发动机内不同气缸排量不同?来看看本田的新专利

  • 发表于: 2016/06/17 09:05:06 来源:车云网

本田用不同的冲程来实现了不同气缸的不同排量,不过鉴于成本问题,估计这项专利占坑的作用更大。

今年,本田在日本注册了一个新的专利 —— 在同一发动机内的不同气缸使用不同的排量。这到底是个什么玩意?和其它类似的发动机结构方面的技术有哪些相似和不同?对发动机的技术发展会有什么影响?今天车叔就来带大家分析一下。

怎么做到不同气缸不同排量?

本田的这个不同气缸排量,是通过在相同缸径的气缸使用不同的冲程长度来实现排量和压缩比等主要的发动机运动件设计参数的变化。(冲程即就是指活塞运动的行程长度)

本田发动机新专利:各气缸排量不同本田发动机新专利:各气缸排量不同

专利说明中并没有解释具体的使用场合和目的,大家可以脑洞大开的想象一下。目前业界猜测可能性最大的应用,是和可变发动机排量相关。在驾驶员需求不同扭矩时,发动机选择使用擅长输出这一扭矩水平的气缸来进行工作。而气缸的选择过程,则需要通过闭缸技术的支持,将不需要的气缸停止工作。

之所以猜测这些不同排量的气缸可能不会同时工作,是因为排量的不同导致各缸进气量不同,因此各缸在喷油量控制会有不同需求。这样,各缸的空燃比将不能仅仅使用排气汇集后的空燃比传感器进行统一控制。如果确实是不同排量的气缸根据需求切换使用,发动机就会有两个不同的油耗特性,做到整体运行效率的提升。

如果需要同时工作,就会在每个缸组使用独立的空燃比传感器。除此之外,发动机的其他控制参数也需要分别调节才能够达到最优化,比如点火时间,喷油时间等等。总之,这一技术就好比是把两个不同的发动机拼到一起,相互之间又会有影响,同时进行优化控制将会是挑战之一

不过,车叔猜测排量切换这一路线带来的“提升/成本”比例,会比能够起到类似作用的米勒循环要低,应用上的成本比较高。

另外,除了切换不同排量气缸之外,还有很多黑科技的玩法。比如,像有些以前的船用发动机那样,把各缸串联起来。热气流在一个高压缸内做功之后,进入下一个低压缸再做一次功,目的是尽可能的把高温气体里的能量榨取干净,从而提高效率。不过这些发动机的压缩比搭配一般是针对某个固定的发动机运行工况的,适合于提高船上稳定巡航工作时的效率。

本田总是能搞出些新鲜东西来,比如他们几年前申请的可变冲程技术。下面的图里就是可变冲程技术的一种,通过在曲轴位置增加一套偏心轮(Eccentric shaft)来调整几何设计的系统。车叔也很期待这次本田会搞出什么黑科技来。

本田可变冲程技术本田可变冲程技术

技术局限性和挑战

对于可变排量技术的应用来说,其中有很多自身的局限性和额外的效率损失。

比如,发动机的尺寸很可能会变大。原本直列三个缸的发动机可能会变成V6。这一尺寸变化会对发动机舱的布局和碰撞成绩带来影响。因为发动机越大,碰撞时对驾驶舱的冲击就越大。

过大的发动机尺寸也会对发动机冷启动速度带来影响,因为需要把更大的一块铁或者铝加热到目标温度。

同时,由于总缸数增加,运动件和轴承的数量也会增加,带来发动机摩擦损失的恶化。

目前最好的闭缸策略就是将进气和排气阀全部关闭。因为如果不全部关闭的话,会存在进排气损失,同时还会影响闭缸时缸内残余气体含量,从而对恢复点火后的燃烧带来不利。但是即使是进排气阀都关闭,在封闭体积内压缩和膨胀气体仍然会有损失和活塞环漏气。

在排气过程中,气体可能会倒流回被闭缸的排气道,造成气体的摩擦和动能损失。并且会对充气系数产生影响。

总之,由于这些损失,发动机的最佳效率点可能会恶化,但是发动机拥有更多的灵活自由度。目前来看,这一专利更有可能是作为长远的技术保护,先把坑占住,因为达成这一技术的成本过高。相比其他直接进行发动机几何结构调节的系统来说,本田的这套技术绕过了很多可靠性方面的难点,但是对效率的提升可能也会有限。目测短期内不会有大量应用。尤其是随着混合动力技术的发展,发动机对于灵活度的需求将会降低。

相似技术

其实,通过给发动机运动件设计来增加自由度,提升整体运行效率的概念还有很多。有改变燃烧室形状的,改变曲柄连杆机构的,改变活塞结构等多种方法。

提到发动机可变运动件技术,车叔不得不介绍一下最近几年很火的FEV可变压缩比技术。就是通过利用机械液压系统调节连杆长度,在1秒之内就可以调节发动机压缩比的技术。

FEV可变压缩比技术FEV可变压缩比技术

由于没有使用油压直接进行调节机构的驱动,避免了额外驱动装置带来的损失。

这一技术对汽油机的提升可能会更大,因为汽油机压缩比较低,提升空间更大。

不过车叔认为,在设计系统时,除了连杆系统本身的可靠性分析之外,还需要对发动机寿命终点时气门升程和正式皮带(或链条)的控制进行特殊的要求,来避免连杆机构中的间隙带来的气门和活塞顶碰撞问题。

同时,连杆机构的加工误差可能也会对缸与缸之间的最大爆发压力变化带来影响,可能会对燃烧压力的控制提出更高的要求。

据FEV分析,可变压缩比技术可以带来大约5%左右的油耗改善。不过,像LPEGR、米勒循环、CVVL、可变压缩比等等这些技术带来的提升往往有异曲同工之处,因此,在发动机前期开发进行技术路线选择的时候,也需要注意不能直接叠加提升效果。

车叔认为,就像车辆的智能化一样,汽车动力总成的智能化也是今后汽车的发展方向之一。根据驾驶员的需求实时调节动力总成的技术匹配,根据卫星导航观测的前方地形和路况数据决定混合动力现在是该充电还是放电,根据车内乘客的需求以及外界环境调节车辆的动力和噪音设定等等。车叔相信大家很快就会见到这其中的一些先进技术和黑科技。


作者简介:唐华寅博士,自称车叔,现就职于捷豹路虎技术中心。主要从事量产动力总成开发,新技术评估,混合动力控制策略等。本文首发于公众号欧洲汽车那些事儿。

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