種類
可變氣門升程按照其控制效果分類:
兩可調式可變升程
技術代表就是大名鼎鼎的本田VTEC技術和保時捷的Vairocam技術以及比亞迪473QE發動機所採用的VVl技術。
連續可變升程
技術代表是寶馬的“電控氣門”技術。
比亞迪VVL
比亞迪公司順應全球低碳環保的新趨勢、回響國家節能減排的號召,在其新推出的
BYD473QE發動機上使用了VVL系統,並將運用在其F3、L3、G3車型上。採用VVL技術的發動機,氣門行程能隨發動機轉速的改變而改變。在高轉速時,採用長行程來提高進氣效率,讓發動機的呼吸更順暢,在低速時,採用短行程,能產生更大的進氣負壓及更多的渦流,讓空氣和燃油充分混合,因而提高低轉速時的扭力輸出。
使用VVl技術的BYD473QE發動機高效環保、經濟節油,搭載全新此發動機的比亞迪F3、G3、L3 車型已登錄國家工信部229 批汽車產品目錄,並在工信部9月30 日更新的輕型汽車燃油消耗量通告中獲百公里綜合工況油耗為6.2L。
如今比亞迪F3、G3、L3已經進入新一批的節能惠民補貼車型,這也證明了VVL技術對於經濟節油的貢獻。
本田VTEC
本田是倡導在民用車上使用可變配氣技術的先驅。在80年代末,本田推出了它著名的
VTEC系統(Valve Timing Electronic Control),並率先運用在其Civic, CRX 和 NS-X車型上。之後,VTEC成為了本田旗下全系列車型的標準配備。在採用了VTEC技術的發動機上,我們能在一根凸輪軸上看到兩組凸輪,它們會讓氣門產生不同的氣門持續開啟時間和氣門行程。其中一組在低於4500rpm轉速下工作,另一組在高轉速下工作。很明顯,這樣的設計不能實現連續的可變配氣——在4500rpm以下,
VTEC發動機與普通發動機一樣,表現很平常,但一旦突破4500rpm,VTEC發動機的動力就會像野獸一樣爆發出來,產生強大的後段加速度,給人以後勁十足的感覺。
這套系統改善了峰值功率,他能讓發動機的紅線達到8000rpm以上(s2000能達到9000rpm的高轉速),就像賽車發動機採用的凸輪軸一樣,VTEC系統能讓1.6升的發動機增加超過30匹的功率輸出。要想充分發揮這樣的發動機性能,就需要讓發動機在近乎瘋狂的高轉速運轉,並且變速器需要採用較大的齒輪比來獲得更多的扭力(普通的民用發動機多採用0-6000rpm的轉速範圍,而
VTEC發動機在0-4500 rpm的轉速範圍都採用低速凸輪軸驅動氣門)。採用這套系統的發動機匹配的車型,帶來的運動感十足的操控性給人留下深刻印象,由此可見,可變凸輪軸系統最適合匹配在運動車型上。
之後,本田將兩段可調式
VTEC系統改進成三段可調式,因此它擁有更多的調節範圍,扭矩能在更廣的轉速範圍內得到釋放,其性能接近於無級可變凸輪軸系統。雖然可變凸輪軸系統不是無極可調的,但它卻是可變配氣系統系統中一項很先進的設計。要知道,多數的可變配氣系統都是不能改變氣門行程的。
優點:可以改變氣門行程,峰值功率輸出強勁
缺點:只能實現 2 段或 3 段控制,不能實現連續控制,所以扭力輸出不線性;結構複雜
保時捷Variocam Plus
Variocam Plus採用液壓調節配氣相位和氣門行程
