暗中保护钱包 默默为节油服务的技术

2012-09-24 20:19:01来源: 汽车之家

    “油价和房价哪个上涨快”这个问题相信大家都得琢磨下才能给出答案,但这两个涨价让我们钱包“瘦身”的事儿毋庸置疑。所以怎么开车能省油、什么技术又能节省燃油多少的信息,相信大家都格外关注。而未来新能源车肯定会大行其道,难道现阶段除了购买新能源车就没有办法节油了?答案当然是否定的,这次就让我们来看看那些容易被我们忽视的节油技术。

     一提到节能技术,大家脑中都会蹦出“发动机缸内直喷”、“双离合变速箱”、“涡轮增压”、“机械增压”这些节油技术,鉴于大家过于熟悉,这篇文章就不让它们再“亮相了”,如果您对它们感兴趣,欢迎您点击本文最后的相关连接。

■ 轻量化

节油指数:★★★☆

『谁的身上不用点碳纤维都不好意思和别人打招呼。』

    提到轻量化这个概念,人们往往先想到的是改装和操控。其实,对于普通汽车,轻量化是最直接的省油方法,这也已经是所有厂商开发车型的重要目标之一。而超跑们如果谁的“身上”不用点碳纤维都不好意思和别人打招呼,当然超跑与家用车想要通过轻量化达到的目标并不完全相同。

    轻量化是个系统而繁杂的工程,材料上的轻并不是唯一是目的,结构强度也是要考虑的重要因素。在材料里包含了白车身材料和零部件材料的轻量化,看似简单的白车身其实也是“减肥”的重要目标,全铝车身、碳纤维覆盖件、铝车门、铝防撞梁、压铸铝合金塔顶,用骨子里就开始减肥并不夸张。而变速箱壳体、差速器壳体、发动机缸体缸盖等等这些零部件都大量运用铝合金则为“减肥”的效果锦上添花。

    未来复合材料才是王道。这方面奔驰的策略是“多种材料并用”,以往的汽车采用全钢的车身,而现在则采用高科技钢,未来使用不同种类的高科技钢材配合铝质材料的应用。铝质材料将在不远的将来获得更广泛的应用,其中还将与工业塑料和碳纤维等不同的轻量化材料结合使用,以此达到轻量化的要求。

    但高科技的背后总伴随着一个控制成本的“阴影”,目前的解决办法就是“因材施用”。例如目前驾驶舱部分必须使用高强度的钢材用以承受足够的冲击并起到吸能作用;有些地方不需要高强度的钢材则采用镁合金;而翼子板和车门部分可以采用重量轻的铝材达到轻量化的要求。

『新奥迪A3虽然轴距会增加,但是重量却减轻了』

    不要以为轻量化技术仅是超跑和豪车的“专利”,其实很多“小家伙”也紧随其后,新一代的奥迪A3就是一个例子。虽然相比老款轴距增加了,新一代奥迪A3却仅重1.1吨,比起老A3轻了将近2个成年人的体重。

    同时我们还要明确一点,轻量化并不是简单的将铁的换成铝的。“高强度”和“轻量化”这两大关键词并不矛盾,任何轻量化都应该是在保证车体强度下完成,高强度的车身结构只是基本功课,在保障强度的同时利用材料和结构设计来减掉冗余的重量才是讲究“高效低能耗”的这个时代最被重视的。轻量化并非一拍脑门,拿把锤子、凿子就对车身结构进行简化,承载结构使用更高强度的材料,比以前用的材料更少,但是却能达到同样强度,以翼子板为例,将翼子板的受力进行分析并逐步进行优化,也就是说一点一点的拿掉多余部分而剩下的结构就为最精简且不影响强度的最优结果。

■ 空气动力学

节油指数:★★★☆

    相信您骑自行车时一定有这样的体验,当遇到大风天时,如果还是按照平时“周吴郑王”一样坐姿端坐着骑的话,得把吃奶的劲儿用来蹬车才能和边上走路的人一样快。而这时,把身子趴下来,似乎会省力不少。

