可變氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)

可變氣缸(Variable Cylinder Management)

車(chē)輛起步、加速或爬坡等任何需要大功率輸出的情況下，該發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)把全部6個(gè)氣缸投入工作。在中速巡航和低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷工況下，系統(tǒng)僅將運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)氣缸組，即三個(gè)氣缸。在中等加速、高速巡航和緩坡行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)用4個(gè)氣缸來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。

借助三種工作模式，VCM系統(tǒng)能夠細(xì)致地確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作排量，使其隨時(shí)與行車(chē)要求保持一致。由于系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉非工作缸的進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)，所以可避免與進(jìn)、排氣相關(guān)的吸排損失，并進(jìn)一步提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。VCM系統(tǒng)綜合實(shí)現(xiàn)了最高的性能和最高的燃油經(jīng)濟(jì)性-這兩種特性在常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)上通常無(wú)法共存。

VCM通過(guò)VTEC系統(tǒng)關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)，以中止特定氣缸的工作，與此同時(shí)，由動(dòng)力傳動(dòng)系控制模塊切斷這些氣缸的燃油供給。在3缸工作模式下，后排氣缸組被停止工作。在四缸工作模式下，前排氣缸組的左側(cè)和中間氣缸正常工作，后排氣缸組的右側(cè)和中間氣缸正常工作。

非工作缸的火花塞會(huì)繼續(xù)點(diǎn)火，以盡量降低火花塞的溫度損失，防止氣缸重新投入工作時(shí)因不完全燃燒造成火花塞油污。該系統(tǒng)采用電子控制，并采用專(zhuān)用的一體式滑閥，這些滑閥與缸蓋內(nèi)的搖臂軸支架一樣起著雙重作用。根據(jù)系統(tǒng)電子控制裝置發(fā)出的指令，滑閥會(huì)有選擇地將油壓導(dǎo)向特定氣缸的搖臂。然后，該油壓會(huì)推動(dòng)同步活塞，實(shí)現(xiàn)搖臂的連接和斷開(kāi)。

VCM系統(tǒng)對(duì)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、自動(dòng)變速箱檔位選擇及其它因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以針對(duì)各種工作狀態(tài)確定適宜的氣缸啟用方案。此外，該系統(tǒng)還會(huì)確定發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力是否適合VCM進(jìn)行工作模式的切換，以及催化轉(zhuǎn)化器的溫度是否仍會(huì)保持在適當(dāng)范圍內(nèi)。為了使氣缸啟用或停用時(shí)的過(guò)渡能夠平穩(wěn)進(jìn)行，系統(tǒng)會(huì)調(diào)整點(diǎn)火正時(shí)、線(xiàn)控節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，并相應(yīng)地啟用或解除變矩器鎖定。最終，3缸、4缸和6缸工作模式間的過(guò)渡，會(huì)在駕駛員覺(jué)察不到的狀態(tài)下完成。多級(jí)可變排量控制系統(tǒng)(MDS-Multi-Displacement System) MDS是為克萊斯勒的Hemi發(fā)動(dòng)機(jī)量身打造的多級(jí)可變排量控制系統(tǒng)，全稱(chēng)為MDS-Multi-Displacement System。

所謂的MDS，實(shí)質(zhì)上與其它的可變排量技術(shù)一樣，都是依靠關(guān)閉相應(yīng)的汽缸來(lái)達(dá)到節(jié)省能耗的目的。由于Hemi發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是OHV的結(jié)構(gòu)，凸輪軸山布滿(mǎn)了凸輪，無(wú)法像本田的VCM發(fā)動(dòng)機(jī)那樣設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的副搖臂和液壓控制的連接機(jī)構(gòu)，所以只能在原先的結(jié)構(gòu)上想辦法。

Hemi發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)是由凸輪軸-挺柱-推桿-氣門(mén)搖臂這些機(jī)構(gòu)的串聯(lián)動(dòng)作來(lái)驅(qū)動(dòng)的，任何一個(gè)環(huán)節(jié)如果能夠中斷便能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)閉氣門(mén)的設(shè)想，但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工況需求，要求氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉控制都足夠迅速，這樣才能夠保證平順性和較快的響應(yīng)速度，保證V8發(fā)動(dòng)機(jī)原本應(yīng)有的樂(lè)趣。

