影响全球燃油发动机的设计?通用可关闭气缸技术的最终目标不是节省燃料。
事实上,气缸可关闭技术不再是秘密或独家专利。很多拥有自主发动机制造技术的品牌也会有“可关缸技术”的发动机产品,比如大众、本田等。真正研究关缸技术并量产的品牌是凯迪拉克。
1981年,凯迪拉克制造了第一台量产的V8可变缸发动机。当时的发动机可以工作在8缸、6缸、4缸三种模式,并且配备了当时优秀的行车电脑(ECU)。据说这种驾驶计算机每秒钟可以进行30多万次运算。
但在当时,就气门设置和调整的水平和技术而言,在不可预测的道路上实现良好的气缸开闭工作不是那么容易的。甚至有人在当时买了这辆V8动力的凯迪拉克后,发现车内有一条实用说明:“请避开以下特定速度,45英里/小时(约72.4公里/小时)和68英里/小时(约109公里/小时)”。也就是说,在一定速度巡航时,这种变缸发动机会陷入一种“自我纠结”的状态。
随着时代和技术的不断进步,通用并没有放弃大排量机器的变缸技术。雪佛兰科尔维特C7搭载的代号为LT1的V86.2L机器是一个成熟的“标杆”。除了可变缸技术,还增加了缸内直喷的关键技术和闭缸技术:主动燃油管理系统和连续可变正时气门。
早在第一代量产变缸技术出现的时候,通过主动燃油管理系统简单粗暴地停止了非工作缸段的供油,但是活塞继续工作,做了徒劳无功的工作。这就是为什么增加了可变缸技术,油耗却一点没变的原因。
而这款发动机也凭借21世纪V8的6.2L大排量自吸发动机获得了2014和2015年度沃德十佳发动机,在全球倡导节能减排。
时至今日,这种可关缸技术已经不再是只有在大排量性能产品中才能见到的技术。通用汽车已经将其广泛应用于其民用产品,如刚刚上市的凯迪拉克XT6、XT5、CT5和CT4。同时,你也可以看到这项技术正在其他品牌的转基因产品中得到应用。
不同的是,应用到现在大家都能接触到的2.0T变缸发动机上后,配备了“四缸高性能模式”、“四缸经济模式”、“两缸超经济模式”。如果仅仅通过控制气门和喷油,应该只有四缸模式和两缸模式两种选择,而这个2.0T的机器上加入了“四缸经济模式”,原因就是为了更好的匹配行驶工况。发动机上增加了特殊的凸轮轴,保证本机的2、3缸可以在全工况、半工况、无工况下工作,对应发动机的三种模式。
如图所示,2缸和3缸的凸轮轴设计成两个“小阶梯”形状。采用可变气门和喷油控制技术,可以在不同负载条件下调整到机器的最佳动力性能,甚至可以完全关闭2缸和3缸的工作。注意,这里说的是“完全”关闭,即不仅停止进气和喷油,连活塞都不会动,以兼顾燃油经济性和动力需求。仅从目前与工程师的技术水平来看,两缸全部工作,四缸全部工作的情况下,将能节油15%。
实际应用
去年有幸试驾了凯迪拉克XT4、XT5、XT6,都搭载了这款2.0T变缸发动机。这里不赘述不同产品的响应水平和功率表现,只说一下这款机器应用到产品上的表现。
三款车型的综合油耗水平基本符合预期,与驾驶强度和驾驶习惯还是会有一些差距,而三款车型基本维持在7.5L-10L/ 100 km左右。而驱动过程中什么时候是两缸参与,什么时候是“经济四缸”,什么时候是“性能四缸”?
这就把我们带到了另一个关键部分:ECU。还记得1981第一台变缸发动机的问题吗?8、6、4缸在一定工况下的工作模式很难调整,而且当时还没有增加更精密的机械结构,在调整工作状态时会带来非常不舒服的体验。
当你体验这个2.0T的动力时,你就能感受到可变缸技术的工作状态。我觉得是高速路况。进入巡航状态,可以看到转速直接下降,进入1000转的工作水平。爬坡轻加油后,转速会跳到接近2000转的状态,也就是“四缸经济模式”。需要超车或急加速时,降档和四缸“双管齐下”。在转换过程中,你不会有什么感觉,只是跟着你的驾驶习惯走。这都是因为更强大的ECU。同时由于这款发动机有三种工作模式,产品的1、4缸和2、3缸的温度控制需求更加强烈。所以增加了ATM动态热管理系统、电子水泵、电控球阀、六路制冷循环,可以更高效、更精准的控制区域的制冷散热,这也是ECU的另一项重点工作。
开发目的
你真的以为通用为了节省15%的油耗,花了时间和金钱研究打造了一套可变缸技术?
那你真的想少了。在燃油发动机日益“受压”的今天,绝对不是因为油耗太高,而是因为排放污染太重。作为“极有可能”伴随通用汽车一生的大排量自吸机,通用汽车自然不可能放弃这样的动力结构。但在环保标准日益严苛的全球环境下,通用汽车始终没有放弃这种可以拯救“信仰”的可变气缸技术。
一辆平川车
油耗的控制一直是消费者给厂商的压力,相对于全球的环保压力可以说是“小巫见大巫”了。为什么这么说?因为可变缸技术被奔驰和宝马进一步发展,所以大众也拿下了喷油控制技术,在动力配置上加入了可变缸技术。如果未来燃油发动机还能保持和发展,小排量的变缸技术将是不可绕过的必由之路。毕竟对于控制排放标准,保持动力性能来说,是一个非常积极的技术层面。
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