    汽车也是如此,车辆的燃料在推动机械运转时已经消耗了一大部分动力,而当汽车高速行驶时,一部分就是克服空气的阻力。其实很早的时候,人们开始渴望以更高的速度行驶时发现如果仅凭高功率输出的动力单元并不能到达那梦想的天际,于是有人开始在空气动力学领域展开了研究,他们发现要想获得有利的行驶条件,就要在车身造型上打破传统格局,让原本方方正正的车身向圆润的样子进化。

    当然,空气动力学远远不是将车体由方盒子变为圆肥皂这么简单,怎样的造型空气阻力最低、如何减少乱流形成等等一系列的问题都是空气动力学研究的范畴。还有一个值得注意的事情,在我们印象中,两厢车大都短小精悍,照想象推论似乎会比那些“笨笨”的三厢车空气阻力更小吧。其实不然,由于两厢车车尾面积大,车尾形成的真空区大,因而产生的负压较大,造成前后的压差也就更大,车辆的空气阻力相应就更高。

    瞧,事实不是总和我们想的一样吧,但世事无绝对,这里“例外”就是奔驰的新B级,在国内老款B级的价位水平上,量产车最低的风阻系数也只不过为0.27--来自君威和睿翼(二者均为三厢中级轿车)。而作为一款两厢车型,能够拿出仅0.26的风阻系数确实令人惊讶,毫不夸张的说,在量产的紧凑车型当中,新B级在空气动力学方面拥有绝对领先的优势,即便同级别的三厢轿车,风阻系数也大多集中在0.3左右而已。奔驰的工程师们对于B级的空气动力学设计做了大量的优化工作,除了外观轮廓之外,还对车底气流的平整做了大量的实验和改进,前轮前端的锯齿形轮拱扰流板就是成果之一。据悉,未来奔驰还会提供“ECO”选装套件,安装此套件后,奔驰B的风阻系数可降到0.24的水平!

    当车身外观的设计或许在打造低风阻系数的工程上已遇到瓶颈,为了追求极致,设计师打算跳出车身设计领域,转而把目光投向技术方面。在新一代奥迪A8中,进气隔与水箱之间的空间被密封起来,这样流入的空气就可以毫无损失地进入冷却系统并最大程度的达到散热效果,增加了空气流动的效率。而散热器表面的鳞片和电子散热风扇叶片的设计也相应的进行了优化。经过这样经过精心的布局设计,以实现最低的风阻效果。

    不要以为空气动力学只是研究“表面功夫”,其实底盘上空气动力学同样讲究,在我们的底盘拆解栏目中可以看到很多车的底盘上都有空气动力学设计,底盘良好的空气动力学设计能够帮助车辆减少来自底盘、轮拱和轮毂等部位产生的空气阻力。在底盘上覆盖完整的护板可以使空气更快速的流过底盘,而导流槽的设计帮助引导气流更为合理的穿过底盘。

■ 智能可变格栅

节油指数:★★★

    我们都知道现代发动机的正常工作温度相对较高,一般在100至110摄氏度之间。在冷车状态,特别是冬季快速将温度提高,减少怠速时间是节省燃油的小窍门之一。这套系统安装在水箱散热器的前方,并且由电脑控制其开启、关闭的时间和角度,可以控制吹向水箱散热器以及发动机舱的空气流量。达到快速提高或降低温度的目的。同时,智能可变格栅的另一功能就是进一步提升其在空气动力性能上的优势,以新福克斯为例,在空气动力学车身设计的共同作用下,风阻降低了7.8%,风阻系数仅为0.295。

    冷车状态下,通过关闭格栅,来尽快提高发动机的工作温度,使车辆的OBD系统较早的进入闭环工作状态,从而降低排放。同时配合电子节温器,能够对发动机的热管理系统进行更为精确的调控。


