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路博润:停缸技术与凸轮定相

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摘要:在当今搭载汽油发动机的轻型乘用车内,我们发现一部分车采用了停缸技术,而更多的车辆采用了气门机构凸轮定相技术。这两种技术都是在发动机处于运行阶段时工作且都可以在提升燃油经济性的同时为驾驶员提供充足的备用功率。

在当今搭载汽油发动机的轻型乘用车内,我们发现一部分车采用了停缸技术,而更多的车辆采用了气门机构凸轮定相技术。这两种技术都是在发动机处于运行阶段时工作且都可以在提升燃油经济性的同时为驾驶员提供充足的备用功率。

1981年,通用汽车首次将停缸技术用于凯迪拉克 V-8 发动机,该发动机有4缸、6缸和8缸三种配置。相对原始的电子控制系统、糟糕的发动机使用感受以及当时的技术限制等问题使得驾驶员抱怨连连,该技术很快就退出市场了。2004年,克莱斯勒再次推出改进后的停缸技术,命名为 MDS(多排量系统),应用于体积较大的推杆 V-8 发动机,比如用于乘用车的5.7升赫米 V-8

通用汽车的停缸技术首次出现在2005年,最初被称为“按需排量”,现在已更名为“主动燃油管理系统”。该系统只能在负荷较轻的工况中使用,工作原理如下:当发动机电子控制器发出信号后,电磁阀将发动机润滑油引导至8缸中4缸上经改进的进气和排气液压挺杆。同时,喷油器也会接到指令,停止向目标气缸喷油。

克莱斯勒赫米 V-8 发动机剖面和 MDS液压停缸装置

因此,每个目标气缸都会在一次做功冲程后关闭排气阀和进气阀,将排气隔离在缸内。接着,活塞对这些定量的气体进行压缩和扩张,就像弹簧一样。停工的气缸不会产生任何功率,但有助于节省燃油。根据美国环保署(EPA)的联邦测试规范,该技术可以将每加仑英里数(mpg)提升5-8%

这样一来,由于节流阀扩大了开口,V-8 发动机中剩下的4个气缸才能以更高的效率工作。如有需求,功率也可以迅速地储藏于闲置气缸。与搭配液压凸轮从动件的更加复杂的顶置凸轮(OHC)气门相比,停缸技术更为简洁便宜,尤其当它与推杆/液压挺杆气门机构搭配后。

现已公开的 OEM 部件成本为100美元左右,有的甚至还不到这个价位。本田在 SOHC V-6 汽油发动机中使用了该技术,命名为“主动气缸管理”,主要特色是使用电磁阀来锁定、解锁凸轮从动件。然而当6个气缸中的3个被闲置后,发动机的运行带来明显的震动,本田只能采用主动电机构件来抵消多余的震动,以此消除车内噪音。戴姆勒的停缸技术名为“主动气缸控制”,最早于2001年应用于戴姆勒 V-12 汽油发动机。

随着硬件使用的普及,硬件成本也在不断下降,于是可变气门正时(VVT)技术之一的凸轮定相技术成为了大受欢迎、成本低廉的节油减排技术,而且它也能提供理想的功率与扭矩。在正常驾驶中,凸轮处于基本设定状态,进气阀和出气阀开度略微重叠(进气阀和排气阀都开启),功率容量有限,此时可实现最佳的燃油经济性和最少的排放。

当发动机控制器发出信号后(驾驶员突然踩下加速踏板),液压凸轮相位器便将持续不断地向前和向后旋转凸轮轴。在一个电子控油阀的指令下,被加压的发动机润滑油将被引导至内部包含叶片的相位器。至少进气凸轮(可能也有排气凸轮)会在主驱动链轮内以一个大约50度的范围进行相位调整,从而改变阀门正时。关闭阀门有提前和延后两种模式可选。

提前或旋转的凸轮位可以造成更多的阀门重叠,从而加强高转速工况下的进气能力。事实上,驾驶员还可以暂时切换至“竞速凸轮位”,以增强功率的输出。此外,更高的容积效率还会提升燃油经济性。不过可惜的是,在液压凸轮相位器完成旋转前有一段延迟(可能是0.5秒或更多)。另外,发动机润滑油的情况(包括夹带空气、泡沫、粘度、清洁度和管路压力等)也可能对凸轮相位器的性能和反应能力产生重大影响。

使用性能级别或粘度错误的发动机润滑油可能损害凸轮相位器的正常工作,液压停缸系统也会受到影响。凸轮相位器的启动和速度似乎取决于加速踏板开度的改变。也就是说,踩得太慢、太轻不会使凸轮相位器启动旋转,只有用力、快速地踩到底才有用。为了解决液压/机油凸轮相位器的缓慢问题,Delphi 20113月公布了全电子相位器 e-Phaser,它可以达到通常反应速度的3倍,当然成本也增加了。

液压凸轮相位器和控制阀门

市场上还有其他一些不使用旋转凸轮相位器的 VVT 技术,如本田的 VTEC (上世纪80年代推出)。该技术可以根据发动机的转速和负荷,迅速地在每个阀门的2个凸轮叶片(正时和升程都不同)之间切换 OHC 气门挺杆。

目前本田正在为乘用车无凸轮汽油发动机研发电子控制的高级单独阀门作动器(电磁、电动液压和电动气动作动器)。这些作动器可以不间断地改变阀门正时和升程、调整阀门持续时间、停止气缸,而且无需使用机油。然而这些技术的实施将受到高成本和车载计算需求庞大等问题的限制。

 
 
 
 
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