目前,將全氣門控制系統(tǒng)使用在量產(chǎn)車上的廠商主要有三家,,分別是寶馬,,英菲尼迪和菲亞特。它們分別以不同的方式實(shí)現(xiàn)了氣門正時(shí)和升程的無級可變,,從而達(dá)到了利用控制氣門開度來控制進(jìn)氣量的目的,。從目前看,那么這三種氣門技術(shù)又有何相似和不同呢,?
在這里,,我們所討論的三種氣門升程技術(shù),包括寶馬的Valvetronic,,英菲尼迪的VVEL和菲亞特的Multiair,,他們的共同點(diǎn)就是使用氣門升程的變化來控制進(jìn)氣量。而氣門升程分段可調(diào)的本田vtec,,奧迪AVS技術(shù)等不包括在內(nèi),。
這三項(xiàng)技術(shù)的最大優(yōu)勢就是利用氣門升程控制進(jìn)氣,,節(jié)氣門的作用被弱化或者是取消,,大大降低了泵氣損失,使得發(fā)動機(jī)進(jìn)氣遲滯的現(xiàn)象大大減輕,,直接提升了發(fā)動機(jī)響應(yīng)速度,。而且由于進(jìn)氣不在存在遲滯,因此發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火和配氣的配合也更精確,使得發(fā)動機(jī)效率得到提升,,減低油耗和排放,。
從最終目的上看,這三者的效果是基本相同的,,不過他們的具體工作原理和結(jié)構(gòu)都不小差距,。首先,我們簡單看一下這三種技術(shù)的結(jié)構(gòu)和原理,。
首先是名氣最大的寶馬Valvetronic,,它利用一根附加的偏心軸,步進(jìn)馬達(dá)和一些中置搖臂,,來控制氣門的開啟和關(guān)閉,。系統(tǒng)借由步進(jìn)電機(jī)偏心凸輪的偏移量,再一系列機(jī)械傳動后間接地改變進(jìn)氣門的升程大小,。
從圖上看,,寶馬的Valvetronic的主要部件包括偏心軸驅(qū)動電機(jī)、偏心軸驅(qū)動齒輪,、偏心軸,、凸輪軸、中間杠桿和滾子軸承,。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí),,電機(jī)驅(qū)動偏心軸齒輪改變相位,從而帶動中間杠桿的角度,,此時(shí)凸輪軸驅(qū)動中間杠桿,,完成氣門的開啟和關(guān)閉。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí),,凸輪軸,,中間杠桿和滾子軸承是通過一系列聯(lián)動的來驅(qū)動氣門的,所以在系統(tǒng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),,這一系列搖臂和連桿就會產(chǎn)生較大的慣性 ,,因此想要獲得高轉(zhuǎn)速也越困難,因此Valvetronic技術(shù)并不適合用于超高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī),,這也就是寶馬M的V8,,V10發(fā)動機(jī)不使用Valvetronic的原因。
優(yōu)勢:與缸內(nèi)直噴,,渦輪增壓技術(shù)的搭配默契,,性能出色,現(xiàn)已經(jīng)全線裝備在寶馬旗下車型上,,是目前使用范圍最廣的全氣門控制系統(tǒng),。
不足:由于機(jī)構(gòu)中彈性受到極限轉(zhuǎn)速的限制,無法使用在高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)上。
英菲尼迪的VVEL實(shí)現(xiàn)的原理和寶馬有些類似,,但是結(jié)構(gòu)卻并不相同,。VVEL系統(tǒng)使用一套連桿和螺桿的組合實(shí)現(xiàn)了氣門升程的連續(xù)可調(diào)。在系統(tǒng)工作時(shí),,直流電機(jī)通過ECU信號控制螺桿和螺套的相對位置,,螺套則帶動一系列連桿和搖臂間接改變氣門升程的大小。
