錢冬羽

停缸技術(shù)對汽油發(fā)動機(jī)油耗及運(yùn)行參數(shù)的影響

錢冬羽

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了車用汽油機(jī)在部分負(fù)荷下使用停缸技術(shù)后，對發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生的影響，詳細(xì)介紹了節(jié)油原理及發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況。闡述了停缸后對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣、排氣、燃燒等相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生的影響，說明了停缸技術(shù)負(fù)荷受限的原因。

汽油機(jī)；停缸；節(jié)油

引言

隨著近幾年來環(huán)保與能源壓力的增加，國家對汽車行業(yè)制定了更為嚴(yán)格的油耗與排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，汽車企業(yè)正面臨越來越大的節(jié)油壓力，目前對汽油車而言，通過發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)油的主要方式一是提高發(fā)動機(jī)的熱效率，例如提高壓縮比、VVL、阿特金森循環(huán)、低壓EGR、大滾流比氣道等。

本文主要是從改變發(fā)動機(jī)工作氣缸數(shù)方向入手，通過在低車速狀態(tài)下停止2個(gè)工作缸，從而降低發(fā)動機(jī)的泵氣及摩擦散熱損失來達(dá)到節(jié)油的目的。

1 汽油機(jī)停缸節(jié)油的機(jī)理

對于汽油機(jī)來說，最佳油耗區(qū)如圖1所示，處于發(fā)動機(jī)中等負(fù)荷，大于或者小于這個(gè)負(fù)荷油耗表現(xiàn)都會變差，小負(fù)荷狀態(tài)，搭載停缸技術(shù)后，假定停掉兩個(gè)缸，為了滿足相同車速下整車對發(fā)動機(jī)的扭矩需求，在不考慮發(fā)動機(jī)摩擦及散熱損失的情況下，發(fā)動機(jī)單個(gè)缸的平均有效壓力需要提升為原來的2倍，油耗曲線更接近最佳經(jīng)濟(jì)圈。

圖1 發(fā)動機(jī)萬有特性油耗率分布

發(fā)動機(jī)在部分負(fù)荷狀態(tài)下，由于節(jié)氣門不是全開的狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)氣的節(jié)流損失較大，對油耗影響較大，發(fā)動機(jī)停掉部分工作缸，此時(shí)如果還要達(dá)到停缸之前的扭矩，節(jié)氣門開度要變大，泵氣損失如圖2所示，會有大幅度降低，并且此時(shí)歧管內(nèi)壓力會升高，提高了充氣效率，從而降低了缸內(nèi)殘余廢氣，改善了燃燒狀態(tài)，降低了循環(huán)變動。

圖2 停缸與工作缸PV圖對比

停缸工況下，發(fā)動機(jī)摩擦及散熱損失會減小，這也是停缸技術(shù)節(jié)油的原因之一。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 停缸方式

該停缸技術(shù)研究是在一臺四缸氣道噴射汽油機(jī)上進(jìn)行的，采用的是發(fā)動機(jī)第2、3缸同時(shí)停止的策略，實(shí)行的是閉氣停缸方式，即在停缸之前，氣缸內(nèi)混合氣是未被排出的，如圖3所示，當(dāng)2缸停止工作后，缸壓曲線立刻下降到14bar左右，與靜態(tài)缸壓基本相當(dāng)；但在穩(wěn)定1-2分鐘后，如圖4所示，缸壓逐漸下降最終穩(wěn)定在2.2bar左右，其原因可能是氣體從活塞環(huán)部位緩慢竄出。

圖3 正常工作缸與停止工作缸缸壓對比

圖4 正常工作缸與停止工作缸缸壓對比

2.2 油耗對比

兩缸狀態(tài)與四缸狀態(tài)相比，如圖5所示，小負(fù)荷工況下節(jié)油效果更明顯，最大節(jié)油率在20%以上，隨著負(fù)荷的升高，節(jié)油效果逐漸降低，直至惡化，BMEP在5.5bar-6bar之間，節(jié)油百分比降為0。

圖5 停缸前后發(fā)動機(jī)油耗率降低百分比

2.3 泵氣損失對比

發(fā)動機(jī)兩缸停止工作后，停止工作缸進(jìn)排氣門全部關(guān)閉，此時(shí)，如圖7所示，進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力升高，真空度變小，節(jié)氣門開度相應(yīng)增加，大幅度降低了發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣節(jié)流損失，如圖6所示，泵氣損失降低的幅度與節(jié)油效果趨勢保持一致。

圖6 停缸前后發(fā)動機(jī)泵氣損失降低百分比

圖7 停缸前后發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管壓力對比

2.4 進(jìn)氣量對比

圖8 停缸前后發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量對比

兩種工作條件下，空燃比都保持在14.6，在輸出扭矩相同的情況下，進(jìn)氣量越少油耗越低。如圖8所示，2缸狀態(tài)下氣量要明顯小于4缸，進(jìn)氣量呈現(xiàn)的趨勢與兩種工作條件下的油耗表現(xiàn)一致。

