《電子技術(shù)應(yīng)用》
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VVT-i、VTEC是什么,發(fā)動機的可變氣門正時與升程技術(shù)

2020-04-27
來源:21ic
關(guān)鍵詞: VVT-i VTEC 發(fā)動機 三菱

    大家看很多汽車發(fā)動機的罩蓋上,都標(biāo)有VVT、VVT-i、DVVT、CVVT等標(biāo)識,還有些車型在尾部標(biāo)有i-VTEC的標(biāo)識,它們都表示什么意思呢?

    這些字符,它們都有一個共同的名字:發(fā)動機可變氣門正時與升程系統(tǒng)。凡是帶有這樣標(biāo)識的車型,都表示該車型搭載的發(fā)動機具有可變氣門正時與升程技術(shù)。那么這個發(fā)動機可變氣門正時與升程系統(tǒng)到底是個什么鬼呢?為什么越來越多的發(fā)動機使用這樣的技術(shù)呢?下面我們來詳細(xì)的分析一下這個問題。

    大家知道,配氣機構(gòu)是發(fā)動機上的一個裝置,但是它的重要性很多人可能認(rèn)識不到。很多人都會以為,空氣是取之不盡、用之不竭的,而汽油是有限的,所以讓發(fā)動機吸入更多的空氣是一件輕而易舉的事,噴更多的汽油應(yīng)該是困難的。但事實正好與此相反,讓更多的燃油進(jìn)入發(fā)動機也是比較容易的,把燃油供給系統(tǒng)稍作調(diào)整就可以實現(xiàn);但是想要讓更多的空氣進(jìn)入發(fā)動機卻是非常困難的。沒有空氣,噴再多的油也沒用,所以配氣機構(gòu)對發(fā)動機性能的影響是非常大的。

    

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    發(fā)動機配氣機構(gòu)的作用是按照發(fā)動機的工作順序和工作循環(huán)的要求,定時開啟和關(guān)閉各缸的進(jìn)、排氣門,使新鮮空氣進(jìn)入氣缸參與燃燒,并將燃燒后的廢氣排出氣缸。進(jìn)入發(fā)動機氣缸內(nèi)的新鮮空氣的數(shù)量對發(fā)動機性能的影響非常大,進(jìn)氣量越多,發(fā)動機的有效功率和有效扭矩就越大。所以,要想提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性,配氣機構(gòu)必須讓盡可能多的空氣進(jìn)入發(fā)動機。

    為此,汽車工程師想盡了各種辦法改進(jìn)配氣系統(tǒng),比如使用單缸多氣門技術(shù),一個氣缸有兩進(jìn)兩排四個氣門(很多發(fā)動機上標(biāo)注有16V,就表示這款發(fā)動機共有16個氣門,除以四個氣缸,就是每個氣缸有四個氣門),讓進(jìn)氣通道盡可能的大;采用雙頂置凸輪軸技術(shù),提高配氣機構(gòu)的效率(單頂置凸輪軸SOHC和雙頂置凸輪軸DOHC);采用渦輪增壓技術(shù),將更多的空氣“壓”進(jìn)發(fā)動機,等等,目的就是讓更多的空氣進(jìn)入發(fā)動機參與燃燒??梢哉f,現(xiàn)在發(fā)動機的每一次技術(shù)進(jìn)步,幾乎都是配氣機構(gòu)的改進(jìn)。

    還有就是發(fā)動機的配氣相位對配氣機構(gòu)的影響非常大。所謂的配氣相位是以曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門實際開閉時刻以及開啟的持續(xù)時間。它包含五個參數(shù),分別是進(jìn)氣提前角、進(jìn)氣滯后角、排氣提前角、排氣滯后角、氣門重疊角,其中的氣門重疊角對發(fā)動機的性能影響是最大的。設(shè)計配氣相位的目的就是讓進(jìn)氣門和排氣門都早開晚關(guān),從而讓進(jìn)氣更充分,排氣更徹底。一個設(shè)計合理的配氣相位,可以大大的提高發(fā)動機的充氣系數(shù),發(fā)動機的性能會有較好的改善。一般來說,只要發(fā)動機設(shè)計定型后,這個配氣相位是固定不變的。

    但是發(fā)動機在各種轉(zhuǎn)速下對進(jìn)排氣的需求是不同的,低速時用氣量少,高速時用氣量大,并且轉(zhuǎn)速越高,進(jìn)氣沖程時間越短,更容易引起發(fā)動機進(jìn)氣不足和排氣不凈,影響發(fā)動機的效率。因此,這種固定的配氣相位往往只能滿足發(fā)動機在某一區(qū)間的性能需求,很多時候都是一種折衷的方案,兼顧高速和低速性能,但是不可能在這兩種工況下都達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。為了解決這個問題,讓配氣相位可以根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和工況的不同進(jìn)行調(diào)節(jié),使發(fā)動機在高低轉(zhuǎn)速下都能獲得理想的進(jìn)、排氣效率,聰明的汽車工程師設(shè)計出了可變氣門正時與升程技術(shù)。

