停缸技術(shù)發(fā)展歷程

這項技術(shù)的起源，可以追溯到1916年。雖然人們當(dāng)時已經(jīng)意識到這項技術(shù)可以有效提高燃油經(jīng)濟性，但由于那時汽油的價格還很低廉，這一技術(shù)的發(fā)展一直處于停滯階段，直到能源危機后，才開始被各大廠商所應(yīng)用。美國的福特、德國的奔馳，都曾在1970年代開始使用歇缸技術(shù)，但由于技術(shù)問題，基本上只能用于V8發(fā)動機。1974年，奔馳500SE的V8發(fā)動機上采用了歇缸技術(shù)。1980年，通用在第二代凱迪拉克賽威的V6發(fā)動機上配備了DOD（Displacement On Demand，排量可變)技術(shù)，在不需要大功率輸出時會關(guān)閉發(fā)動機的兩個汽缸以節(jié)省燃油。1980年代末，日本廠商也開始使用類似的技術(shù)，比如本田就研制出了采用歇缸技術(shù)的J30A六缸發(fā)動機。由于受限于當(dāng)時的電子及電腦技術(shù)，采用歇缸技術(shù)的發(fā)動機多用機械方式進行切換，變缸過程過于復(fù)雜，很不穩(wěn)定，甚至還會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。歇缸發(fā)動機成本高于油耗節(jié)省下來的費用，因此這項技術(shù)沒有得到市場的認(rèn)可。如圖3所示為采用停缸技術(shù)的奔馳500SE汽車。

隨著油價的飛漲，人們環(huán)保意識的增強，歇缸技術(shù)又被人們抬出來了，而計算機技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，各種計算機及電子控制裝置在汽車上的大量應(yīng)用，使得歇缸技術(shù)越來越完善，并從大排量發(fā)動機也擴展到小排量發(fā)動機上。目前，通用、本田、克萊斯勒、大眾等多家企業(yè)在其四缸、六缸和八缸發(fā)動機上都有使用歇缸技術(shù)。

汽車停缸控制節(jié)油裝置的控制電腦根據(jù)汽車負(fù)載情況（節(jié)氣門位置、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、檔位、水溫、空調(diào)等）確定該什么時候停缸如何停缸。在需要停缸時，通過停缸機構(gòu)立即關(guān)閉進 、排氣門，同時相應(yīng)的噴油系統(tǒng)也被關(guān)閉。此時活塞在壓縮沖程中，缸內(nèi)氣體被壓縮，消耗功；吸氣沖程和膨脹沖程中，已經(jīng)壓縮的氣體發(fā)生膨脹，對外做功。理論上，如果沒有洩漏損失和熱損失，那么壓縮功和膨脹功正好相抵，使氣缸形成空氣彈簧腔；另外由于氣門彈簧也停止工作， 從而也減少了相應(yīng)的機械損失。

汽油發(fā)動機在部分負(fù)荷時, 因節(jié)氣門開度小, 節(jié)流作用變大, 致使進氣歧管壓力降低, 發(fā)動機的充氣效率下降。假如在此工況下, 停止部分氣缸工作(停缸),要讓發(fā)動機輸出停缸前的功率, 必須給工作缸更多的可燃混合氣, 就得開大節(jié)氣門, 使節(jié)流作用變小, 發(fā)動機進氣歧管內(nèi)的壓力上升, 充氣效率提高, 滯留在缸內(nèi)的殘余廢氣量相對減少, 從而提高混合氣的燃燒品質(zhì),減少了發(fā)動機的循環(huán)波動。

發(fā)動機停缸后, 燃燒室總表面積的減少可降低燃燒過程的傳熱損失, 從而提高了發(fā)動機的循環(huán)熱效率,這也是停缸節(jié)油的一個原因。如圖2所示為停缸技術(shù)的發(fā)動機原理示意圖。