    这套系统也并非是福克斯独有,宝马的5系、别克君威君越eAssist等车型也装备了类似的智能关闭格栅技术。

■ 可变排量空调系统

节油指数:★★★

    可变排量空调系统采用的压缩机,在运行过程中能根据转速、吸排气压力等信号的变化以及汽车运行状况和外界环境条件而自行调节排量,达到节能、降噪和实现车厢环境最优化控制的目的。大部分乘用车的空调系统都是非独立式的,它的压缩机都是通过皮带轮直接由发动机带动。汽车在高速行驶时,输入的制冷量随发动机转速的增加而增加,汽车制冷量增多,不仅浪费一部分功率,也影响汽车的行驶性能。可变排量空调此时便会自动调整工作排量,降低制冷量,减小功率损耗。

『POLO使用的就是可变排量空调系统』

可关闭水泵

节油指数:★★★

    众所周知,发动机的温度直接决定着它的工作状态,温度超出发动机本身所能承受极限时,会带来灾难性的后果。若温度过低,发动机的效率又会很低。而发动机冷却系统就是至关重要的一环,为了给发动机创造一个“舒适”的工作环境,工程师们付出了不懈的努力。现代发动机一般采用水冷,但冷启动时,发动机温度上升较为缓慢,难道因此“热车”时间带来的油耗问题就没有办法解决了吗?答案当然是否定的。可关闭水泵技术解决的就是这部分问题。

    可关闭水泵技术,就是叶片可通过电子控制的连接轴阀与皮带轮连接或断开,在发动机冷启动条件下,可变水泵叶片停转,暂停发动机冷却液循环,冷启动条件下发动机缸盖的升温速度几乎是未配置热管理系统的两倍,大大缩短热机时间,减小了燃油消耗。在发动机升温后,热管理系统会通过热交换器为变速器油液升温,使变速器系统也更快达到最佳工作温度。

■ 可变排量机油泵

节油指数:★★★

    如果把汽车比做人的话,那发动机一定就是心脏,而让这颗“心脏”平稳跳动的保障之一就是润滑系统,在发动机工作时,润滑系统要连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面,并在摩擦表面之间形成油膜,实现液体摩擦,从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损,而机油泵就是重中之重。

    一般的非变排量机油泵,其出油量大小是随着发动机转速增加而增加,二者呈线性关系。简单说就是发动机工作越卖力,它给发动机的“奖品”就越丰厚。而为了保证低转速时的最低出油量及高转速时的最小油压,机油泵会被设计的很大,这就对发动机舱的布置提出了更高的要求。同时,发动机在高转速时,多余的润滑油会从油路中返回,导致发动机功率消耗增加。而变排量机油泵会根据发动机情况,调节油压与油量,从而达到节油的目的。

■ 智能断开发电机

节油指数:★★★

    这项技术的工作原理为,当车辆正常行驶或急加速时候,并无发电的需要,此时断开发电机,减少能耗的产生,当车辆滑行或减速时候,为确保电力使用,此时发电机被连接上,并为蓄电池充电。可以说智能断开电机所做的工作就像是水电站,高峰时泄洪发电,低谷时蓄洪储电。

■ 电动助力

节油指数:★★★★

    助力转向我们都不陌生,如果没有它们的协助,相信我们的司机现在一定都是肱二头肌发达的壮汉,开车也会变成一项体力活。助力转向让驾驶变得更加简单和轻松,并且让车辆反应更加敏捷,一定程度上提高了安全性。

    常见的助力分为液压助力和电动助力。液压助力又分为机械式液压助力和电子液压助力。机械液压助力由于液压泵靠发动机皮带驱动,所以会消耗发动机的一部分动力,也就会影响燃油经济性和车辆的动力性,尤其是对于动力本身就相对孱弱的小排量车型的影响比较明显,电子液压助力电子泵需要由发电机的电能驱动。

