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呼吸之道:淺析可變氣門正時/升程技術
馮景毅
原創 · 0瀏覽·2012-02-01 07:30
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——菲亞特Multiair電控液壓進氣系統

前面說到的ValvetronicVVEL的結構相對來說比較復雜,而且復雜的配氣機構也會在一定程度上增加制造成本。然而菲亞特的Multiair電控液壓進氣系統卻采用了一種相對獨特的手段實現了氣門升程的無級調節,在技術上可謂另辟蹊徑。

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Multiair最大的特點就是開創性的使用了電控液壓控制系統來驅動氣門的正時和升程,雖然發動機為每缸4氣門的結構,但是卻取消了進氣門一側凸輪軸,排氣門側的凸輪軸通過液壓機構來驅動進氣門。

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Multiair系統的工作原理要直接得多,而且結構相對簡單。進氣門上方設計有活塞和液壓腔,液壓腔一端與電磁閥相連,電磁閥則通過ECU信號,根據工況的不同適時調節流向液壓腔內的油量。由凸輪軸驅動的活塞通過推動液壓腔內的油液,控制氣門的開啟。系統只需要控制液壓腔內的油量的多少即可以完成對氣門升程的無級可調。

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簡單的結構不僅可以減小整個配氣機構的慣性,而且在高速運轉時,能量的損失也更小,而且電控加液壓的配合方式還讓Multiair系統擁有極快的響應速度,因此可以實現在一個沖程內多次開啟氣門的模式,使得在怠速和低負荷工況下擁有更高的燃燒效率。然而Multiair最大的優勢在于成本,由于配氣機構相對簡單,整套Multiair系統也不需要太高的成本,因此這項技術可以更好的向中低端車型覆蓋。

點評:這項技術的設計可謂大膽和創意十足,取消了傳統的凸輪軸機械傳動方式,通過液壓系統來完成對氣門升程的調節,但是這也對電控液壓機構的可靠性提出了更高的要求。

——Cam-in-Cam凸輪軸

這套機構是零部件制造商馬勒公司提出的一項新的凸輪軸方案。這與以上介紹的幾種系統都有所不同,這項技術簡單的說就是將一個凸輪軸上再套上另外一個凸輪軸,而且二者之間可以旋轉40度,這樣就在一根凸輪軸上實現了進、排氣門不同的開閉時間。

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在每缸4氣門的發動機上,通過這一根凸輪軸即可實現對進、排氣門正時的控制,這就大大降低了空間結構的限制。這套凸輪軸裝置使同一氣缸的兩個進氣門之間的相位角不同,在吸氣沖程中,一個氣缸內的兩個進氣門由于有相位角,從而實現了進氣門的早開或者遲閉,排氣門也同樣如此。

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在高轉速區域,讓兩根凸輪軸之間產生較大的相位差來實現較大的氣門重疊角,從而降低氣體交換過程中的損失。在低轉速區域,縮小兩根凸輪軸之間的相位差,也就縮小了排氣門的開啟時間,對于渦輪增壓發動機來說,這也降低了鄰近氣缸在廢氣排放時的互相妨礙。

點評:這項設計的巧妙之處在于將進、排氣門正時的控制和調節集成在了一根凸輪軸上,用相對簡單的結構和原理實現了同樣的功能,但是目前這項技術還只是對氣門正時進行調節。

全文總結:

如何提高進、排氣效率是對傳統內燃機效率提升的一個重要方向和手段。隨著時間的推移,氣門控制技術也在一步一個腳印的向前發展。從最早的本田vtec技術實現了氣門升程的分段可調,到BMW的Valvetronic氣門升程無級可調,再到菲亞特的Multiair電控液壓氣門技術。技術人員始終在利用更簡單的原理來實現更為出色的性能。雖然可變氣門正時技術已經得到大規模普及,但是可變氣門升程技術由于成本等諸多原因,還無法得到大規模應用。但是搭配了可變氣門正時和升程技術,無疑可以將發動機的動力、經濟性、排放以及平順性提升到一個新的高度。(文/圖 汽車之家 馮景毅 李毅)

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