前言

隨著全球範圍內對節能環保的日趨重視、排放法規的日益嚴苛，現在發動機設計的目標已經從上個世紀追求效能變為節能環保。以往追求的大排量、升功率變為了低油耗、高熱效率，低排放。各大主機廠也是使出十八般武藝，在發動機上的研究不斷突破，各種黑科技層出不窮。今天來介紹下全新賓士A class上用的閉缸技術。

前言

閉缸技術全稱是Displacement on Demand或者是cylinder on demand system，也可稱為可變排量技術、停缸技術。他可根據實際行駛需要，對多缸發動機進行有針對的停缸，使實際參與做功的排量小於發動機排量。最初由凱迪拉克提出，福特通用跟進，然後奧迪寶馬賓士都有部分引入這個系統。最新款的賓士A class高功率版本就引入了該設計。

圖1 賓士A class可變排量技術示意圖

為啥要有這個技術呢？咱們來聊聊原理。首先看下圖2，不同負荷下發動機有用功比例示意圖，燃油釋放的化學能分為6個部分，分別是有用功，泵氣損失，摩擦損失，冷卻損失，排氣損失，未燃損失。其中未燃損失比較小，一般在5%以內；排氣損失受到物理極限的制約，比較難以利用，只可以透過EGR或者渦輪增壓器來部分回收；冷卻損失做的研究較多，不過節約有限，這裡不展開；主要的方向集中於減少摩擦損失和泵氣損失。從圖中可以看出，隨著負荷率的提高，有用功在增加，各種損失尤其是摩擦損失和泵氣損失佔比在減少，為了發揮這個特性，總輸出功率不變的前提下，將以往在中低負荷區間低效工作的全部氣缸關閉掉部分，讓剩下的氣缸在高負荷下工作，豈不是能提高有用功，提高熱效率嗎？

圖2 不同負荷下發動機有用功比例示意

基於這個思路，最早凱迪拉克提出可變排量技術，其就是希望減少機械損失，提高燃油經濟性，採用的是斷油、不斷氣的方案：噴油嘴停止供油、進排氣門正常工作。雖然有兩個氣缸不參與做功，但是由於進排氣門開啟，氣缸還是會利用真空度吸取空氣和排出空氣，機械損失也沒有明顯減少，另外由於動平衡被打亂，發動機2階震動過大，產生巨大噪音，實際省油效果可以忽略不計。

隨著技術進步，目前的可變排量技術已經採用斷油配合著斷氣的方法，其中斷氣主要有兩種策略，如圖3所示。圖3a圖為電磁閥透過凸輪軸上的斜槽結構，可以讓凸輪軸左右移動，檔位移到途中粉色低角度時，凸輪不會觸及氣門，氣門不會開啟，形成閉缸；圖3b圖中正常工況下搖臂內塞柱聯通，從而控制氣門開閉，當需要斷氣時，透過液壓使塞柱斷開，從而進排氣門停止工作，形成閉缸。其中，這兩種方案都在不斷進化，已經衍生出可變氣門角度、升程等技術這裡不做探討。

圖3 進排氣門兩種斷氣方案a

圖3 進排氣門兩種斷氣方案b

其工作原理如圖4所示，根據輸出扭矩的需要，匹配合適的排氣量，在需要的工況下，讓部分氣缸停止工作，提高燃油經濟性。圖5為某款發動機可變排量效果示意圖，從圖中可以看出在低扭矩、低轉速下，透過氣缸停止技術，可以降低燃油消耗率，理論上可以節約20%的到30%。

圖4 可變排量工作原理

圖5 可變排量效果示意圖

賓士上的這款高功率1。3T發動機就使用了此技術，在低負荷巡航工況下，實現2、3號缸（也就是發動機四個氣缸中間的兩個氣缸）停止噴油點火併關閉氣門，如此，使他不但功率較高，而且在法規工況下油耗甚至比低功率版本還低。

圖6 賓士 A class 1。3T發動機

閉缸技術簡介

未來隨著法規要求、燃油經濟性競爭力要求，該技術會不斷下放到入門級發動機。不但新一代的賓士A級1。3T發動機用上了該技術，在新的大眾1。5T發動機，本田1。5T，甚至福特的1。0T三缸發動機都會使用此技術。但是，由於基礎缸數只有4缸甚至更少，在停缸工況下，必然會導致震動加劇，在切換過程中，扭矩平衡難以控制，也會對舒適性有較大影響，這對平衡軸的設計，對標定工程師的技術提出了要求。

另一方面，可變排量技術的適用範圍會更加靈活多變，比如在本田思域的1。5T上，其在鬆油門進入斷油控制（Fuel cut）的同時，進排氣門也會同時關閉，實際上沒有任何氣缸參與做功，極大提高了燃油經濟性和排放效能，當然，這也導致了思域在發動機重新點火的時候瞬時功率不容易控制，人能感覺到發動機的重新介入，但這種新思路可以為大家提供借鑑。

閉缸技術發展方向

總而言之，閉缸技術可以說是節能減排的一項黑科技，其對硬體並沒有過多要求，在已有發動機上不增加大量成本就可以達到效果，未來必定會成為主流技術。