停缸技術(shù)在產(chǎn)品上應(yīng)用的難點主要分為兩個方面:一是實現(xiàn)氣門關(guān)閉的停閥機構(gòu)、空間布置和切換速度等必須適用于目標(biāo)發(fā)動機, 以及由此帶來的其他零部件的改動;二是停缸導(dǎo)致的發(fā)動機和整車的振動與噪聲(NVH)性能惡化。停缸發(fā)動機一般是在原型機上改造, 要實現(xiàn)氣門的停止和重啟在硬件和軟件上都需要滿足要求。硬件上需要特殊的停閥機構(gòu), 不同發(fā)動機對停閥機構(gòu)的尺寸和布置要求不同。為了滿足發(fā)動機運行要求, 停閥機構(gòu)的切換必須在一個循環(huán)內(nèi)完成, 因此對機構(gòu)的響應(yīng)速度和可靠性要求很高。軟件上需要增加停缸的控制模塊, 以一定策略控制發(fā)動機的停缸工作狀態(tài)。停止幾個氣缸工作后, 發(fā)動機點火間隔增大,

激振頻率降低, 而低頻振動會更接近發(fā)動機振動系統(tǒng)較低的固有頻率, 更趨向于形成共振, 因此周期性強迫振動的頻率降低, 而振幅增大。導(dǎo)致發(fā)動機的振動加劇, 并傳遞到座椅和方向盤等, 使舒適性降低。同樣因為點火間隔增大, 排氣頻率降低。原車排氣管中消聲器消聲頻率為一定范圍內(nèi), 且對低頻噪聲消聲效果較差, 停缸后恰恰增加了低頻噪聲, 因此排氣噪聲惡化。解決振動噪聲問題是停缸技術(shù)能夠應(yīng)用到產(chǎn)品發(fā)動機上的決定性因素。由于軟硬件的增加, 特別是為了解決振動噪聲問題而不得不采取的措施, 必然導(dǎo)致停缸發(fā)動機成本的增加。

由于停缸發(fā)動機NVH問題, 特別是振動加劇, CDA主要應(yīng)用于6 缸及以上的發(fā)動機。由于美國大排量多缸汽車較多, 而歐洲4缸機較多, 所以美國汽車公司生產(chǎn)的汽車采用停缸技術(shù)最多。

目前, 美國三大汽車公司生產(chǎn)的超過150萬輛的汽車應(yīng)用了停缸技術(shù), 預(yù)計到2014 年將達到300萬輛。通用汽車從2008年起, 每年約有200萬臺汽油機采用停缸技術(shù)。

停缸技術(shù)凱迪拉克L62 V8-6-4

1981年, 凱迪拉克L62 V8-6-4是第一個量產(chǎn)的應(yīng)用CDA技術(shù)的發(fā)動機。發(fā)動機為V型8缸,全新的停閥機構(gòu)可以有序地停止相對的兩缸或4缸, 即發(fā)動機可以在8缸、6缸和4缸的情況下工作。氣門機構(gòu)為搖臂式, 除了常規(guī)的零件外, 還包括電磁閥, 由電控單元ECU控制。停缸時, 通過電磁閥使氣門搖臂的支承失效, 搖臂停止對氣門的驅(qū)動, 氣門保持關(guān)閉。在中小負(fù)荷, 例如高速公路巡航時實現(xiàn)停缸。高速公路油耗可改善30%, 城市工況改善幅度較低。由于該發(fā)動機為單點噴射, 所以汽油在停止工作氣缸的進氣道堆積。現(xiàn)在的順序多點噴油方式不會再有這個問題。該停缸發(fā)動機作為1981凱迪拉克DeVille, Brougham

和Eldorado車型的標(biāo)配, 以及Seville的選配。但由于駕駛性能和可靠性問題僅存續(xù)了1年時間。

停缸技術(shù)戴姆勒克萊斯勒HEMIV8

戴姆勒克萊斯勒停缸稱為多排量系統(tǒng)(MDS)。停缸所用HEMIV8發(fā)動機為V型8缸,

點火順序為1-8-4-3-6-5-7-2, 一邊是1-3-5-7缸, 另一邊是2-4-6-8 缸, 停缸時斷油停1-4-6-7 4 個氣缸, 即以V4發(fā)動機形式工作。汽車勻速行駛或遭遇長時間堵車, 發(fā)動機轉(zhuǎn)速<3 000 r/min時停止4缸工作。氣門機構(gòu)為搖臂式, 通過一個可切換式的液壓挺桿替換需停缸的原機構(gòu)實現(xiàn)氣門關(guān)閉,其機構(gòu)如圖4 所示。機構(gòu)最核心部件是鎖銷, 停缸時鎖銷在高壓機油作用下與挺桿外殼脫離, 挺桿內(nèi)殼在凸輪驅(qū)動下和空轉(zhuǎn)彈簧作用下往復(fù)運動, 但不會驅(qū)動氣門, 保證了氣門關(guān)閉。正常工作時, 機油壓力降低, 鎖銷進入外殼內(nèi)連成一體,在凸輪驅(qū)動下共同運動。