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    而电动助力则是将助力机构由复杂的液压机构变成了依靠电动机产生助力的系统。电动助力转向系统的结构非常简单,没有了液压泵、储液罐、液压管路和转向柱阀体结构,而是由传感器、控制单元和助力电机构成。而带动助力电机的正是12V电源系统,也就是我们俗称的电瓶。不从发动机“借力”,也就间接节省了燃油消耗,这就是电动助力节油的秘诀。

■ 低滚阻轮胎

节油指数:★★★★

    上面提到,车辆的燃料在推动机械运转时已经消耗了一大部分动力,当汽车高速行驶时,一部分就是克服空气的阻力。而另一部分就是消耗在了对付轮胎与路面摩擦、滚动产生的阻力。

『图为使用韩泰低滚阻轮胎的高尔夫蓝驱车型』

『图为沃蓝达使用的固特异低滚阻轮胎』

    现在很多新能源车或者以节油为卖点的车型都配备了低滚阻轮胎,低滚阻的秘密就在于轮胎制造时的添加剂。以固特异御乘轮胎为例,在胎面橡胶配方内加入一定比例的硅材料以及全碳黑配方,因为硅吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等原因,所以硅胶胎相对于普通轮胎更耐磨和抗老化,从而使御乘轮胎能有效降低滚动阻力,节省燃油消耗。

■ 发动机启停技术

节油指数:★★★★

    城市路段走走停停很常见,而就在走走停停或者怠速的不经意间,油耗就上来了。发动机启停技术就是解决城市路况短时间停车较多的情况问题,减少怠速油耗。

『图为smart上配备的启停按钮』

    当车辆因为拥堵或者路口变灯停止行进时,驾驶员踩下制动踏板,停车摘挡。这时候,Start/Stop系统自动检测:发动机空转且没有挂挡;电池传感器显示有足够的能量进行下一次启动。满足条件后,发动机自动停止转动。再次启动时仅需松开刹车或者转动方向盘。

   现在越来越多的车型装备了启停功能,虽然名称不同但效果相似,从smart、到奥迪A6L,“身材”无关紧要,剩下的是对节油、环保做出的贡献。

 

『启停不再是“豪华配置”,各个级别的车型均有配置』

■ 制动能量回收

节油指数:★★★

    无论是拥堵的城市路况,还是平坦的高速公路,在车辆滑行以及制动的时候,可以通过发电机将一部分动能转化为电能存储到蓄电池中,虽然它比混合动力车型在制动能量回收上显得“弱小”了许多,但是将这些细微的节能措施不断累积,最终整辆车的燃油经济性就会有一个明显的提升。

    让我们以奥迪A3 e-tron为例,当选择舒适模式时,能量回收的程度降低,顿挫感减少,这时更偏重驾乘人员的感受;而当选择省电模式时,系统将能量回收程度加大,以达到最大续航里程的效果。但无论选择哪种模式,滑行和刹车时系统都把收集到的能量给锂电池充电

■ 可变气缸

节油指数:★★★☆

    一提到可变气缸技术,我们的脑中首先想到的可能会是大众或者奥迪。其实可变气缸或者可变排量技术是上世纪80年代通用最早提出来的,不过由于技术不成熟,随着时间被尘封了起来。直到2001年,它又随着Cien概念车惊艳四座。在这之后的故事我们就比较熟悉了,通用将可变排量技术应用到了凯雷德上。同时,奔驰也在研究类似技术,克莱斯勒将多级可变排量控制系统(MDS)应用到了Hemi发动机,而本田的VCM、以及大众ACT、奥迪气缸按需运行系统则都是小字辈儿了。

通用 主动燃油管理(Active Fuel Management)

    主动燃油管理(Active Fuel Management)又名Displacement on Demand,简写AFM或DOD,最早于1981年运用在通用凯迪拉克L62发动机上。它也是依靠根据发动机工况要求,选择在低负荷情况下关闭部分气缸停止工作,从而达到改善燃油经济性和减少废气排放的目的。然而因为当时技术尚不成熟的原因,主动燃油管理技术随着时间被尘封了起来。直到2001年,Cien概念车的亮相,它才重新回到了我们的视线中,随后它随着席卷全球的SUV浪潮,同凯雷德一起被更多人所熟知。

