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配气机构的革命 三种可变气门升程技术

发布时间:2012年05月29日 04:08 | 进入汽车论坛 | 来源:车168 | 手机看视频


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目前,将全气门控制系统使用在量产车上的厂商主要有三家,分别是宝马,英菲尼迪和菲亚特。它们分别以不同的方式实现了气门正时和升程的无级可变,从而达到了利用控制气门开度来控制进气量的目的。从目前看,那么这三种气门技术又有何相似和不同呢?

在这里,我们所讨论的三种气门升程技术,包括宝马的Valvetronic,英菲尼迪的VVEL和菲亚特的Multiair,他们的共同点就是使用气门升程的变化来控制进气量。而气门升程分段可调的本田vtec,奥迪AVS技术等不包括在内。

配气机构的革命 三种可变气门升程技术

这三项技术的最大优势就是利用气门升程控制进气,节气门的作用被弱化或者是取消,大大降低了泵气损失,使得发动机进气迟滞的现象大大减轻,直接提升了发动机响应速度。而且由于进气不在存在迟滞,因此发动机的点火和配气的配合也更精确,使得发动机效率得到提升,减低油耗和排放。

从最终目的上看,这三者的效果是基本相同的,不过他们的具体工作原理和结构都不小差距。首先,我们简单看一下这三种技术的结构和原理。

配气机构的革命 三种可变气门升程技术

首先是名气最大的宝马Valvetronic,它利用一根附加的偏心轴,步进马达和一些中置摇臂,来控制气门的开启和关闭。系统借由步进电机偏心凸轮的偏移量,再一系列机械传动后间接地改变进气门的升程大小。

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从图上看,宝马的Valvetronic的主要部件包括偏心轴驱动电机、偏心轴驱动齿轮、偏心轴、凸轮轴、中间杠杆和滚子轴承。当系统工作时,电机驱动偏心轴齿轮改变相位,从而带动中间杠杆的角度,此时凸轮轴驱动中间杠杆,完成气门的开启和关闭。当系统工作时,凸轮轴,中间杠杆和滚子轴承是通过一系列联动的来驱动气门的,所以在系统高速运转时,这一系列摇臂和连杆就会产生较大的惯性 ,因此想要获得高转速也越困难,因此Valvetronic技术并不适合用于超高转速发动机,这也就是宝马M的V8,V10发动机不使用Valvetronic的原因。

优势:与缸内直喷,涡轮增压技术的搭配默契,性能出色,现已经全线装备在宝马旗下车型上,是目前使用范围最广的全气门控制系统。

不足:由于机构中弹性受到极限转速的限制,无法使用在高转速发动机上。

配气机构的革命 三种可变气门升程技术

英菲尼迪的VVEL实现的原理和宝马有些类似,但是结构却并不相同。VVEL系统使用一套连杆和螺杆的组合实现了气门升程的连续可调。在系统工作时,直流电机通过ECU信号控制螺杆和螺套的相对位置,螺套则带动一系列连杆和摇臂间接改变气门升程的大小。

配气机构的革命 三种可变气门升程技术

摇臂通过偏心轮套在控制轴上,而控制轴可以在直流马达带动下,旋转一定角度。当发动机在高转速或者大负荷时,如图所示:直流马达带动螺杆转动,套在螺杆上的螺套向马达这边横向移动,与螺套联动的机构使得控制轴逆时针或顺时针旋转一定角度。由于摇臂套在控制轴的偏心轮上,因此摇臂的旋转中心也会随之上升或下降,从而达到改变气门升程的目的。虽然整个机构看起来比较复杂,摩擦副也相对较多,但由于系统中的摇臂,控制轴和螺套等都是属于刚性连接,没有Valvetronic上的弹簧类的回位机构,使得VVEL更适合于高转速发动机而无需考虑惯性的问题。英菲尼迪G37上的VQ37VHR发动机在增加了VVEL系统之后,最高转速反而由原来的7000rpm提高到了7500rpm,不像Valvetronic发动机那样受到高转速的限制。

不过和取消了节气门的Valvetronic和multiair不同,日产的VVEL发动机依然保留着节气门,不过在VVEL发动机中,节气门在大部分工况下都会保持全开,因此也并不会对进气造成阻碍,动力同样可以保证足够高的响应性。日产工程师保留节气门的意图是要通过节气门的截流作用对进气正时变化做更精确的控制,使动力输出更加顺畅。

优点:不会受到高转速的限制

缺点:机构复杂,对极限性能提升的帮助较小

配气机构的革命 三种可变气门升程技术

前面说到的Valvetronic和VVEL的结构相对来说都比较复杂,增加的机构也会大大增加系统工作的阻力和磨损,节能和效率都会受到影响,而且更复杂的配气机构也会使制造的成本过高,这两项技术因此目前还只在应用在高端豪华车上。而菲亚特的multiair工作原理则要直接的多。它的结构非常简单:整个系统只使用一根凸轮轴,进气门由一个活塞,液压腔和电磁阀气门上方设计有一个液压腔,液压腔一端与电磁阀相连,电磁阀则通过ECU信号,根据工况的不同适时调节流向液压腔内的油量。由凸轮轴驱动的活塞通过推动液压腔内的油液,控制气门的开启。系统只需要控制液压腔内的油量的多少即可以完成对气门升程的无级可调。

配气机构的革命 三种可变气门升程技术

简单的结构不仅可以减小整个配齐机构的惯性,而且在高速运转时,能量的损失也更小,而且电磁加液压的配合方式还让Multiair系统拥有极快的响应速度,因此可以使用在一个冲程内多次开启气门的Multilift模式,使得怠速和低负荷工况下拥有更高的燃烧效率。而multiair最大的优势在于成本,由于配气机构简单,整套Multiair系统也不需要太高的成本,因此它更适合低端的经济性轿车,目前搭载了Multiair系统的菲亚特500,朋多都是价格便宜的经济型小车。

优势:结构简单,成本低廉,响应快

不足:液压系统的质量稳定性不高

总结:

随着时代的推移,气门控制技术的发展也是一步一个脚印,从最早的本田vtec技术实现了气门升程的分段可调,再到宝马Valvetronic取消了节气门,而再到最新的Multiair实现了电磁液压气门技术。所谓青出于蓝而胜于蓝,multiair等电磁气门技术使用更简单的原理实现了更为出色的性能,可以说代表了未来的趋势。目前还在筹备量产的电磁气门技术EMVT同样拥有广阔的前景。随着中国汽车市场重要性的不断提升,厂商新技术的引进也会越来越快,我们希望这些革命性的技术能够尽快造福我们国内的消费者。

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