可變氣缸技術(shù)（應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)）

主要分類

VCM的全稱為Variable Cylinder Management，是一種可變氣缸管理技術(shù)，它可通過(guò)關(guān)閉個(gè)別氣缸的方法，使3.5L V6引擎可在3、4、6缸之間變化，使得引擎排量也能在1.75~3.5L之間變化，從而大大節(jié)省燃油。

車輛起步、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)氣門和排氣門，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，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)氣門開(kāi)度、車速、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)、線控節(jié)氣門的開(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。

VCM技術(shù)的代表車型是RDX、雅閣和歌詩(shī)圖。下圖是本田的VCM技術(shù)，該發(fā)動(dòng)機(jī)采用三級(jí)可變氣缸管理系統(tǒng)，能夠針對(duì)路況和行駛狀態(tài)，在3缸、4缸和6缸模式中切換，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

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)的氣缸來(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)，凸輪軸上布滿了凸輪，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)的氣門是由凸輪軸-挺柱-推桿-氣門搖臂這些機(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)閉氣門的設(shè)想，但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工況需求，要求氣門的開(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)，滑塊與氣門推桿相連，滑塊下方有一個(gè)可以定位的卡銷，卡銷可以使滑塊與挺柱成為一體，推動(dòng)氣門推桿，或者使滑塊活動(dòng)，使挺柱無(wú)法推動(dòng)氣門推桿。工程師們?yōu)榭ㄤN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(電磁閥控制)，卡銷本身帶有回位彈簧，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)氣門搖臂，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要關(guān)閉氣缸時(shí)，卡銷松開(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”。

2005年，第三代大切諾基以及克萊斯勒300C首次裝備了帶有MDS系統(tǒng)的5.7升HEMI V8發(fā)動(dòng)機(jī)。

DOD可變排量控制技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較小的情況下，能將發(fā)動(dòng)機(jī)的6缸燃燒智能切換成3缸燃燒，達(dá)到節(jié)省燃油、降低排放的雙重功效；當(dāng)急加速或爬坡需要加大動(dòng)力時(shí)，DOD又會(huì)啟動(dòng)所有氣缸，快速提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出能量。

DOD可變排量控制技術(shù)的切換速度非常之快，以毫秒計(jì)的時(shí)間無(wú)從影響發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，駕駛者不會(huì)感覺(jué)到發(fā)動(dòng)機(jī)切換的變化。DOD可變排量控制技術(shù)是美國(guó)通用公司研制的最為實(shí)效的節(jié)能技術(shù)，它是通過(guò)細(xì)分引擎工作狀態(tài)，從根本上減少工作缸數(shù)，以最直接的方式達(dá)到節(jié)約燃油的目的。

君越旗艦版的3.0升V6發(fā)動(dòng)機(jī)是在美國(guó)通用本土研發(fā)。這款發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率為131kW/5400r/min，最大扭矩為244N·m/4400r/min。雖然沒(méi)有君越豪華版和精英版所配備的2.4升全鋁4缸發(fā)動(dòng)機(jī)出名，但采用了通用最新的AFM智能燃油管理技術(shù)和DOD可變排量控制技術(shù)，AFM直譯為“智能燃油管理系統(tǒng)”。在AFM的管理下，君越的V6發(fā)動(dòng)機(jī)擁有DOD可變排量控制技術(shù)，中央處理器會(huì)根據(jù)各數(shù)碼傳感器收集到的信息進(jìn)行綜合分析判斷，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷較小，不需要那么多的動(dòng)力時(shí)，電腦發(fā)出指令，停止半數(shù)缸，也就是3個(gè)缸的噴油、點(diǎn)火工作，讓另外的3個(gè)缸繼續(xù)足以勝任工作。而當(dāng)駕駛者踩下油門加速，或車輛在自動(dòng)巡航時(shí)遇到上大坡的情況，電腦迅速反應(yīng)，開(kāi)啟所有氣缸投入工作。這一切都是自動(dòng)進(jìn)行，DOD狀態(tài)的切換時(shí)間以毫秒記。