『2001年的凯迪拉克Cien概念车是主动燃油管理技术重新走入公众视线的开端』

    『主动燃油管理技术随着凯雷德一起被公众所熟悉』

    主动燃油管理技术通过电磁阀来控制液压气门挺杆的油路供给,通过调整选定气缸气门挺杆的机油压力,使得部分气缸气门保持关闭,这些气缸将会停止进气或排气,被选定的气缸将不参与发动机功率输出,从而达到提高燃油经济性的目的。

奔驰 气缸自动关闭技术

    气缸自动关闭技术对于奔驰可不算是新鲜玩意,早在1998年,奔驰发布的编号为W220的第8代奔驰S级上就已经配备了这项技术。

『图为奔驰S500』

    气缸自动关闭技术能够在需要时关闭暂时不用的气缸,从而大幅降低油耗。同时,气缸关闭技术不会对发动机的顺畅运转、扭矩输出和安静性产生任何影响。当发动机在部分负荷工作状况下,S500的8缸发动机可以暂时关闭其中的四个汽缸,从而使车辆平均油耗降低约7%,实现了更大的燃油经济性。

克莱斯勒 多级可变排量控制系统(Multi-Displacement System)

克莱斯勒和奔驰的恩怨情仇

    其实提到MDS的由来,还有一段和奔驰有关的小故事。当时的戴姆勒-克莱斯勒率先于2001年推出了配置ACC(Active Cylinder Control主动气缸控制)技术的5.8L V12发动机并将其应用在了在奔驰CL600和S600两款车上,不过这款发动机仅仅一年之后就停产淡出了人们的视线。之后,克莱斯勒也打算为自己的发动机也开发相应的技术,他们找来了曾参与ACC项目上合作过的埃贝赫(Eberspaecher)公司,只不过这次参与开发的是埃贝赫的北美中心-Eberspaecher North America,他们共同为克莱斯勒的Hemi发动机量身打造了MDS-Multi-Displacement System多级可变排量控制系统。

『2005年的第三代大切诺基是最早使用带有MDS技术的Hemi发动机的车型之一』

    MDS是为克莱斯勒的Hemi发动机量身打造的多级可变排量控制系统,由于Hemi发动机采用的是OHV的结构,凸轮轴上布满了凸轮,无法像本田的VCM发动机那样设计比较复杂的副摇臂和液压控制的连接机构,所以只能在原先的结构上想办法。

『Hemi发动机的凸轮轴与气门挺柱机构』

    而最终的解决办法就是在与凸轮接触的挺柱上面做文章,他们为hemi发动机的挺柱设计了独特的滑块结构,滑块与气门推杆相连,滑块下方有一个可以定位的卡销,卡销可以使滑块与挺柱成为一体,推动气门推杆,或者使滑块活动,是挺柱无法推动气门推杆。工程师们为卡销在发动机中设计了独特的油道,依靠润滑系统中的润滑油提供液压推动卡销(电磁阀控制),卡销本身带有回位弹簧,当液压消失时便能够自动回位。在发动机正常运转时,卡销将卡住滑块使之不能上下自由移动,挺柱直接推动推杆驱动气门摇臂,而当发动机需要关闭气缸时,卡销松开,滑块便能够上下滑动,挺柱上下移动时滑块与挺柱发生相对运动,不再推动推杆,这样一来气门就被关闭,同时ECU停止向该气缸喷油,便达到了“关闭气缸”的效果,实现了“排量可变”。

『气门的控制依靠特别设计的挺柱实现,液压控制的卡销可以使挺柱不推动气门推杆』

『老款克莱斯勒300C的发动机也应用了MDS技术』

本田 可变气缸管理系统(Variable Cylinder Management)

