凯迪拉克优化发动机燃烧 降低油耗49%

博世、AVL和密歇根大学正在合作开展“新型燃烧概念-实现系统和方案ACCESS”研究项目，该项目计划为期四年、耗资两千四百万美元，由美国能源部支持，针对汽油引擎乘用车，旨在不影响性能和排放水平的前提下，降低30%的油耗。

2013年的SAE大会上，来自博世和AVL公司的工程师发布了关于ACCESS项目进展的论文，描述了针对直喷涡轮增压GTDI和均值冲量压缩点火HCCI的四缸汽油机在设计、燃烧过程、控制系统方面的进展情况。文中提到，尽管可再生能源和与之相适应的灵活先进的动力传动系统发展很快，但内燃机仍有很大的发展机会，不只是现在，还包括将来。今后的内燃机和动力传动系统应具有满足全球市场对于排放和油耗的要求，兼容生物燃料和与其他动力系统相配合的能力。

ACCESS项目主要关注：

-融合多种燃烧模式，提升所有工况的性能，同时降低油耗和排放。

-研发可靠、灵活的控制算法，基于通用的模块化的硬件平台，在燃烧模式转换的关键时刻协调不同的执行机构。

-开发特定的动力传动系统，涵盖进排气和燃油通道、燃烧系统、尾气后处理、整车平台，实现优秀的燃烧和控制策略。

-实现预计的工作任务，通过发动机台架试验和试车试验验证该系统的节油性能。

发动机改进设计

项目组用改进的2.0升直列四缸Ecotec发动机替换凯迪拉克CTS上的那台3.6升V6发动机。项目组使用增压直喷GTDI实现小型化，配合使用小负荷下的均值压燃HCCI实现更好的经济性。为了实现HCCI，工程师改动了发动机的结构设计，优化了控制系统。

发动机的改动设计包括直喷和进气道喷射两种供油模式、德尔福两级凸轮转换机构、电装公司电动VCT可变气门正时、伊顿R410机械增压、高压回路冷却EGR和11：1高压缩比。

项目组重新设计了气缸盖形状，一是为了容纳可变凸轮和可变正时，实现压燃和点燃的快速转换，二是为了容纳布置在缸盖中部的直喷喷油嘴。

改进进气歧管，以适应高压EGR和进气道喷射。

两级增压（涡轮增压和机械增压）目的是扩大HCCI工况载荷范围、改善全负荷性能。改进活塞的目的是实现计划的压缩比、配合直喷油束的喷射方向。

燃烧过程的研究

项目组通过比较点燃SI、压燃HCCI、点燃辅助的压燃SACI在自然吸气、增压、稀混合气、理论空燃比等多种工况下的表现，来研究相应的点火控制逻辑，以配合ACCESS小型增压发动机与能实现大角度负叠开角的可变气门机构。

为了研究负荷范围扩大时HCCI/SACI的性能并和SI发动机进行对比，项目组进行了1500rpm等速变负荷试验（气缸平均有效压力从2.0到6.0巴）。

HCCI模式的研究采用稀混合气的自然吸气和机械增压，提高工作负荷范围。SACI的试验采用稀混合气和理论空燃比两种工况，配合外部冷却EGR（缓解大负荷噪声）。

结果发现，稀混合气自然吸气HCCI尽管工况范围有限，但燃烧稳定性好，燃油消耗率相比SI发动机有较大优势。尽管使用增压能加大HCCI在大负荷下的稀燃能力，扩大HCCI负荷范围，但增加的机构降低了总热效率。相比之下，通过理论空燃比混合气加点燃辅助SACI不但可以延伸压燃工作范围，还可以在中高负荷下有效降低燃油消耗率。

车辆仿真

项目组使用AVL CRUISE仿真软件，通过发动机脉谱图，进行直线行驶的仿真。通过和原装3.6升自然吸气进气道喷射V6发动机的比较发现，使用2.0升直列四缸增压直喷加HCCI就能直接降低42.4%的城市-公路循环油耗。

如果加入热管理系统和自动起停，节油效果更达到48.9%。

性能方面，原装3.6升V6百公里加速用时5.5秒，换装发动机后用时6.2秒。

现在原装发动机已按照试验结果完成改造，现在正在AVL、博世和密歇根大学进行试验。