保時捷的Variocam Plus是從Variocam 的基礎上發展來的,該系統被套用在Carrera 和Boxster上。Variocam技術在1991年的968車型上被首次套用。它利用正時鏈條改變凸輪軸的相位角,因此它能分三段改變氣門正時。996Carrera和Boxster也採用了該系統。這是保時捷的專利技術,但是其性能要次於用液壓機構驅動的其他車型,特別是不能實現大範圍的其氣門相位角的變化方面。
因此,在新一代911 Turbo上採用的Variocam Plus用液壓機構取代了鏈條機構。保時捷的工程師們改變了過去分兩段可調的可變氣門正時系統,開發出連續可變氣門正時系統。
然而,所謂“Plus”指的是增加了可變氣門行程設計,它是由液壓頂桿來實現的,如圖,每個氣門被三個凸輪控制,很明顯中間的凸輪帶來較小的氣門行程(僅3毫米)和較短的氣門開啟時間,我們叫他低速凸輪。外部的兩個凸輪形狀相同,它帶來的是高速正時和更長的行程(10毫米),凸輪由氣門頂部的液壓機構頂桿來選擇,在氣門頂的內部,布置有液壓頂桿,他們能在液壓的作用下,把氣門和氣門頂鎖在一起,通過這種方法,可以使高速凸輪軸驅動氣門。如果氣門與氣門頂沒有鎖在一起,那么氣門則被中間的低速凸輪直接驅動,氣門頂的運動與氣門無關。
這套可變氣門行程機構結構簡單,占用空間小。可變氣門頂比普通的可變氣門行程機構占用更少的空間。
但是如今Variocam Plus僅在
進氣系統上配備。
優點:VVL 改善了中低轉速時的扭矩輸出,可變行程和氣門開啟時間提高了高轉速時的功率輸出
缺點:結構複雜成本高
寶馬VavleTronic
兩端可調式可變氣門升程技術不具備全工況氣門升程可變的功能。引領世界發動機技術的寶馬公司推出了連續可變氣門升程技術。寶馬公司開發的VavleTronic技術,可以在發動機的大部分工況下,連續改變氣門升程,保證最最佳化的氣門升程匹配。
寶馬的控制機構是由
電機驅動的,電機通過蝸桿傳動齒輪,然後由齒輪上的凸輪帶動搖臂運動來改變搖臂的控制角,在凸輪軸的驅動下由搖臂帶動氣門運動。通過改變搖臂的角度就可以改變氣門的行程了。由於是通過電機控制的,所以可以在一定區域內做無段級調節氣門開度,這樣駕駛起來就會毫無唐突感,舒適性更強,配氣機構在各轉速下的適應性也更強,能最大限度的提高發動機充氣效率。
節能環保
可變配氣技術在大幅度提升發動機性能的同時,在節能和環保方面也有其獨特的優勢。
我們知道,EGR(廢氣再循環)是一套普通的用於降低排放和提高燃燒效率的系統,二可變配氣技術則能發揮EGR更大的潛能。
理論上說,進排氣的混合需要根據發動機轉速的不同與之相配合。當汽車在公路上中速行駛的時候,發動機的負荷很小,長時間的疊加角可能會有益於減小燃料消耗和降低廢氣排放。排氣門延時關閉直到進氣門打開,一部分廢氣同時被引入到氣缸中,與新鮮混合氣混合燃燒。因為廢氣里主要為不可燃燒的成分,引入新鮮混合氣以後,可以降低混合氣的濃度,達到減小燃油消耗和降低廢氣排放的目的。
以上說到的可變配氣技術都是汽油機,柴油機很少採用這種技術。這主要是因為這種技術主要是在發動機高轉速的時候作用明顯,柴油機的轉速一般比較低,這種技術運用在柴油機上意義不大。
套用情況
可變配氣技術帶來的優勢是顯而易見的,這種技術將逐步成為先進發動機的標準配備。隨著這一技術的普及,不配備這種技術的發動機在大多數領域將面臨淘汰。
由於VVL技術零部件成本高,可靠性要求高,發動機缸蓋設計的難度較大,其性價比不如VVT。如今在國內自主品牌的發動機中僅比亞迪使用此項技術。