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发动机MDS技术浅析 - 技术解析

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[动力系统] 发动机MDS技术浅析 [复制链接]

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发表于 2012-10-11 14:03:02 |显示全部楼层
可变排量技术对于大排量发动机的经济性提升是一个很好的解决方案,通过关闭相应的汽缸来达到降低能耗的目的。当前应用可变排量技术的主流厂家主要有奔驰、通用、克莱斯勒、本田等厂商,这些厂商实现“可变排量”的技术略有差异,我们将在今后陆续介绍他们各自的技术特点。今天,我们就先一起来了解一下克莱斯勒的“可变排量技术”---MDS多级可变排量控制系统

在介绍MDS之前,首先要纠正一个大家的误区,由于我们常常看到“HEMI”与“MDS”常常一道出现,所以不少人以为HEMI发动机就是带有MDS技术的发动机,甚至将它们混为一谈。但实际上,HEMI和MDS完全是两回事。克莱斯勒的Hemi是源于“hemispherical”一词的缩写,是由于发动机采用了半球形燃烧室而得名,Hemi发动机自上个世纪五十年代起就已经诞生,至今已繁衍了半个多世纪。其特点是发动机气缸的进排气门采用倾斜角度布置,以更好的利用气流提升气缸的进排气效率,气缸燃烧室因此而呈半球形,这种气缸结构设计一直沿用至今。这些,都和MDS技术完全没有关系。直到2005年,MDS技术应用在Hemi发动机上并正式搭载量产车型,Hemi发动机从此在名称里面才多了一个MDS。


Hemi发动机的命名源于其半球形燃烧室的设计,注意其只采用了单根凸轮轴
    Hemi发动机还有一些共同的特征,那就是他们都是每缸两气门、单凸轮轴的设计,所有的气门由特别设计的推杆和气门摇臂驱动,凸轮轴上则集成了所有气缸的进排气门所需要的凸轮。一直到今天,我们在5.7L和6.1L Hemi V8发动机上还能看到这种传统的OHV(顶置气门)结构,这周结构的凸轮轴依然设计在气缸一侧,8个气缸共用的一根凸轮轴则位于V型气缸的正中央,这种结构的优势在于充分利用了空间,而且推杆和摇臂轴等机械结构运转的噪音和振动也通过当代的汽车工业技术得到了很好的抑制。不足在于,这套机构本身消耗的动力较大,在传递效率上无法和当代的SOHC(单顶置凸轮轴)甚至DOHC(双顶置凸轮轴)相比,不过对于大排量的Hemi来说,这点损耗也许不算什么。


从剖面图中可以看到V8发动机当中的单根凸轮轴和气门的推杆及摇臂

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发表于 2012-10-11 14:07:12 |显示全部楼层
MDS-大排量发动机的节食时代
    明白了Hemi发动机的来龙去脉,我们就更容易理解MDS技术的特点。我们都知道,大排量发动机天生下来就是与所谓的“经济性”背道而驰的,便宜的石油、宽阔的道路加上城市与乡村的格局让老美们一直热衷于各种“全尺寸”车型和大排量发动机并乐此不疲。
    不过,随着在经济性上优势明显的日韩车型对本土汽车厂商带来的冲击渐渐明显,加上人们对“能源危机”的日益关注,阔绰的美国人也开始琢麽着如何能把大排量发动机的胃口控制起来。人们发现控制大排量发动机在低负荷工况下的燃油消耗是最没有意义的,于是大家便开始着手研究控制发动机在低负荷工况下油耗的方法,以求找到性能和经济性的平衡点,各种可变排量技术也就应运而生。
    而说到这个就不得不说说克莱斯勒的老亲家--戴姆勒集团,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。

Hemi发动机的凸轮轴与气门挺柱机构
    所谓的MDS,实质上与其它的可变排量技术一样,都是依靠关闭相应的汽缸来达到节省能耗的目的。由于Hemi发动机采用的是OHV的结构,凸轮轴山布满了凸轮,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发动机的气门是由凸轮轴-挺柱-推杆-气门摇臂这些机构的串联动作来驱动的,任何一个环节如果能够中断便能够实现关闭气门的设想,但是由于发动机的工况需求,要求气门的开启和关闭控制都足够迅速,这样才能够保证平顺性和较快的响应速度,保证V8发动机原本应有的乐趣。

对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是挺柱不推动气门推杆
    最后工程师们决定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”。

    在MDS技术的支持下,这台5.7L Hemi发动机通过ECU对发动机负荷、工况的判断,能够以4缸或8缸运转,发动机对称关闭4个气缸,剩下的4个气缸则组成了一台“V4”发动机,使发动机依然能够保持较好的平顺性。

关闭4个气缸后,这台V8发动机就变成了一台“V4”发动机
    搭载MDS系统的Hemi发动机最早于2005年服役,当时搭载在克莱斯勒的300C,Jeep的大切诺基和道奇Charger等车型上,而其品牌下的皮卡和大排量轿车也陆续装备该发动机。不过,克莱斯勒各品牌下的SRT-8高性能车型所使用的6.1L Hemi V8发动机并没有使用MDS技术。

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
    2009年,克莱斯勒的Hemi发动机再出新品,全新的5.7Hemi发动机在原有的基础上增加了VCT技术,即可变正时技术,功率和扭矩有所增加,并进一步提升了燃油经济性。该发动机同时还搭载在克莱斯勒旗下的混合动力车型上。在升级之后,这款发动机获得了2009年度的沃德十佳发动机的称号。

在第四代大切诺基身上,搭载了2009款的5.7 Hemi发动机,具备MDS和VCT可变正时技术
    国内的消费者和这款具备MDS技术的5.7 Hemi发动机还是非常“有缘”的,从当年的克莱斯勒300C到第三代大切诺基,再到即将上市的四代大切诺基分别应用了老款和新款的5.7L Hemi发动机,如果要论保有量的话(虽然总数本身很少),这台5.7L Hemi发动机应当可以算得上是“国内保有量最高”的可变排量发动机了。

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