大眾引入全新的MQB平臺(tái)讓新高爾夫7帶來(lái)了更多質(zhì)變，其中ACT主動(dòng)式可變氣缸管理系統(tǒng) (Active Cylinder Management)的應(yīng)用讓大眾在增壓+直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步。發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)變得更加高效而節(jié)能，擁有ACT技術(shù)的高爾夫7 1.4TSI車型百公里油耗僅4.8升，ACT技術(shù)是應(yīng)用在小排量發(fā)動(dòng)機(jī)上的代表。

ACT系統(tǒng)的重要部件：嚙合系統(tǒng)Tooth System

在構(gòu)造方面，基于大眾最新MQB模塊化系統(tǒng)打造的全新EA211系列1.4升TSI渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)其實(shí)和一般的直列4缸增壓發(fā)動(dòng)機(jī)差別不大。它的獨(dú)特之處在于，大眾工程師專門在進(jìn)氣與排氣兩根凸輪軸上方裝上了兩組嚙合系統(tǒng)的控制裝置，它們位于負(fù)責(zé)控制第2和第3氣缸、經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的螺狀凸輪上方，從而構(gòu)成了ACT系統(tǒng)的機(jī)械部件

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)程序需要停止氣缸工作時(shí)，便會(huì)向凸輪軸總成內(nèi)的ACT電子控制單元下達(dá)指令，讓嚙合系統(tǒng)中的針狀物伸進(jìn)雙軌設(shè)計(jì)的螺狀凸輪件，進(jìn)而移動(dòng)整根凸輪軸、讓凸輪從原本頂壓氣門的位置挪開(kāi)，如此一來(lái)氣門便暫時(shí)關(guān)閉，停止進(jìn)氣與燃燒動(dòng)作。而如果是ACT電子控制單元接收到氣門恢復(fù)工作的指令，那么負(fù)責(zé)重新開(kāi)啟氣缸的另一根針狀物便會(huì)工作，重新讓凸輪回到原本位置上，再次提供發(fā)動(dòng)機(jī)所需的空氣與燃料。大眾官方表示，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，氣缸的停止與重啟只需要13至36毫秒。

大眾的ACT系統(tǒng)可在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1250轉(zhuǎn)至4000轉(zhuǎn)的區(qū)間內(nèi)都進(jìn)行工作，而在正常的駕駛情況下、在近70%的時(shí)間里發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都在上述區(qū)間之內(nèi)，因此說(shuō)ACT系統(tǒng)能夠很好的幫助發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)省燃油。根據(jù)官方公布的數(shù)據(jù)來(lái)看，有了ACT系統(tǒng)，最新一代高爾夫7 的1.4 TSI車型百公里可節(jié)油0.4升，同時(shí)每公里減少8克的二氧化碳排放量。如果車型還配有Start/Stop怠速熄火系統(tǒng)，車輛在中低擋位行駛的情況下每百公里更能夠節(jié)省0.6升；而若是在3擋或4擋高擋位以50公里/小時(shí)的速度行駛的話，每百公里油耗更可以減少1升。

問(wèn)題類型

可變氣缸技術(shù)很可能打破發(fā)動(dòng)機(jī)原有的動(dòng)平衡，特別是對(duì)于像本田J35發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)處在3缸工作狀態(tài)時(shí)，V6發(fā)動(dòng)機(jī)只有一側(cè)的3缸處在工作狀態(tài)，而另一側(cè)的3缸處于從動(dòng)狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)處于不平衡的狀態(tài)。工程師利用主動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)支座（ACM）很好地解決了這一問(wèn)題。該系統(tǒng)利用左右兩側(cè)的主動(dòng)液壓減震單元，通過(guò)施以反向震動(dòng)以抵消由于關(guān)閉氣缸所產(chǎn)生的不平衡。加上VCM發(fā)動(dòng)機(jī)以橫向布置，所以絕不會(huì)產(chǎn)生車身左右震動(dòng)。

可變氣缸技術(shù)有可能破壞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)平衡，使得震動(dòng)增加，進(jìn)而增加發(fā)動(dòng)機(jī)噪音。本田的工程師除了采用主動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)支座來(lái)降低震動(dòng)，ANC主動(dòng)降噪功能也同樣能降低震動(dòng)所帶來(lái)的噪音問(wèn)題。類似于BOSE的主動(dòng)降噪功能，ANC同樣利用車內(nèi)音響系統(tǒng)制造反向波來(lái)抑制噪聲，特別是在中高速行使時(shí)能有效降低車廂內(nèi)的噪音分貝值。