一文看懂奧迪可變氣缸工作原理

2021-01-09 慧聰網

  奧迪4.0L大排量的汽油發動機,大多數情況下都工作在較低負荷區,因此節流損失就很大,因為節氣門的開度較小,這就導致發動機效率很低且單位燃油消耗很是不理想。

  在高負荷時,一臺無節流損失的4缸發動機的單位燃油消耗比一臺有節流損失的8缸發動機要低。這就是要採用氣缸關閉(也叫按需停缸)的根本原因。

  因此,氣缸關閉的基本要求是,被關閉氣缸的氣體交換閥必須保持關閉狀態,否則過多的空氣就會進入排氣裝置內,發動機快速冷卻下來。

  關閉4個氣缸,那麼由於減少了點火頻率,8缸發動機的運行平穩性則下降。此外,氣缸的關閉和接通,應儘可能讓人感覺舒適(避免出現負荷波動)。奧迪氣門關閉結構如下圖所示。

  1.工作原理

  氣缸關閉是使用奧迪公司開發的可變氣門升程系統(AVS)來實現的。根據點火順序,總是將2缸、3缸、5缸和8缸關閉。在氣缸關閉時,換氣閥保持關閉狀態。同時儀表會顯示關閉氣缸提示,如下圖所示。

  在此期間,噴射系統和點火系統也一直是關閉著的。在氣缸關閉期間,點火和燃燒後,排氣閥是關閉的,廢氣就被「包圍在裡面」。

  被關閉的氣缸起著空氣彈簧作用,已被關閉的氣缸內的溫度保持在一個較高水平。

  發動機可能出現振動,但是這個振動會被新開發的「主動式發動機懸置」基本吸收了。為了能在激活氣缸關閉功能時不讓乘員感覺到有不適的噪聲,因此採用了新開發的主動噪聲控制(ANC)系統。

  4缸模式的使用條件:發動機轉速不能處於怠速水平(運行平穩的要求);發動機轉速在960~3500r/min之間;機油溫度不低於50℃;冷卻液溫度不低於30℃;變速器最低在3擋位置;對於自動變速器來說,在「S模式」也可以使用4缸模式;在奧迪駕駛模式選擇系統的「dynamic」狀態時也可以使用4缸模式。

  駕駛風格的識別:氣缸關閉系統有自己的控制邏輯,該邏輯會監控油門位置、制動踏板位置和駕駛員的轉向動作。如果從這些數據中判斷出是一個不規則模式,那麼在某些情形時就會阻止出現氣缸關閉,因為只關閉幾秒鐘的話,燃油消耗是會增加而不是降低的。

  功能:藉助於可變氣門升程系統(比如2.8L-V6-FSI-發動機上就使用了該系統),就可以實現氣缸關閉。但是2.8L-V6-FSI-發動機上的可變氣門升程系統只是用於完全展開或者關閉氣門升程,而4.0L-V8-TFSI發動機上的變氣門升程系統不是用來調節氣門升程的。

  如果已經激活了氣缸關閉功能,那麼2缸、3缸、5缸和8缸就會被關閉,但其他氣缸是無法關閉的。只要激活了氣缸關閉功能,就會有4個氣缸被關閉,絕不會只關閉1個或2個或3個氣缸。

  8缸模式:在這種工作模式時,氣缸關閉功能是不工作的(沒有激活的)。可變氣門升程系統的可移動凸輪塊就位於氣門工作著的位置上,如下圖所示。

  

8缸模式時的點火順序是1-5-4-8-6-3-7-2。

  4缸模式:通過相應的凸輪調節元件的切換,其金屬銷就進入可移動凸輪塊的槽內。於是凸輪塊就被移動,這就使得滾子搖臂在一個「平凸輪」上運動。

  這個所謂的平凸輪是沒有凸起部位的,那麼相應的氣門也就不會有升起和下降的那種往復運動。於是被關閉的氣缸上的所有氣門都靜止不動。

  4缸模式時的點火順序是1-4-6-7,如下圖所示。

  2. 奧迪主動式發動機懸置

  奧迪4.0L發動機除了氣缸關閉功能外,還開發了一個重要部件:主動式發動機懸置。該系統與4缸模式時的主動噪聲控制(ANC)系統一樣,也是用於提高行駛舒適性的,具體就是在一個較寬的頻率範圍內都能消除振動,其安裝位置和結構如下圖所示。

  

▲ 主動式發動機懸置安裝位置

  

▲ 主動式發動機懸置的結構

  總成懸置的作用:將總成固定在車上;支承驅動力矩;隔離發動機振動;減小發動機振動。

  工作原理:在接通了點火開關後,該系統就處於可用狀態。發動機啟動後,該系統就被激活。即使發動機在以8缸模式工作,也會向揚聲器發送信號。這是必須的,這樣做是為了在切換到4缸工作模式時,讓乘員感覺不出有什麼過渡過程。

  因此,該系統在工作時就得反應非常快,尤其是在某些特殊情況下更是要求反應要快,比如啟停系統關閉了發動機時,或者音響系統內輸出的噪聲突然降低時。

  主動噪聲控制(ANC)系統一直都處於激活狀態,無論此時音響系統是處於接通狀態、關閉狀態、聲大、聲小還是沒聲。

  如果發動機工作在4缸模式,那麼由於點火脈衝減半,所以會使得車身振動更加劇烈。這個劇烈振動是通過產生反振動來抵消的。反向振動就是由主動式液壓發動機懸置來產生的,其頻率範圍為20~250Hz。

  功能:從發動機傳來的振動由總成懸置傳感器(G748和G749)來測量,這兩個傳感器安裝在車身處的發動機懸置旁。傳感器將測量值做一下換算,換算值就作為模擬電壓信號(0.2~0.8V)發送給總成懸置控制單元(J931),這些電壓值會被加入特性曲線中來考慮。另外還有一個重要的輸入量就是曲軸轉速,發動機控制單元是通過一根單獨的導線獲知曲軸轉速的。

  曲軸的轉速信號是直接傳給發動機控制單元的。J931將計算出的控制信號(PWM信號)發送給總成懸置執行元件(N513和N514),這樣的話,就可以根據需要由主動式發動機懸置產生一個反振動。

  如果這兩種振動在合適的時間點彼此相遇的話,那麼就消除了幹擾振動。發動機懸置內的反振動是這樣產生的:膜片環在上下做一定的運動,這個運動會被傳遞到液體腔內的液體(乙二醇)上;所產生的振動從這裡被傳遞到發動機懸置。

  膜片環與電磁線圈是剛性相連的。電磁線圈由總成懸置控制單元(J931)用正弦信號來操控。如果信號的頻率或者振幅發生變化了,那麼線圈上、下運動的快慢也會發生變化,這樣就能在發動機懸置內產生我們所期望的振動了。控制單元內對控制信號的計算是實時的。系統診斷:該系統具備完全自診斷功能。診斷儀通過地址碼47——音響系統來調用控制單元。來源:汽車維修技術與知識

責任編輯:龐小涵

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