搖臂通過偏心輪套在控制軸上,,而控制軸可以在直流馬達(dá)帶動下,,旋轉(zhuǎn)一定角度。當(dāng)發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速或者大負(fù)荷時(shí),,如圖所示:直流馬達(dá)帶動螺桿轉(zhuǎn)動,,套在螺桿上的螺套向馬達(dá)這邊橫向移動,與螺套聯(lián)動的機(jī)構(gòu)使得控制軸逆時(shí)針或順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一定角度,。由于搖臂套在控制軸的偏心輪上,,因此搖臂的旋轉(zhuǎn)中心也會隨之上升或下降,從而達(dá)到改變氣門升程的目的,。雖然整個(gè)機(jī)構(gòu)看起來比較復(fù)雜,,摩擦副也相對較多,但由于系統(tǒng)中的搖臂,,控制軸和螺套等都是屬于剛性連接,,沒有Valvetronic上的彈簧類的回位機(jī)構(gòu),使得VVEL更適合于高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)而無需考慮慣性的問題,。英菲尼迪G37上的VQ37VHR發(fā)動機(jī)在增加了VVEL系統(tǒng)之后,,最高轉(zhuǎn)速反而由原來的7000rpm提高到了7500rpm,不像Valvetronic發(fā)動機(jī)那樣受到高轉(zhuǎn)速的限制,。
不過和取消了節(jié)氣門的Valvetronic和multiair不同,,日產(chǎn)的VVEL發(fā)動機(jī)依然保留著節(jié)氣門,不過在VVEL發(fā)動機(jī)中,,節(jié)氣門在大部分工況下都會保持全開,,因此也并不會對進(jìn)氣造成阻礙,動力同樣可以保證足夠高的響應(yīng)性,。日產(chǎn)工程師保留節(jié)氣門的意圖是要通過節(jié)氣門的截流作用對進(jìn)氣正時(shí)變化做更精確的控制,,使動力輸出更加順暢。
優(yōu)點(diǎn):不會受到高轉(zhuǎn)速的限制
缺點(diǎn):機(jī)構(gòu)復(fù)雜,,對極限性能提升的幫助較小
前面說到的Valvetronic和VVEL的結(jié)構(gòu)相對來說都比較復(fù)雜,,增加的機(jī)構(gòu)也會大大增加系統(tǒng)工作的阻力和磨損,節(jié)能和效率都會受到影響,,而且更復(fù)雜的配氣機(jī)構(gòu)也會使制造的成本過高,,這兩項(xiàng)技術(shù)因此目前還只在應(yīng)用在高端豪華車上,。而菲亞特的multiair工作原理則要直接的多,。它的結(jié)構(gòu)非常簡單:整個(gè)系統(tǒng)只使用一根凸輪軸,,進(jìn)氣門由一個(gè)活塞,液壓腔和電磁閥氣門上方設(shè)計(jì)有一個(gè)液壓腔,,液壓腔一端與電磁閥相連,,電磁閥則通過ECU信號,根據(jù)工況的不同適時(shí)調(diào)節(jié)流向液壓腔內(nèi)的油量,。由凸輪軸驅(qū)動的活塞通過推動液壓腔內(nèi)的油液,,控制氣門的開啟。系統(tǒng)只需要控制液壓腔內(nèi)的油量的多少即可以完成對氣門升程的無級可調(diào),。
簡單的結(jié)構(gòu)不僅可以減小整個(gè)配齊機(jī)構(gòu)的慣性,,而且在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),能量的損失也更小,,而且電磁加液壓的配合方式還讓Multiair系統(tǒng)擁有極快的響應(yīng)速度,,因此可以使用在一個(gè)沖程內(nèi)多次開啟氣門的Multilift模式,使得怠速和低負(fù)荷工況下?lián)碛懈叩娜紵?。而multiair最大的優(yōu)勢在于成本,,由于配氣機(jī)構(gòu)簡單,整套Multiair系統(tǒng)也不需要太高的成本,,因此它更適合低端的經(jīng)濟(jì)性轎車,,目前搭載了Multiair系統(tǒng)的菲亞特500,朋多都是價(jià)格便宜的經(jīng)濟(jì)型小車,。
優(yōu)勢:結(jié)構(gòu)簡單,,成本低廉,響應(yīng)快
不足:液壓系統(tǒng)的質(zhì)量穩(wěn)定性不高
總結(jié):
隨著時(shí)代的推移,,氣門控制技術(shù)的發(fā)展也是一步一個(gè)腳印,,從最早的本田vtec技術(shù)實(shí)現(xiàn)了氣門升程的分段可調(diào),再到寶馬Valvetronic取消了節(jié)氣門,,而再到最新的Multiair實(shí)現(xiàn)了電磁液壓氣門技術(shù),。所謂青出于藍(lán)而勝于藍(lán),multiair等電磁氣門技術(shù)使用更簡單的原理實(shí)現(xiàn)了更為出色的性能,,可以說代表了未來的趨勢,。目前還在籌備量產(chǎn)的電磁氣門技術(shù)EMVT同樣擁有廣闊的前景。隨著中國汽車市場重要性的不斷提升,,廠商新技術(shù)的引進(jìn)也會越來越快,,我們希望這些革命性的技術(shù)能夠盡快造福我們國內(nèi)的消費(fèi)者。