    VCM通过VTEC系统关闭进、排气门,以中止特定气缸的工作,与此同时,由动力传动系控制模块切断这些气缸的燃油供给。车辆起步、加速或爬坡等任何需要大功率输出的情况下,该发动机将会把全部6个气缸投入工作。在中速巡航和低发动机负荷工况下,系统仅将运转一个气缸组,即三个气缸。在中等加速、高速巡航和缓坡行驶时,发动机将会用4个气缸来运转。

    在3缸工作模式下,后排气缸组被停止工作。在四缸工作模式下,前排气缸组的左侧和中间气缸正常工作,后排气缸组的右侧和中间气缸正常工作。

『外形让人难以接受的歌诗图也应用了VCM技术』

    比较特殊的是非工作缸的火花塞会继续点火,以尽量降低火花塞的温度损失,防止气缸重新投入工作时因不完全燃烧造成火花塞油污。该系统采用电子控制,并采用专用的一体式滑阀,这些滑阀与缸盖内的摇臂轴支架一样起着双重作用。根据系统电子控制装置发出的指令,滑阀会有选择地将油压导向特定气缸的摇臂。然后,该油压会推动同步活塞,实现摇臂的连接和断开。

大众 ACT主动气缸管理系统

    今年日内瓦车展,大众展台那台蓝色的小家伙——POLO BlueGT着实吸引人的眼球,不仅因为它身披蓝色战袍,还因为它使用了基于大众横置模块化MQB平台而全新研发的代号为EA211的1.4T涡轮增压发动机,还有搭载了ACT主动气缸管理系统。ACT主动气缸管理系统就是在一定条件下关闭两个气缸而只由另外两个气缸运行,以此来达到节油的效果。

    这台拥有闭缸技术的1.4T发动机应该说很好的借鉴了奥迪的AVS可变气门升程技术,这套AVS系统简单的说就是通过切换两个不同角度的凸轮而实现针对不同工况下对气门升程和正时的改变。闭缸系统只需要将AVS系统中的高角度凸轮更换成没有升程的凸轮即可,而在奥迪V8 4.0TFSI上已经应用了此项闭缸技术。

    大众针对诸多国家道路行驶状况的调查,确定了一个最优的关闭气缸的时刻,即在发动机1250-4000rpm以及扭矩在25-100N·m的条件下启动这套闭缸系统。当驾驶者踩下油门踏板时,关闭的2个气缸将在13-36毫秒内迅速恢复工作,该系统可以智能检测车辆所处的交通环境以及拥堵情况,智能禁用关闭气缸的功能。驾驶员可从仪表盘的多功能显示器上得知汽车当前是两缸运行还是四缸运行。

奥迪 气缸按需运行系统(cylinder on demand)

    上面讲到大众ACT主动气缸管理系统时,提到它的关键就是借鉴了奥迪的AVS可变气门升程技术。下面我们就来说说奥迪这套气缸按需运行系统。奥迪的4.0升V8双涡轮增压发动机就匹配了这项技术。

  

    气缸按需运行(cylinder on demand)实现起来并不复杂,只需在原有的AVS系统的基础之上进行升级便能达到这一需求,即在进排气两侧的凸轮轴上安装一套零行程的凸轮便可实现,也就是说,当AVS执行元件将凸轮切换为零行程时,此时进排气两侧的凸轮轴则无法驱动气门完成进排气动作,与此同时,喷油系统停止了对相应气缸的燃油供给,点火系统也会停止工作。

全文总结:

    相信看到这里,您一定已经明白了“节油不是光靠换个发动机”的道理,正所谓众人拾柴火焰高,我们看到的节油效果都是各部分通力协作的结果。还是那句老话,再多的先进技术也比不上正确的驾驶方法,经常地板油、眼睛里面不能有比自己还快的车,这样的驾驶方法相信再多技术的也达不到节油效果。

关键字:钱包  默默  节油  服务

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2012/0924/article_6040.html
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