可變排量發動機

可變排量發動機（VDE） ，是指套用先進的電腦控制技術來調整發動機的排氣量,以進一步改善汽車的燃油經濟性降低能耗的一種發動機。

基本介紹

• 中文名：可變排量發動機
• 外文名：VDE
• 類型：汽車技術
• 特點：能夠減少燃油的消耗

原理

可變排量，或稱為切缸工作循環。可變排量技術就是根據汽車動力的需求來實時決定發動機的有效排量，使做功的汽缸總是處於大負荷狀態，從而達到節能環保的目的。這一技術適用於中大排量、V型布置的發動機，如本田的V6、通用的V8及戴克的們2汽油機。

歷史沿革

最初成型

可變排量發動機並不是一項新的汽車技術。通用汽車公司早在80年代就在凱迪拉克上配備過可變排量發動機，但當時的機型未能達到它應該達到的性能標準。因為發動機經常產生較大的噪聲，且從8缸轉換成4缸的過程也非常不穩定，偶爾還會被卡死在一種狀態下無法調節。造成這種問題的原因並不是可變排量發動機本身的技術有問題，而是當時的電腦晶片不能完成每秒200次的計算功能。隨著電腦硬體的發展，今天的汽車電腦可以完成每秒2000次的運算，這就可能對發動機提供更加精確的控制。

電腦控制

美國福特汽車公司利用最先進的電腦控制技術，開發出可變排量發動機（VDE），並準備將這種發動機安裝在福特汽車公司以後生產的轎車和卡車上，以改善汽車的燃油經濟性。這種發動機技術最適合多汽缸的發動機使用。對於12缸發動機來說，採用這種技術，即相當於安裝了兩個獨立的6缸發動機，可以根據駕駛的需要讓一台發動機運行，而讓另一台處於怠速狀態。這樣，就可以隨時調整發動機的排氣量，從而減少能源的消耗。

中國發展

佛山市汽車創意實驗室（vclab）也研究出一種利用控制發動機的進氣溫度來達到控制排量的技術。根據空氣冷縮熱脹的原理，在汽車怠速或者剎車時，熱氣管道往發動機輸入較熱的空氣，根據汽油的標號以及爆震控制的需要，必要時可以輸入近100-150度甚至更高的空氣供內燃機燃燒，由於空氣密度的大幅降低，在保證理想空燃比的前提下，可以大幅降低噴油量，由於進氣密度的大幅降低，壓縮進程時壓縮空氣所需的能量也大幅降低，這樣在發動機體積不變的前提下，在怠速或減速時可以降低發動機的功率，減少噴油，降低排放。

問題與對策

泵氣損失問題

發動機在全負荷時燃料所具有的熱量的30%得到利用，而其餘的70%熱量則損耗掉。其中排放氣體與輻射損耗約42%，冷卻損耗約20%，摩擦損失約8%，而泵氣損失則包含在摩擦損失內。
為了降低廢氣與輻射的熱損失或冷卻損失，發動機採用各種絕熱措施，或者採用無冷卻措施（即不利用冷卻水降低發動機燃燒溫度）。為此要求採用諸如陶瓷類的特殊材料。而實際上，以及試製各種以陶瓷為絕熱材料的不使用冷卻水的柴油機。然而由於耐久性不好，多數最終歸於失敗。所以，減少摩擦損失是實際上有效降低熱量損失的重要手段。

降低泵氣損失的措施有：稀薄燃燒、分層燃燒、非節氣門方式。稀薄燃燒或分層燃燒即在低負荷時稍微通過開啟節氣門以降低進氣阻力。另一方面，所謂非節氣門方式則是指決定進氣門的關閉時刻，控制進氣量，消除節氣門引起的泵氣損失。由於這一原因，採用稀薄燃燒與分層燃燒時，在低負荷使空燃比稀薄，但是在採用非節氣門方式時空燃比則保持不變。

氣體燃燒問題

稀薄燃燒或分層燃燒時在排放氣體中殘留氧氣，所以難以進行排放氣體的有效淨化。而採用非節氣門方式由於進氣門的驅動裝置複雜，其降低泵氣損失的效果差。當然，非進氣門方式還存在著若干優點，諸如能提高發動機回響性與輸出扭矩。
針對上述情況，可變排量發動機則能夠把稀薄燃燒、分層燃燒、節氣門方式的各個優點集中於一身。可變排量方式能夠按照負荷的變化改變發動機的排量，因而能夠大幅度降低泵氣損失，確保空燃比一定，所以能夠高精度淨化排放氣體。理想的狀態是，發動機排量能夠連續變化，但是實際情況是，在氣缸數量有限的發動機上是不可能實現的。不過，車用發動機往往低負荷運轉工況多，所以採用可變排量來降低泵氣損失，仍不失為具有相當效果的一種措施。

套用

與混合動力的匹配
從原理上講，在四衝程發動機上，如果有部分氣缸處於進排氣門關閉狀態就能夠改變排量。在進排氣門關閉的氣缸中，進排氣中止，就能減少相應氣缸的排氣量。為了保持進排氣門關閉狀態，最適宜的方法就是切斷氣門凸輪與氣門之間的驅動路徑。儘管至今已經實用化，有多種多樣的可變排量發動機，但幾乎都採用這種方式。
通用汽車公司與三菱汽車公司是最早開發可變排量發動機的公司，然而，批量生產的車型中搭載可變排量發動機的，也只有本田和克萊斯勒。本田在思域混合動力車與Inspire轎車上搭載可變排量發動機；而克萊斯勒則在300C與charger等車型上搭載可變排量發動機。也只有這兩家汽車公司分別採用了不同種類的可變排量機構。
在停閥機構中搖臂分為氣門升程用搖臂與氣門停止用搖臂，並且兩者之間設有同步活塞，使每一氣缸各配置氣門升程用主輔搖臂及停閥用主輔搖臂，各配置氣門升程/氣門停止用的凸輪。當氣門升程用搖臂/停缸用搖臂由同步活塞連線時，氣門開閉；而當兩者連線切斷時則氣門處於關閉狀態。由於減速，發動機轉速降低到1000r/min時，為了防止發動機過載熄火，氣門升程/停閥用搖臂進行連線，當停閥氣缸重新工作時，發動機回復到通常的4個缸運轉。

停閥用搖臂的一端與升程量為零的停閥凸輪接合，在氣門停止工作時，停閥用搖臂的運動停止。另一方面，氣門升程用搖臂通過螺旋彈簧經常頂住凸輪。這樣通過停閥用搖臂與氣門升程用搖臂的位置控制，能夠確保氣缸從停閥不工作的狀態重新進入工作狀態。
現有思域混合動力車搭載的可變排量發動機在4個氣缸上全部配置3級VTEC停閥機構。減速時所有的進排氣門處於關閉狀態，發動機排量實際上是零。所有的進排氣門進入停閥狀態，是為了進一步限制減速時的發動機運轉阻力的緣故，使發動機運轉阻力降低到1/3左右。能夠實現所有氣缸進入停閥工作狀態是因為考慮到舊型思域混合動力車的實際效果，能夠充分確認停閥氣缸重新進入工作的可靠性的緣故。

與渦輪增壓等方法相比，可以同樣達到增加輸出功率的效果，但系統的結構更簡單，同時可以實現功率的變大、變小的雙向變化。具有很高的實用性。