停缸技術對汽油發動機油耗及運行參數的影響

錢冬羽

停缸技術對汽油發動機油耗及運行參數的影響

錢冬羽

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了車用汽油機在部分負荷下使用停缸技術后，對發動機經濟性產生的影響，詳細介紹了節油原理及發動機運行工況。闡述了停缸后對發動機進氣、排氣、燃燒等相關參數產生的影響，說明了停缸技術負荷受限的原因。

汽油機；停缸；節油

引言

隨著近幾年來環保與能源壓力的增加，國家對汽車行業制定了更為嚴格的油耗與排放標準，因此，汽車企業正面臨越來越大的節油壓力，目前對汽油車而言，通過發動機實現節油的主要方式一是提高發動機的熱效率，例如提高壓縮比、VVL、阿特金森循環、低壓EGR、大滾流比氣道等。

本文主要是從改變發動機工作氣缸數方向入手，通過在低車速狀態下停止2個工作缸，從而降低發動機的泵氣及摩擦散熱損失來達到節油的目的。

1 汽油機停缸節油的機理

對于汽油機來說，最佳油耗區如圖1所示，處于發動機中等負荷，大于或者小于這個負荷油耗表現都會變差，小負荷狀態，搭載停缸技術后，假定停掉兩個缸，為了滿足相同車速下整車對發動機的扭矩需求，在不考慮發動機摩擦及散熱損失的情況下，發動機單個缸的平均有效壓力需要提升為原來的2倍，油耗曲線更接近最佳經濟圈。

圖1 發動機萬有特性油耗率分布

發動機在部分負荷狀態下，由于節氣門不是全開的狀態，此時進氣的節流損失較大，對油耗影響較大，發動機停掉部分工作缸，此時如果還要達到停缸之前的扭矩，節氣門開度要變大，泵氣損失如圖2所示，會有大幅度降低，并且此時歧管內壓力會升高，提高了充氣效率，從而降低了缸內殘余廢氣，改善了燃燒狀態，降低了循環變動。

圖2 停缸與工作缸PV圖對比

停缸工況下，發動機摩擦及散熱損失會減小，這也是停缸技術節油的原因之一。

2 試驗結果

2.1 停缸方式

該停缸技術研究是在一臺四缸氣道噴射汽油機上進行的，采用的是發動機第2、3缸同時停止的策略，實行的是閉氣停缸方式，即在停缸之前，氣缸內混合氣是未被排出的，如圖3所示，當2缸停止工作后，缸壓曲線立刻下降到14bar左右，與靜態缸壓基本相當；但在穩定1-2分鐘后，如圖4所示，缸壓逐漸下降最終穩定在2.2bar左右，其原因可能是氣體從活塞環部位緩慢竄出。

圖3 正常工作缸與停止工作缸缸壓對比

圖4 正常工作缸與停止工作缸缸壓對比

2.2 油耗對比

兩缸狀態與四缸狀態相比，如圖5所示，小負荷工況下節油效果更明顯，最大節油率在20%以上，隨著負荷的升高，節油效果逐漸降低，直至惡化，BMEP在5.5bar-6bar之間，節油百分比降為0。

圖5 停缸前后發動機油耗率降低百分比

2.3 泵氣損失對比

發動機兩缸停止工作后，停止工作缸進排氣門全部關閉，此時，如圖7所示，進氣歧管內壓力升高，真空度變小，節氣門開度相應增加，大幅度降低了發動機的進氣節流損失，如圖6所示，泵氣損失降低的幅度與節油效果趨勢保持一致。

圖6 停缸前后發動機泵氣損失降低百分比

圖7 停缸前后發動機進氣歧管壓力對比

2.4 進氣量對比

圖8 停缸前后發動機進氣量對比

兩種工作條件下，空燃比都保持在14.6，在輸出扭矩相同的情況下，進氣量越少油耗越低。如圖8所示，2缸狀態下氣量要明顯小于4缸，進氣量呈現的趨勢與兩種工作條件下的油耗表現一致。

2.5 排氣溫度對比

兩缸狀態下，由于單個缸所發出的實際負荷更大，因此，渦前排溫較四缸狀態更高，如圖9所示，負荷在7bar左右排溫已經接近950℃的極限狀態，這也是限制停缸工況負荷不能過大的另一原因。

圖9 停缸前后發動機排氣溫度對比

2.6 摩擦損失對比

保持90℃機油溫度、節氣門全開的狀態，2缸狀態摩擦功明顯小于4缸狀態，減小的幅度隨轉速升高而變大，分析原因應該是停止掉的兩缸減小的泵氣損失是摩擦功下降的主要原因，另外一部分貢獻是由于兩缸進排氣門停止工作，減小了一部分摩擦損失。

圖10 停缸前后發動機摩擦損失對比

2.7 燃燒參數對比

如圖11、2.9所示，在小負荷工況，停缸與非停缸兩種工作狀態下，AI50值基本保持在6-8的最佳范圍內，在負荷高于6bar的情況下，由于兩缸工作實際負荷上升較大，爆震傾向增加（如圖13、14），點火角受限無法增加（如圖15、16），AI50值無法達到6-8的工作范圍，燃燒不處于最佳狀態，熱效率下降，這是兩缸狀態下大負荷油耗惡化的原因之一。

圖11 2缸狀態AI50%分布

圖12 4缸狀態AI50%分布

圖13 2缸狀態kp_pk分布

圖14 4缸狀態kp_pk分布

圖15 2缸狀態點火角分布

圖16 4缸狀態點火角分布

并且隨著負荷的增大，兩缸狀態壓力升高率與爆發壓力增加幅度較大（如圖17、18），燃燒噪聲會有較明顯上升，燃燒壓力的增加會使發動機工作環境更惡化，這也是限制停缸技術負荷不能過大的原因之一。

3 結論

汽油發動機使用停缸技術后，由于泵氣損失及摩擦損失的降低，小負荷狀態下油耗有較為明顯的降低，最大節油百分比超過20%。

隨著負荷的升高，由于傳熱損失增加及發動機摩擦損失等方面的影響，運行工況脫離最佳油耗經濟圈，節油效果逐漸下降，直至惡化。

圖17 停缸前后燃燒壓力對比

停缸技術可以帶來一定的節油效果，但是由于排溫、爆震、油耗及NVH等方面的限制，目前實際使用的停缸工況負荷偏低，不能完全覆蓋整車常用工況，使用此技術還會造成整機振動惡化，成本上升等問題，這些需要優化與平衡。

圖18 停缸前后壓力升高率對比

[1] 張登攀,袁銀南,崔勇.車用汽油機的停缸節油技術[J].小型內燃機與摩托車, 2007,36(6): 89-93.

[2] 張海濤.發動機停缸控制及其標定[D].吉林大學,2002.

[3] 羅遠榮.車用汽油停缸節油剖析[J].北京汽車,1984.

[4] 徐祖建,彭浪等.東風汽車停缸節油單片機控制試驗研究[J].汽車技術,1994（3）.

The research of stop cylinder technology in gasoline engine

Qian Dongyu

（Anhui jianghuai automobile group co. LTD., Anhui Hefei 230601）

Introduces the influence on the economy of the automobile gasoline engine after the cylinder deactivation technolo -gy is used under partial load、the principle of fuel saving and the operating conditions of the engine. The influence of cylinder deactivation on engine intake、exhaust、combustion and other related parameters is expounded, The load of cylinder deactivation is limited is explained.

Gasoline engine;Deactivation cylinder;Fuel saving

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1671-7988(2019)18-170-04

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1671-7988(2019)18-170-04

錢冬羽，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.057