发动机制动气缸功能
粉丝总喜欢横冲直撞地讨论什么发动机马力,其实大多数情况下,我们只有一台发动机的最大功率,尤其是高速公路巡航等道路情况,发动机的实际输出功率很少。因此,对于多缸、大排量发动机,关闭部分气缸可以减少燃料消耗。也就是说,发动机制动气缸功能(也称为闭合气缸或可变气缸功能)。
比较有名的克莱斯勒HEMI引擎(克莱斯勒称为MDS)可以在高速巡航时将V8改为V4,本田以前的3.5 V6 VCM引擎可以根据需要变成V4、V3引擎,凯迪拉克现在CT6的3.0TT引擎也具备此功能(俗称DoD)
休息缸功能的省油效果一方面来自于没有工作缸的小喷射。这很容易理解,但更重要的是,关闭部分气缸的进气门后,有效地减少发动机的泵阻力。毕竟圆柱体的呼吸是一个非常消耗能量的过程。水泵阻力减少一半不是可以节约油吗?
但是为什么休息缸功能没有普及?成本利润费。燃油经济性的前提是进气排气门关闭。也就是说,必须有关闭气缸的阀门运动的单独机构。这引起了一些问题。第一,技术很难。这比可变阀门时机更难,适用范围更窄,第二,可靠性下降,第三,成本大幅增加。特别是对小排量和普通车型更敏感。
另一方面,涡轮增压技术有使发动机小型化的趋势(如4缸宝马7系、沃尔沃XC90),发动机小型化大大减少了发动机的摩擦损失,提高了泵效率。
电磁泵
最近本田CR-V1.5T发动机增油事件让很多车友意识到发动机原来对温度很敏感,让车友意识到发动机热管理系统有多重要。
以泵为核心的冷却系统是发动机热管理系统的重要组成部分,传统泵由发动机皮带驱动,直接关系到发动机速度。因此,举栗子的话,速度低、负荷大的情况是最大的冷却挑战。为了满足这一部分的需求,冷却系统需要增加电力,低温时发动机温度上升缓慢等副作用也会带来。(用热大小循环抬杠的车友们不能慢慢走。)。(美国,英国,英国,英国,英国,英国,英国,英国,英国,英国,英国,英国,英国,英国,英国,
电磁泵没有这种问题。马达驱动的泵可以根据需要运转,低温开始时不发力,发动机迅速加热,有害排放减少,磨损减少,节能。需要大幅度冷却的时候,要竭尽全力工作,不需要与发动机转速相吻合,调节灵活。
变排量油泵
对节能和排放的要求使工程师们压力很大。因此,工程师们除了制造电磁泵外,还设计了变排量油泵。
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机油对发动机的润滑和抗磨损是如此重要,但是机油过多也会导致发动机内阻变大、浪费动力。鉴于发动机不同工况对机油的需求不同,实际泵油量总是偏多,所以可变排量机油泵的诞生很好的解决了这个问题,为省油做出贡献。
双喷射
缸内直喷的喷油方式逐渐替代了从前进气歧管喷射,原因就是动力强还省油,毕竟把汽油直接喷入汽缸的方法能够控制的更精准,满足动力后不多浪费汽油。但缺点也很明显,比如低负荷时增加的氮氧化物排放,再比如更严重的积碳问题。
于是,双喷射技术兴起。包括丰田和大众在内的诸多品牌都开始使用了双喷射技术,发动机低负荷时通过歧管喷射来降低排放和省油,高负荷状态下使用缸内直喷来保证动力和和省油的平衡。
可变压缩比
为什么相对来说柴油机扭矩大且省油?原因之一是柴油机的压缩比比汽油机高。压缩比指的是压缩冲程前的汽缸总容积和压缩冲程后汽缸总容积的比值,压缩比高(一定范围内)意味着混合气做功的效率更高,翻译过来就是越省油。
但汽油机的压缩比不能太高,因为很可能还没压缩完成混合气就开始燃烧爆炸,导致发动机报废,俗称爆缸。因此,为了平衡动力性和经济性,工程师们也让发动机的压缩比可变。
简单点的有弥勒循环和阿特金森循环,这两者是通过气门的延时开闭来改变混合气被压缩的程度(准确说改变的是膨胀比),汽缸本身硬件并不可变。
复杂点的就是英菲新2.0T发动机,通过一套复杂的连杆机构,能让这台发动机的活塞连杆位置产生变化,进而改变活塞离燃烧室顶的距离,让压缩比能在8到14之间连续调节。好处是显而易见的,低负荷时高压缩比能大幅度省油,强动力时低压缩比不怕爆震,动力输出凶猛。
可变点火方式
汽油的挥发性好,但着火点高,所以汽油机要靠火花塞点燃,因此压缩比低、热效率低。柴油抗爆震性好但挥发性差,所以柴油机要靠压燃,但氮氧化物和碳颗粒的排放问题严重(这也是各种柴油门事件的原因)。那么能不能把两者结合在一起呢?答案是能。
这就是理想的HCCI(均质压燃)发动机,介于汽油柴油之间,适当燃料在燃烧室中与混合均匀后被压燃,压缩比和空燃比都大幅提高,油耗和排放均大幅下降。但却难以实现,因为对汽油机来说(加油站中目前没有那种理想燃油,只能用汽油),更高的空燃比(油少空气多)会让汽缸点不着火成为大概率事件,而高压缩对温度控制要求也极高,不是爆震就是打不着。
因此,纯靠压燃的HCCI当下几乎没法实现。因此,工程师们想到结合火花塞点燃和HCCI压燃的方式,给发动机做个妥协。这就是马自达的新的Skyactiv-X技术重点SPCCI发动机。
SPCCI意思是Sparkcontrolled compression ignition,即火花塞控制的压燃点火。SPCCI发动机把点火分为两步,第一步火花塞点燃一小点混合气,燃烧的混合气体积膨胀后挤压未燃烧的混合气,这些未燃烧的混合气压力就变大,然后发动机把这些混合气压燃。
这样一来,发动机的压缩比不用过高,设定在15-16即可(目前柴油机17以上很正常),然后通过调整火花塞的点火时机以及气门的动作来营造出HCCI可以稳定运行的温度压力环境。这样,SPCCI发动机的燃烧效率大为增加,油耗得以降低。
严格来说,SPCCI不算“可变”,但因为可以通过火花塞点火时机间接控制和改变缸内压力(这也是SPCCI发动机多了缸压传感器的原因)以及分两级的点火方式,所以本文把SPCCI发动机也列举出来。
从目标和效果上看,马自达称之为SPCCI(火花塞控制的压缩点燃)的点燃方式和英菲尼迪的VCT可变压缩比殊途同归,都是利用高压缩比和比热比来节油。只不过英菲尼迪是用那套复杂的连杆机构来应对不同负荷,而马自达是在点火方式上做文章。
丰田DynamicForce并未采取前两者的策略,也通过其他措施的优化提升热效率。而欧洲品牌等也通过其他技术在动力总成层面(并非单独的发动机优化)优化进行节油和提升,总之,每家的技术路线略有不同。
不过目前装有英菲尼迪VCT和马自达的SPCCI发动机的新车还未上市,新技术能取得怎样的皆有效果,大家静静的等待MJ车谈的实际测试吧。
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