4 L 4G12 直列四缸發動機,能夠成功運行。因為凱迪拉克的系統被證明是失敗的,并且使用了四缸發動機,三菱稱贊他們自己的系統是世界xxx。該技術后來被用于三菱的 V6 發動機。

    該系統通過在速度低于 70 公里/小時(43.5 英里/小時)、怠速和減速時禁用 1 號和 4 號氣缸上的閥門來工作。與常規 4G12 發動機相比,油耗數據通常提高約 20%。然而,期間消息人士抱怨說,盡管具有液壓阻尼特殊發動機支架,但發動機在兩缸模式下運行非常粗糙。為盡量減少振動和粗糙度而采取的其他措施包括一段柔性排氣管,在冷卻液溫度達到 70 攝氏度之前不運行系統,以及重 70% 的飛輪。三菱的努力仍然是短暫的,主要是因為購車者缺乏回應。

    1993 年,在三菱開發自己的可變氣門正時技術一年后,推出了 MIVEC-MD 變體。復興的 MD 技術現已進入第二代,改進了電子發動機控制,幾乎可以在不知不覺中實現從 4 缸到 2 缸的切換。在 MD 模式下,MIVEC 發動機僅使用其四個氣缸中的兩個,這顯著減少了由于泵送損失而浪費的能量。此外,由于發動機摩擦造成的動力損失也減少了。根據條件,MIVEC-MD 系統可將油耗降低 10-20%;盡管其中一些增益來自可變氣門正時系統,而不是來自可變排量特性。調制位移在 1996 年左右被放棄。

    售后系統

    許多公司開發了售后氣缸停用系統,并取得了不同程度的成功。1979 年 EPA 對允許八缸發動機在四個氣缸上運行的汽車氣缸停用系統 (ACDS) 的評估發現,一氧化碳和氮氧化物的排放量增加超過了當時有效的排放標準的法定限制。在提高燃油經濟性的同時,加速受到嚴重影響,當系統處于四缸模式時,發動機真空度的喪失導致制動輔助的危險喪失。除了這些問題,雖然該公司提出了一種可以從車內切換的液壓控制系統,但他們實施的版本必須使用手動工具在發動機艙內手動更改。

    當下

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    目前,根據發動機氣門機構的類型,目前使用的汽缸停用機械裝置主要有兩種類型。xxx個是推桿設計,它使用螺線管來改變輸送到升降桿中鎖定銷的油壓。由于鎖銷未到位,挺桿會塌陷,無法將其配套的推桿提升到氣門搖臂下方,導致當凸輪推動部件空轉時氣門保持關閉狀態。

    第二種類型用于頂置凸輪發動機,并使用一對鎖定在一起的搖臂,用于每個氣門。一個搖桿跟隨凸輪輪廓,而另一個搖桿驅動閥門。當氣缸停用時,電磁控制油壓釋放兩個搖臂之間的鎖定銷。雖然一只手臂仍然跟隨凸輪軸,但解鎖的手臂保持不動并且不移動閥門。通過計算機控制,汽缸的快速停用和重新啟用幾乎立即發生。

    一些汽車制造商在當前生產的發動機中配備了氣缸停用功能。

    戴姆勒股份公司的主動氣缸控制 (ACC) 可變排量技術于 2001 年在 CL600 和 S600 的 5.8 L V12 發動機上首次亮相。

    梅賽德斯-奔馳在 1990 年代后期開發了他們的多排量系統 V12,該系統按點火順序關閉所有其他氣缸。從 2004 年的戴姆勒克萊斯勒 Hemi 開始,它被廣泛部署在推桿式 V8 發動機上。

    從 2003 年開始,本田在 J 系列發動機上引入了可變氣缸管理系統。本田的系統通過停用氣缸組來工作,從 6 個氣缸切換到 4 個氣缸到 3 個氣缸。

    2005 年,通用汽車推出了他們的主動燃油管理汽缸停用系統(在第四代小缸體中),類似于克萊斯勒的 MDS,關閉了一半的汽缸。2018 年,通用汽車推出了一種名為動態燃油管理的改進系統,該系統可以根據當前需求以多種組合方式關閉任意數量的氣缸。該系統基于加利福尼亞公司 Tula Technology 開發的一項技術 Dynamic Skip Fire,采用該技術的 6.2L 發動機被評為 Ward 2019 年 10 佳發動機之一。

    2012 年,大眾汽車推出了主動氣缸技術 (ACT),這是xxx家在四缸發動機中這樣做的制造商。

    2016 年 11 月,福特宣布了其緊湊型三缸 Ecoboost 發動機,其中一個氣缸被停用。這是迄今為止使用停用的最小發動機,并將允許將這些好處應用于小型汽車。

    2017 年 11 月,馬自達宣布在所有 2018 款 CX-5 車型中配備標準氣缸停用功能,并在馬自達 6 車型上提供。

    截至 2020 車型年,在美國銷售的輕型汽車中約有 15% 使用汽缸停用,主要用于馬自達 (64%)、通用 (44%)、本田 (24%) 和 FCA (23%) )。

    相關技術

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    可變壓縮比最著名的此類系統是實驗性的薩博可變壓縮發動機,它使用鉸鏈塊將活塞移近或遠離頭部,從而改變燃燒室的尺寸。其他實驗系統包括使用偏心軸上的滑動曲柄座圈的 Hefley 發動機和使用四連桿機構的 Scalzo 活塞停用發動機,其區別在于能夠完全停止單個活塞。目前沒有使用任何這些設計的生產車輛。

    可變排量

    此外,凱迪拉克的 Northstar 發動機系列具有跛行回家故障安全模式。如果發動機失去冷卻液,發動機控制器將切斷燃料并點燃一半氣缸。在不改變氣門操作的情況下,非燃燒氣缸將對發動機進行空氣冷卻,使其可以在沒有冷卻劑的情況下行駛 100 英里。

    可變排量技術

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    • 賓利于 2015 年推出了一款更新的 L 系列發動機,具有可變排量
    • 戴姆勒克萊斯勒多排量系統 (MDS) 用于克萊斯勒車型
    • 戴姆勒克萊斯勒主動氣缸控制 (ACC) 用于梅賽德斯-奔馳車型
    • 通用汽車 V8-6-4(凱迪拉克)
    • 通用汽車凱迪拉克十六號(凱迪拉克)
    • 通用汽車主動燃油管理
    • 本田可變氣缸管理系統 (VCM)

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    詞條目錄
    1. 可變排量
    2. 可變排量操作原理
    3. 可變排量的歷史
    4. 凱迪拉克 L62 V8-6-4
    5. 阿爾法羅密歐 Alfetta CEM
    6. 三菱 MD
    7. 售后系統
    8. 當下
    9. 相關技術
    10. 可變排量技術

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