停缸技術(shù)通用V8與V6

通用汽車將最新的停缸技術(shù)稱為DoD(Displace menton Demand)。停缸用Vortec發(fā)動機為V型8缸。小負(fù)荷時停4 缸, 起動、怠速和加速時8缸工作。與HEMI發(fā)動機類似, 停閥機構(gòu)為可切換的液壓挺桿, 通過鎖銷機構(gòu)解鎖, 達到挺桿作用失效, 凸輪軸雖然轉(zhuǎn)動但進排氣門仍然保持關(guān)閉。鎖銷機構(gòu)的動作是通過電磁閥的通斷來控制油壓實現(xiàn)的。為了實現(xiàn)停缸特別開發(fā)了新的32 位ECU控制電磁閥、節(jié)氣門、點火正時和順序燃油噴射。在消聲器中安裝了壓力控制閥, 保證發(fā)動機在8缸或4 缸工作時合適的排氣噪聲。

停缸技術(shù)本田V6

本田汽車將停缸稱為VCM(Variable Cylinder Management)。應(yīng)用于量產(chǎn)的本田J系列6缸V型發(fā)動機。停缸VCM搖臂機構(gòu)如圖5所示, 該機構(gòu)中搖臂分為主搖臂和次搖臂。位于搖臂組中間的是進氣門的主搖臂, 通過滾子與凸輪接觸, 兩側(cè)為控制進氣門的次搖臂, 壓縮氣門彈簧控制進氣門開關(guān);位于搖臂組最外側(cè)的是排氣門的主搖臂, 并通過滾子與凸輪軸接觸, 緊靠主搖臂內(nèi)側(cè)的是排氣門的次搖臂, 壓縮氣門彈簧控制進氣門開關(guān)。在進排氣門的主次臂間裝有鎖銷機構(gòu), 主搖臂隨凸輪動作, 次搖臂壓縮氣門彈簧, 鎖銷機構(gòu)鎖止兩搖臂, 使之打開或關(guān)閉進排氣門。正常工作時, 機油壓力使鎖銷滑動, 使主次搖臂連接在一起, 實現(xiàn)進排氣門的打開, 該缸工作(圖3b)。停缸時, 機油壓力使同步活塞滑動至次搖臂, 主搖臂與次搖臂斷開, 主搖臂受凸輪驅(qū)動而動作, 而次搖臂不工作, 使得該缸進排氣門關(guān)閉。

計劃停運是機組因檢查、試驗或檢修的目的，預(yù)先計劃安排停運的狀態(tài)。計劃停運事先安排好工作進度、主要工作內(nèi)容，并有規(guī)定的工作期限。如果其停運時間超過預(yù)定安排規(guī)定時間，則其超過部分應(yīng)作非計劃停運處理。發(fā)電機組計劃停運小時與統(tǒng)計期間小時的比值稱計劃停運系數(shù)。

電力設(shè)施由于大修、小修、試驗、清掃和改造施工的需要而有計劃安排的停運狀態(tài)為計劃停運，列入年度、季（月）度檢修計劃，對輸變電設(shè)施開展的大修、小修、試驗、清掃和改造施工作業(yè)，按計劃停運進行統(tǒng)計。計劃停運以年度、季（月）度檢修計劃為準(zhǔn)，不考慮周檢修計劃。

非計劃停運是指設(shè)備不可用但又不是計劃停運狀態(tài)。非計劃停運分為4類：第一類指必須立即從可用狀態(tài)改變?yōu)椴豢捎脿顟B(tài)；第二類指設(shè)備雖不需立即停運，但不能延至24h以后停運的；第三類指設(shè)備可延至24h以后停運的；第四類指計劃停運的設(shè)備超過計劃停運時間不能按期恢復(fù)可用狀態(tài)的。 2100433B