凱迪拉克優(yōu)化發(fā)動(dòng)機燃燒 降低油耗49%

博世、AVL和密歇根大學(xué)正在合作開(kāi)展“新型燃燒概念-實(shí)現系統和方案ACCESS”研究項目，該項目計劃為期四年、耗資兩千四百萬(wàn)美元，由美國能源部支持，針對汽油引擎乘用車(chē)，旨在不影響性能和排放水平的前提下，降低30%的油耗。

2013年的SAE大會(huì )上，來(lái)自博世和AVL公司的工程師發(fā)布了關(guān)于A(yíng)CCESS項目進(jìn)展的論文，描述了針對直噴渦輪增壓GTDI和均值沖量壓縮點(diǎn)火HCCI的四缸汽油機在設計、燃燒過(guò)程、控制系統方面的進(jìn)展情況。文中提到，盡管可再生能源和與之相適應的靈活先進(jìn)的動(dòng)力傳動(dòng)系統發(fā)展很快，但內燃機仍有很大的發(fā)展機會(huì )，不只是現在，還包括將來(lái)。今后的內燃機和動(dòng)力傳動(dòng)系統應具有滿(mǎn)足全球市場(chǎng)對于排放和油耗的要求，兼容生物燃料和與其他動(dòng)力系統相配合的能力。

ACCESS項目主要關(guān)注：

-融合多種燃燒模式，提升所有工況的性能，同時(shí)降低油耗和排放。

-研發(fā)可靠、靈活的控制算法，基于通用的模塊化的硬件平臺，在燃燒模式轉換的關(guān)鍵時(shí)刻協(xié)調不同的執行機構。

-開(kāi)發(fā)特定的動(dòng)力傳動(dòng)系統，涵蓋進(jìn)排氣和燃油通道、燃燒系統、尾氣后處理、整車(chē)平臺，實(shí)現優(yōu)秀的燃燒和控制策略。

-實(shí)現預計的工作任務(wù)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機臺架試驗和試車(chē)試驗驗證該系統的節油性能。

發(fā)動(dòng)機改進(jìn)設計

項目組用改進(jìn)的2.0升直列四缸Ecotec發(fā)動(dòng)機替換凱迪拉克CTS上的那臺3.6升V6發(fā)動(dòng)機。項目組使用增壓直噴GTDI實(shí)現小型化，配合使用小負荷下的均值壓燃HCCI實(shí)現更好的經(jīng)濟性。為了實(shí)現HCCI，工程師改動(dòng)了發(fā)動(dòng)機的結構設計，優(yōu)化了控制系統。

發(fā)動(dòng)機的改動(dòng)設計包括直噴和進(jìn)氣道噴射兩種供油模式、德?tīng)柛杉壨馆嗈D換機構、電裝公司電動(dòng)VCT可變氣門(mén)正時(shí)、伊頓R410機械增壓、高壓回路冷卻EGR和11：1高壓縮比。

項目組重新設計了氣缸蓋形狀，一是為了容納可變凸輪和可變正時(shí)，實(shí)現壓燃和點(diǎn)燃的快速轉換，二是為了容納布置在缸蓋中部的直噴噴油嘴。

改進(jìn)進(jìn)氣歧管，以適應高壓EGR和進(jìn)氣道噴射。

兩級增壓（渦輪增壓和機械增壓）目的是擴大HCCI工況載荷范圍、改善全負荷性能。改進(jìn)活塞的目的是實(shí)現計劃的壓縮比、配合直噴油束的噴射方向。

燃燒過(guò)程的研究

項目組通過(guò)比較點(diǎn)燃SI、壓燃HCCI、點(diǎn)燃輔助的壓燃SACI在自然吸氣、增壓、稀混合氣、理論空燃比等多種工況下的表現，來(lái)研究相應的點(diǎn)火控制邏輯，以配合ACCESS小型增壓發(fā)動(dòng)機與能實(shí)現大角度負疊開(kāi)角的可變氣門(mén)機構。

為了研究負荷范圍擴大時(shí)HCCI/SACI的性能并和SI發(fā)動(dòng)機進(jìn)行對比，項目組進(jìn)行了1500rpm等速變負荷試驗（氣缸平均有效壓力從2.0到6.0巴）。

HCCI模式的研究采用稀混合氣的自然吸氣和機械增壓，提高工作負荷范圍。SACI的試驗采用稀混合氣和理論空燃比兩種工況，配合外部冷卻EGR（緩解大負荷噪聲）。

結果發(fā)現，稀混合氣自然吸氣HCCI盡管工況范圍有限，但燃燒穩定性好，燃油消耗率相比SI發(fā)動(dòng)機有較大優(yōu)勢。盡管使用增壓能加大HCCI在大負荷下的稀燃能力，擴大HCCI負荷范圍，但增加的機構降低了總熱效率。相比之下，通過(guò)理論空燃比混合氣加點(diǎn)燃輔助SACI不但可以延伸壓燃工作范圍，還可以在中高負荷下有效降低燃油消耗率。

車(chē)輛仿真

項目組使用AVL CRUISE仿真軟件，通過(guò)發(fā)動(dòng)機脈譜圖，進(jìn)行直線(xiàn)行駛的仿真。通過(guò)和原裝3.6升自然吸氣進(jìn)氣道噴射V6發(fā)動(dòng)機的比較發(fā)現，使用2.0升直列四缸增壓直噴加HCCI就能直接降低42.4%的城市-公路循環(huán)油耗。

如果加入熱管理系統和自動(dòng)起停，節油效果更達到48.9%。

性能方面，原裝3.6升V6百公里加速用時(shí)5.5秒，換裝發(fā)動(dòng)機后用時(shí)6.2秒。

現在原裝發(fā)動(dòng)機已按照試驗結果完成改造，現在正在A(yíng)VL、博世和密歇根大學(xué)進(jìn)行試驗。