凱迪拉克優化發動機燃燒 降低油耗49%

博世、AVL和密歇根大學正在合作開展“新型燃燒概念-實現系統和方案ACCESS”研究項目，該項目計劃為期四年、耗資兩千四百萬美元，由美國能源部支持，針對汽油引擎乘用車，旨在不影響性能和排放水平的前提下，降低30%的油耗。

2013年的SAE大會上，來自博世和AVL公司的工程師發布了關于ACCESS項目進展的論文，描述了針對直噴渦輪增壓GTDI和均值沖量壓縮點火HCCI的四缸汽油機在設計、燃燒過程、控制系統方面的進展情況。文中提到，盡管可再生能源和與之相適應的靈活先進的動力傳動系統發展很快，但內燃機仍有很大的發展機會，不只是現在，還包括將來。今后的內燃機和動力傳動系統應具有滿足全球市場對于排放和油耗的要求，兼容生物燃料和與其他動力系統相配合的能力。

ACCESS項目主要關注：

-融合多種燃燒模式，提升所有工況的性能，同時降低油耗和排放。

-研發可靠、靈活的控制算法，基于通用的模塊化的硬件平臺，在燃燒模式轉換的關鍵時刻協調不同的執行機構。

-開發特定的動力傳動系統，涵蓋進排氣和燃油通道、燃燒系統、尾氣后處理、整車平臺，實現優秀的燃燒和控制策略。

-實現預計的工作任務，通過發動機臺架試驗和試車試驗驗證該系統的節油性能。

發動機改進設計

項目組用改進的2.0升直列四缸Ecotec發動機替換凱迪拉克CTS上的那臺3.6升V6發動機。項目組使用增壓直噴GTDI實現小型化，配合使用小負荷下的均值壓燃HCCI實現更好的經濟性。為了實現HCCI，工程師改動了發動機的結構設計，優化了控制系統。

發動機的改動設計包括直噴和進氣道噴射兩種供油模式、德爾福兩級凸輪轉換機構、電裝公司電動VCT可變氣門正時、伊頓R410機械增壓、高壓回路冷卻EGR和11：1高壓縮比。

項目組重新設計了氣缸蓋形狀，一是為了容納可變凸輪和可變正時，實現壓燃和點燃的快速轉換，二是為了容納布置在缸蓋中部的直噴噴油嘴。

改進進氣歧管，以適應高壓EGR和進氣道噴射。

兩級增壓（渦輪增壓和機械增壓）目的是擴大HCCI工況載荷范圍、改善全負荷性能。改進活塞的目的是實現計劃的壓縮比、配合直噴油束的噴射方向。

燃燒過程的研究

項目組通過比較點燃SI、壓燃HCCI、點燃輔助的壓燃SACI在自然吸氣、增壓、稀混合氣、理論空燃比等多種工況下的表現，來研究相應的點火控制邏輯，以配合ACCESS小型增壓發動機與能實現大角度負疊開角的可變氣門機構。

為了研究負荷范圍擴大時HCCI/SACI的性能并和SI發動機進行對比，項目組進行了1500rpm等速變負荷試驗（氣缸平均有效壓力從2.0到6.0巴）。

HCCI模式的研究采用稀混合氣的自然吸氣和機械增壓，提高工作負荷范圍。SACI的試驗采用稀混合氣和理論空燃比兩種工況，配合外部冷卻EGR（緩解大負荷噪聲）。

結果發現，稀混合氣自然吸氣HCCI盡管工況范圍有限，但燃燒穩定性好，燃油消耗率相比SI發動機有較大優勢。盡管使用增壓能加大HCCI在大負荷下的稀燃能力，擴大HCCI負荷范圍，但增加的機構降低了總熱效率。相比之下，通過理論空燃比混合氣加點燃輔助SACI不但可以延伸壓燃工作范圍，還可以在中高負荷下有效降低燃油消耗率。

車輛仿真

項目組使用AVL CRUISE仿真軟件，通過發動機脈譜圖，進行直線行駛的仿真。通過和原裝3.6升自然吸氣進氣道噴射V6發動機的比較發現，使用2.0升直列四缸增壓直噴加HCCI就能直接降低42.4%的城市-公路循環油耗。

如果加入熱管理系統和自動起停，節油效果更達到48.9%。

性能方面，原裝3.6升V6百公里加速用時5.5秒，換裝發動機后用時6.2秒。

現在原裝發動機已按照試驗結果完成改造，現在正在AVL、博世和密歇根大學進行試驗。