2.5 排氣溫度對比

兩缸狀態(tài)下，由于單個(gè)缸所發(fā)出的實(shí)際負(fù)荷更大，因此，渦前排溫較四缸狀態(tài)更高，如圖9所示，負(fù)荷在7bar左右排溫已經(jīng)接近950℃的極限狀態(tài)，這也是限制停缸工況負(fù)荷不能過大的另一原因。

圖9 停缸前后發(fā)動機(jī)排氣溫度對比

2.6 摩擦損失對比

保持90℃機(jī)油溫度、節(jié)氣門全開的狀態(tài)，2缸狀態(tài)摩擦功明顯小于4缸狀態(tài)，減小的幅度隨轉(zhuǎn)速升高而變大，分析原因應(yīng)該是停止掉的兩缸減小的泵氣損失是摩擦功下降的主要原因，另外一部分貢獻(xiàn)是由于兩缸進(jìn)排氣門停止工作，減小了一部分摩擦損失。

圖10 停缸前后發(fā)動機(jī)摩擦損失對比

2.7 燃燒參數(shù)對比

如圖11、2.9所示，在小負(fù)荷工況，停缸與非停缸兩種工作狀態(tài)下，AI50值基本保持在6-8的最佳范圍內(nèi)，在負(fù)荷高于6bar的情況下，由于兩缸工作實(shí)際負(fù)荷上升較大，爆震傾向增加（如圖13、14），點(diǎn)火角受限無法增加（如圖15、16），AI50值無法達(dá)到6-8的工作范圍，燃燒不處于最佳狀態(tài)，熱效率下降，這是兩缸狀態(tài)下大負(fù)荷油耗惡化的原因之一。

圖11 2缸狀態(tài)AI50%分布

圖12 4缸狀態(tài)AI50%分布

圖13 2缸狀態(tài)kp_pk分布

圖14 4缸狀態(tài)kp_pk分布

圖15 2缸狀態(tài)點(diǎn)火角分布

圖16 4缸狀態(tài)點(diǎn)火角分布

并且隨著負(fù)荷的增大，兩缸狀態(tài)壓力升高率與爆發(fā)壓力增加幅度較大（如圖17、18），燃燒噪聲會有較明顯上升，燃燒壓力的增加會使發(fā)動機(jī)工作環(huán)境更惡化，這也是限制停缸技術(shù)負(fù)荷不能過大的原因之一。

3 結(jié)論

汽油發(fā)動機(jī)使用停缸技術(shù)后，由于泵氣損失及摩擦損失的降低，小負(fù)荷狀態(tài)下油耗有較為明顯的降低，最大節(jié)油百分比超過20%。

隨著負(fù)荷的升高，由于傳熱損失增加及發(fā)動機(jī)摩擦損失等方面的影響，運(yùn)行工況脫離最佳油耗經(jīng)濟(jì)圈，節(jié)油效果逐漸下降，直至惡化。

圖17 停缸前后燃燒壓力對比

停缸技術(shù)可以帶來一定的節(jié)油效果，但是由于排溫、爆震、油耗及NVH等方面的限制，目前實(shí)際使用的停缸工況負(fù)荷偏低，不能完全覆蓋整車常用工況，使用此技術(shù)還會造成整機(jī)振動惡化，成本上升等問題，這些需要優(yōu)化與平衡。

圖18 停缸前后壓力升高率對比

[1] 張登攀,袁銀南,崔勇.車用汽油機(jī)的停缸節(jié)油技術(shù)[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車, 2007,36(6): 89-93.

[2] 張海濤.發(fā)動機(jī)停缸控制及其標(biāo)定[D].吉林大學(xué),2002.

[3] 羅遠(yuǎn)榮.車用汽油停缸節(jié)油剖析[J].北京汽車,1984.

[4] 徐祖建,彭浪等.東風(fēng)汽車停缸節(jié)油單片機(jī)控制試驗(yàn)研究[J].汽車技術(shù),1994（3）.

The research of stop cylinder technology in gasoline engine

Qian Dongyu

（Anhui jianghuai automobile group co. LTD., Anhui Hefei 230601）

Introduces the influence on the economy of the automobile gasoline engine after the cylinder deactivation technolo -gy is used under partial load、the principle of fuel saving and the operating conditions of the engine. The influence of cylinder deactivation on engine intake、exhaust、combustion and other related parameters is expounded, The load of cylinder deactivation is limited is explained.

Gasoline engine;Deactivation cylinder;Fuel saving

U462

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1671-7988(2019)18-170-04

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錢冬羽，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.057