◆文/廣東 葉劍平

一、大眾汽缸休眠技術(shù)的開發(fā)背景

2001年，德國(guó)大眾推出FSI燃油分層噴射技術(shù)，該技術(shù)直接將燃油以較高的壓力精確地噴入燃燒室內(nèi)。與傳統(tǒng)的汽油燃油噴射技術(shù)相比，F(xiàn)SI的功率可提高10%以上，而燃油消耗卻降低了10%。德國(guó)大眾公司通過(guò)將增壓技術(shù)和FSI技術(shù)相結(jié)合，最新推出了雙增壓器分層燃燒直接噴射TSI發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。采用TSI技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有小巧、安靜、扭矩大和高環(huán)保性等特點(diǎn)。雖然TSI發(fā)動(dòng)機(jī)具備更高的燃油經(jīng)濟(jì)性，但是如今城市擁堵問(wèn)題嚴(yán)重，汽車很多時(shí)候在低、中負(fù)荷工況下行駛，即便是小排量的汽車，提高燃油的燃燒效率以進(jìn)一步減少排放也仍有必要。TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油直接噴射加上增壓，使汽缸內(nèi)的燃?xì)庠诮粨Q過(guò)程中容易發(fā)生自燃，在降低燃燒效率的同時(shí)還增加了排放，所以大眾公司開發(fā)并推出了汽缸休眠技術(shù)，旨在汽車低負(fù)荷或中負(fù)荷行駛時(shí)關(guān)閉2缸和3缸，讓汽車在兩缸模式下行駛，有效提高此工況下汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。雖然此前已經(jīng)有其他汽車制造廠商開發(fā)出汽缸關(guān)閉技術(shù)，但是都應(yīng)用在6缸及以上的大排量發(fā)動(dòng)機(jī)上，所以，大眾公司是第一家將汽缸關(guān)閉技術(shù)應(yīng)用在4缸的小排量發(fā)動(dòng)機(jī)上的汽車制造商。

二、大眾汽缸休眠技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

大眾汽缸休眠技術(shù)是通過(guò)一套復(fù)雜的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制汽缸的開啟和關(guān)閉的。在進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸上，各有兩個(gè)可移動(dòng)凸輪套在一個(gè)特殊的嚙合機(jī)構(gòu)上，它們共同負(fù)責(zé)2缸、3缸上總共8個(gè)進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉。在每個(gè)可移動(dòng)的凸輪的兩端都有兩個(gè)不同輪廓的機(jī)械件彼此相鄰，一個(gè)是傳統(tǒng)的凸輪(見圖1中④)，一個(gè)是零升程凸輪(見圖1中③)。傳統(tǒng)的凸輪負(fù)責(zé)在4缸模式下驅(qū)動(dòng)進(jìn)排氣門的開啟和關(guān)閉，而零升程凸輪則在工作狀態(tài)下負(fù)責(zé)不驅(qū)動(dòng)進(jìn)排氣門，讓進(jìn)、排氣門在彈簧作用下保持關(guān)閉狀態(tài)。

凸輪件的外表面上還有螺旋狀凹槽(見圖1中②)，這樣的凹槽用來(lái)推動(dòng)可移動(dòng)凸輪在十幾毫秒內(nèi)以極快的速度移動(dòng)，所有的機(jī)械切換只需在二分之一的凸輪周轉(zhuǎn)中完成，時(shí)間大約在13～36ms以內(nèi)，具體需要的時(shí)間取決于當(dāng)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)汽缸蓋上的電磁閥接收到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的指令時(shí)，電磁閥會(huì)控制兩個(gè)集成的金屬片(見圖1中①)進(jìn)入槽中，從而將可移動(dòng)凸輪滑到指定位置，最終，可移動(dòng)凸輪被帶彈簧的金屬球鎖止在該位置上。

大眾汽缸休眠管理系統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)總質(zhì)量?jī)H為3kg。所有的執(zhí)行器、凸輪軸及其支承等都集成在汽缸蓋罩內(nèi)，同時(shí)還利用兩個(gè)滾子軸承減少摩擦。

三、大眾汽缸休眠技術(shù)的控制策略

如圖2所示，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1250～4000 r/m i n之間，扭矩在25～100Nm之間時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元監(jiān)測(cè)到此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況符合要求，會(huì)沿著綠色箭頭的方向發(fā)出指令，啟動(dòng)汽缸休眠模式，控制電磁閥并移動(dòng)凸輪，切斷2缸和3缸的動(dòng)力。同時(shí)，汽車在行駛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元將一直監(jiān)控來(lái)自加速踏板傳感器的信號(hào)，并通過(guò)此信號(hào)來(lái)判斷駕駛員瞬時(shí)的駕駛模式。當(dāng)駕駛員駕駛在比較迂回的道路或在國(guó)道上快速行駛時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)收到來(lái)自加速踏板傳感器的信號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化情況，決定退出汽缸休眠模式，控制電磁閥，推動(dòng)可移動(dòng)凸輪回到原來(lái)位置，此時(shí)汽缸休眠模式立即取消，2、3缸被重新激活。

四、大眾汽缸休眠技術(shù)節(jié)能表現(xiàn)

按照NEDC歐洲綜合油耗測(cè)試模式的測(cè)試結(jié)果顯示，汽缸休眠技術(shù)可以讓1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)油耗降低0.4L/100km，相當(dāng)于少排放了8g的CO2。該技術(shù)在車輛以中等速度勻速行駛時(shí)的節(jié)能效果最好。在汽車以50km/h的速度行駛且擋位在3擋或4擋時(shí)，百公里可以節(jié)省的燃油將近1L。即使在5擋以70km/h的速度行駛時(shí)，油耗仍可以降低0.7L/100km，圖3為大眾1.4TSI ACT發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能效果圖。

駕駛員在行駛過(guò)程中很難察覺(jué)到汽缸休眠與否，因?yàn)榧词拱l(fā)動(dòng)機(jī)從4缸切換到2缸運(yùn)行時(shí)，其過(guò)渡也非常平順、安靜，造成的振動(dòng)很小，對(duì)NVH影響極小。如果駕駛員確實(shí)想知道何時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)啟動(dòng)汽缸休眠模式，只有將顯示面板切換到瞬時(shí)油耗顯示狀態(tài)才能發(fā)現(xiàn)2缸模式的切換。

五、大眾汽缸休眠技術(shù)的展望

作為大眾公司新的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，而且第一次應(yīng)用在小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)上，從大眾公司發(fā)布的性能數(shù)據(jù)來(lái)看，其經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性相當(dāng)優(yōu)越，而且動(dòng)力性能不減。相信隨著MQB平臺(tái)的應(yīng)用，將有越來(lái)越多的大眾車型配備該項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)的實(shí)用化和產(chǎn)品化將給廣大消費(fèi)者帶來(lái)更多的益處，而且汽缸休眠技術(shù)應(yīng)用在新的TSI發(fā)動(dòng)機(jī)上將能夠?qū)崿F(xiàn)未來(lái)歐Ⅵ的排放標(biāo)準(zhǔn)，可見此技術(shù)將具有廣闊的發(fā)展前景。