「牛車實驗室」發動機閉缸技術趣味漫談 真的節油還是宣傳噱頭

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車企為了應對日趨嚴格的排放標準,逐步將發動機排量降低,甚至大家所熟知的一些運動轎車以及豪車也都採用小排量的渦輪發動機,或是小排量發動機搭配電動機來彌補動力性的不足。小排量的春天就這麼到來了,然而滿大街的2.0T四缸奔馳S寶馬7系你真的能接受嗎?這還不算完,發動機閉缸技術又被炒了起來,本來就四個氣缸,還要隨時準備再關閉一個,這真的可以省油嗎?目前比較受關注的凱迪拉克XT4就給我們帶來了新的閉缸技術。

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閉缸技術其實是內燃機可變排量技術中的一種,最早可以追溯到19世紀,那時對於可變排量技術的應用還沒有使用在汽車發動機上,而是工業和農用領域單缸四衝程發動機中,通過保持排氣閥門的開啟停止氣缸做功,以維持其發動機轉速或停止其運轉。

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直到上世紀中期,發動機閉缸技術才被應用於當時的大排量汽車發動機當中。在第二次世界大戰期間凱迪拉克首次對搭載這一技術的V8-6-4發動機進行測試,該系統使用業界第一個發動機控制單元,根據所需的動力將發動機在8缸、6缸和4缸之間進行轉換。不過由於該系統過於複雜,總是出現一些無法預測的故障,導致其可變排量技術很快退役。

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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的半實驗性可變排量發動機版本,名為Alfetta CEM(Controllo Elettronico del Motore)並在法蘭克福車展上展出。作為首個搭載可變排量技術的4缸發動機,允許在特定的工況下關閉其中兩個氣缸以降低油耗。但在1983年阿爾法羅密歐在進行了第二實驗階段後又停止了對該技術的進一步研究。

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內燃機技術的逐步發展,排放標準的逐步收緊,越來越多的汽車品牌重新對可變排量技術展開了研究。2000年開始,戴姆勒公司(2001年)、梅賽德斯-奔馳(2004年)、本田(2003年)、通用汽車(2005年)、大眾(2012年)、福特(2016年)以及馬自達(2017年)等紛紛在自家的發動機上開始應用這一閉缸技術,從5.8升的V12發動機再到3缸的Ecoboost發動機,都能通過不同的執行方式實現特定發動機工況下的閉缸操作,號稱達到降低排放的目的。

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閉缸技術的分類

停油不停氣:停止噴油,但是進氣門依然正常工作,只是不噴油了,理論上自然就省油了。早期凱迪拉克的閉缸方式就是這個,後來發現根本不省油或者說省油效果很不理想就主動放棄了。

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既停油又停氣:閉缸的作用是在車輛低功耗的情況下停油,以起到節油的作用,但是當低功耗時,如輕踩油門狀態,發生場景一般在擁堵的城市,緩緩前行時,這時候車的節氣門只是稍微開啟,然而同時活塞動作往下拉,企圖從接近關閉的進氣管吸入空氣,這時節氣門和活塞之間會形成真空,在曲軸箱的外界的大氣壓力對於活塞的真空吸氣動作形成很大的抵抗力,消耗了很多能量,這個就是“泵氣損失”。

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既然停油了,但是不停氣,那麼這種抵抗力就不會消失,“泵氣”白白損失掉,所以乾脆停了油也把氣停了,讓活塞真空吸氣動作形成的能量損耗停止。這樣就產生了“既停油又停氣”的方式,這種方式也是目前的主流,現存的採取閉缸技術的車幾乎都用這個方案。

既停油又停氣,同時把高溫廢氣重新送回氣缸:這項技術目前並沒有實際的量產應用,將高溫的廢氣重新送回氣缸是為了保持熱平衡。因為關閉兩個氣缸雖然能幫助發動機提升燃油效率,但是也會帶來一個新問題,缸體熱量分佈不均。由於其中兩個氣缸停止了做功,其所產生的熱量就會明顯低於繼續運作的氣缸,導致發動機缸體熱量分佈不均勻,長時間這樣運轉可能導致發動機槓體產生變形。所以將高溫的廢氣重新送回氣缸,以保證氣缸溫度均勻,有點和渦輪增壓的廢氣再利用有異曲同工之妙。

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閉缸技術的缺點

閉缸技術的主要目的還是在於降低排放、降低燃油消耗。只是閉缸技術看上去很理想,但是現實是殘酷的,這也是理想狀態。四缸發動機在關閉其中兩個氣缸後僅比正常狀態省不到20%的油,並不是想象中的50%。實際上,不管車多少個氣缸,每個活塞都通過連桿與曲軸相連,只要曲軸運動,所有的活塞也都會運動,這樣即使斷油了也斷氣了但活塞被曲軸拖著也會繼續運動,這就變成未閉的氣缸揹著關閉的缸做活塞運動,也消耗了不少能量,就像慣性滑行一樣,所以是不能實現降低一半油耗的。

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理論上,閉缸技術對降低油耗和提高經濟性是有好處的,但在實際使用過程中理論並不總能成立。原本四缸發動機關閉兩缸後其平順性和動力性能否讓人滿意?長期關閉兩個氣缸導致熱膨脹不均勻對發動機壽命的影響有多大?把研發經費用在閉缸技術上,能不能有本質的回報也很難說,畢竟這項技術並不普及,相比四缸發動機的閉缸技術,廠商們似乎更願意直接去掉一個氣缸,這才有了三缸機的百花齊放。


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