最后工程師們決定在與凸輪接觸的挺柱上面做文章，他們?yōu)镠emi發(fā)動(dòng)機(jī)的挺柱設(shè)計(jì)了獨(dú)特的滑塊結(jié)構(gòu)，滑塊與氣門(mén)推桿相連，滑塊下方有一個(gè)可以定位的卡銷(xiāo)，卡銷(xiāo)可以使滑塊與挺柱成為一體，推動(dòng)氣門(mén)推桿，或者使滑塊活動(dòng)，是挺柱無(wú)法推動(dòng)氣門(mén)推桿。工程師們?yōu)榭ㄤN(xiāo)在發(fā)動(dòng)機(jī)中設(shè)計(jì)了獨(dú)特的油道，依靠潤(rùn)滑系統(tǒng)中的潤(rùn)滑油提供液壓推動(dòng)卡銷(xiāo)(電磁閥控制)，卡銷(xiāo)本身帶有回位彈簧，當(dāng)液壓消失時(shí)便能夠自動(dòng)回位。在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，卡銷(xiāo)將卡住滑塊使之不能上下自由移動(dòng)，挺柱直接推動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)氣門(mén)搖臂，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要關(guān)閉氣缸時(shí)，卡銷(xiāo)松開(kāi)，滑塊便能夠上下滑動(dòng)，挺柱上下移動(dòng)時(shí)滑塊與挺柱發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不再推動(dòng)推桿，這樣一來(lái)氣門(mén)就被關(guān)閉，同時(shí)ECU停止向該氣缸噴油，便達(dá)到了"關(guān)閉氣缸"的效果，實(shí)現(xiàn)了"排量可變"。

在MDS技術(shù)的支持下，這臺(tái)5.7L Hemi發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、工況的判斷，能夠以4缸或8缸運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)關(guān)閉4個(gè)氣缸，剩下的4個(gè)氣缸則組成了一臺(tái)"V4"發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)依然能夠保持較好的平順性

由美國(guó)centroid拍攝的汽車(chē)氣缸加工的視頻，展示了各種加工工藝，在youtube上點(diǎn)擊率超高，大家又有眼福了！

氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的主體，其主要加工表面有：上表面（和氣缸蓋接合）、下表面（通過(guò)油墊和曲軸箱接合）、前后面、缸孔、軸承蓋座面、裝上軸承蓋與軸承后形成的曲軸孔以及作為工藝基準(zhǔn)的平面和孔，主要的加工方法為銑、鏜和鉆等。

氣缸蓋接合面加工

氣缸體的制造材料通常為鑄鐵，隨著汽車(chē)輕量化的不斷發(fā)展，近來(lái)鋁制氣缸體也得到了廣泛使用。

為保證鋁合金缸體孔壁具有足夠的耐磨性，降低活塞運(yùn)動(dòng)中的摩擦因數(shù)，缸孔均采用內(nèi)鑲灰鑄鐵氣缸套的辦法。因此就形成了缸體上表面與缸蓋的接合面是雙金屬表面，如果是V形缸體，則上表面有左、右兩面為不同金屬，這兩種金屬一個(gè)塑性較好，另一個(gè)脆性大些，鋁合金切屑易黏附在刀具上，使加工表面惡化，一旦磨損很易生成毛刺，一般剛性差、易顫振；鑄鐵則較脆易崩口。如果加工后兩者不在同一平面上，會(huì)直接影響到燃燒室的密封程度，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。那么如何選擇合適的刀具和工藝來(lái)保證嚴(yán)格的平面度以及表面粗糙度要求？如何消除孔口及邊緣部分的崩口、毛刺？

為解決這些問(wèn)題，考慮到氣缸蓋接合面鋁材面積較大，所以選擇對(duì)鋁加工切削性能好、切屑黏附性小的PCD（金剛石）刀片；對(duì)鑄鐵切削性能好的CBN（立方氮化硼）因?qū)︿X屑的黏附性大，未被選用。同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)精加工所用帶PCD刀片面銑刀的前角、主副偏角以及刀尖圓弧半徑等，以均衡對(duì)兩種金屬的擠壓力和彈性變形。

此外，氣缸體為了散熱，結(jié)構(gòu)上有很多冷卻孔，加工中極易殘存切屑，而使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻性能惡化，而要除去大量的切屑常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，增加成本。為此，開(kāi)發(fā)可同時(shí)解決切屑處理、冷卻孔積屑以及粉塵問(wèn)題的吸引并集屑的銑刀附加結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過(guò)利用離心力、工廠壓縮空氣的或?qū)ｉT(mén)的吸塵器技術(shù)的方式，解決以上的問(wèn)題，客戶(hù)可根據(jù)需要選用，從而達(dá)到改善生產(chǎn)環(huán)境、降低加工成本的目的。而鑄鐵制的缸體可應(yīng)用的裝CBN（立方氮化硼）刀片的面銑刀，其中多齒數(shù)可進(jìn)行大進(jìn)給粗加工，以獲得較高的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

氣缸缸孔加工

為保證缸孔與活塞有合適的間隙，缸孔的精度要求很高，采用多刃鏜刀。

粗加工用的鏜銑刀刀片選用性?xún)r(jià)比高的硬質(zhì)合金材料并帶CVD涂層，刀片具有能降低切削負(fù)荷的斷屑槽。

半精加工和精加工采用往復(fù)都可以加工的復(fù)合鏜銑刀，鏜銑刀往下時(shí)，相當(dāng)于推鏜以進(jìn)行半精加工，回復(fù)時(shí)復(fù)合鏜頭中拉桿向上拉動(dòng)聯(lián)桿機(jī)構(gòu)使精加工刀頭伸出，一面旋轉(zhuǎn)一面向上進(jìn)行精加工相當(dāng)于拉鏜；這種鏜銑刀具有與專(zhuān)機(jī)配合的外徑伸出調(diào)整機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)拉桿抽出量即可補(bǔ)償精加工刃的磨損；此機(jī)構(gòu)還可與專(zhuān)機(jī)內(nèi)測(cè)定系統(tǒng)相聯(lián)系，使加工精度和刀具壽命能達(dá)到均衡；另外，這種刀具還帶有減振器可防止加工中多種因素引起的顫振。

半精加工和精加工刀片選用切削速度高，耐磨性好，能長(zhǎng)期保持高精度加工的CBN材料。

曲軸軸承孔加工

氣缸體上有支承曲軸的軸承座，在其上安裝軸承蓋，裝配后形成支承曲軸軸承的孔，該孔對(duì)工藝精度和直線(xiàn)度等要求非常高，曲軸安裝進(jìn)去，再與連桿和其他動(dòng)力輸出零部件連接在一起后，就可以旋轉(zhuǎn)工作了。

加工這個(gè)多支承的非連續(xù)的長(zhǎng)孔必須采用高剛性的長(zhǎng)鏜刀（桿）來(lái)加工，因?yàn)殚L(zhǎng)徑比大常被稱(chēng)為線(xiàn)鏜刀，該刀具通常使用在專(zhuān)機(jī)上，以進(jìn)行半精鏜和精鏜加工。線(xiàn)鏜刀分為兩種：一是將半精加工的圓刀頭和可調(diào)整精加工刀夾組合在一起用拉鏜的方式進(jìn)行加工，為提高剛性與抗振性鏜桿中心插入硬質(zhì)合金棒；二是既裝可調(diào)整加工軸承孔徑的刀夾并裝上可加工軸承座端面的刀架，裝上刀具后，可同時(shí)加工軸承孔和軸承座端面。為綜合考慮鏜桿的剛性和回轉(zhuǎn)平衡性，精心設(shè)計(jì)線(xiàn)鏜（桿）刀在徑向和軸向的斷面結(jié)構(gòu)形狀，精心設(shè)計(jì)各軸承座孔加工用小鏜刀伸出量的可調(diào)結(jié)構(gòu)。

鑄鐵氣缸體和軸承蓋接合在一起加工問(wèn)題不大，鋁合金氣缸體和鑄鐵軸承蓋接合在一起又會(huì)碰到雙金屬加工問(wèn)題，軸承座在下面承載較大，需和軸瓦貼合更好，因此該方法適用于鑄鐵加工。

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