    所謂的可變氣門正時與升程技術(shù),就是指發(fā)動機配氣相位和氣門升程可以隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速和工況的變化而隨時改變的技術(shù)。就像一個人在跑步時需要不斷按照奔跑步伐來調(diào)整呼吸頻率,以便時刻為身體提供充足的氧氣一樣,可變氣門正時與升程技術(shù)可以讓發(fā)動機的呼吸更順暢、自然。在現(xiàn)在的汽車發(fā)動機上,基本都使用電控系統(tǒng)來直接或間接調(diào)節(jié)進(jìn)排氣門的開閉時刻及開啟的角度,使這個功能更加智能化。

    

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    可變氣門正時與升程技術(shù)是發(fā)動機配氣機構(gòu)的一項巨大技術(shù)進(jìn)步。它實現(xiàn)了發(fā)動機進(jìn)氣過程的動態(tài)調(diào)節(jié),可以使發(fā)動機隨著轉(zhuǎn)速與負(fù)荷的變化隨時調(diào)節(jié)進(jìn)氣量,從而使發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性都有了較大幅度的提高。不過不同廠家的可變氣門正時與升程系統(tǒng)型式各異,呈現(xiàn)一種百花爭鳴的景象,這就有了VVT、VVT-i、DVVT、CVVT等各種不同的標(biāo)識??傮w來說,可以分為可變氣門正時(VVT)與可變氣門升程(VVL)兩大類,也有些車型兩種方式同時存在。

    最早使用可變氣門升程系統(tǒng)的是本田,這就是大家非常熟悉的VTEC系統(tǒng)。它可以使氣門升程根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化作出相應(yīng)的實時調(diào)整,使氣缸的充氣量能夠同時滿足發(fā)動機低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速下的不同需要 。它是在配氣系統(tǒng)中加入了第三根凸輪和第三個搖臂,從而實現(xiàn)了進(jìn)氣門升程的兩段或三段式調(diào)節(jié)。不過它只有在發(fā)動機達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后突然啟動,發(fā)動機動力會有一個瞬間的提升,噪音也會變得很大。有很多開本田車的人特別喜歡這種動力突變的感覺,會在高速上突然加速,以便能聽到這個“VTEC音”。

    與本田VTEC系統(tǒng)類似的,是奧迪的AVS系統(tǒng)。它為每個進(jìn)氣門設(shè)計了兩組不同角度的凸輪,同時在凸輪軸上安裝有螺旋溝槽套筒。螺旋溝槽套筒由電磁驅(qū)動器加以控制,用以切換兩組不同的凸輪,從而改變進(jìn)氣門的升程。不過它可以調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速范圍更大,并且可以實現(xiàn)一個氣缸上的兩個進(jìn)氣門開度不同,這樣在保證發(fā)動機良好動力的同時也兼顧了高速節(jié)油效果。

    不過本田的VTEC系統(tǒng)和奧迪的AVS系統(tǒng)都有一個共同的缺點,就是進(jìn)氣門的升程只能實現(xiàn)兩段或三段式的調(diào)節(jié),這樣就會導(dǎo)致在氣門升程改變時動力會突然增加,動力輸出很不平順。而寶馬的Valvetronic系統(tǒng)和日產(chǎn)的VVEL系統(tǒng)就可以實現(xiàn)氣門升程的連續(xù)調(diào)節(jié),動力輸出相對就平順得多。

    寶馬的Valvetronic系統(tǒng)和日產(chǎn)的VVEL系統(tǒng)也是一種可變氣門升程系統(tǒng),它們的工作原理基本類似,都是用一個步進(jìn)電機來帶動一個控制桿,然后帶動一個偏心凸輪來實現(xiàn)進(jìn)氣門升程的改變。由于偏心凸輪轉(zhuǎn)動是連續(xù)的,所以對氣門升程的調(diào)節(jié)也是連續(xù)的。這樣發(fā)動機的動力輸出就更加的平順、連續(xù),駕駛感受也要好一些。除此之外,還有三菱的MIVEC系統(tǒng)、菲亞特的Multiair系統(tǒng)、保時捷的Vairocam系統(tǒng)以及比亞迪的VVl系統(tǒng),等等。它們都是采用可變氣門升程技術(shù)。

    與可變氣門升程相對應(yīng)的就是可變氣門正時(VVT),它是通過改變凸輪軸的轉(zhuǎn)角來直接改變配氣相位的角度,從而使配氣相位與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與負(fù)荷相匹配,提高發(fā)動機的充氣系數(shù),使發(fā)動機不論在高速還是低速下都能發(fā)揮出較好的動力性和經(jīng)濟性。這方面的技術(shù)各個廠家區(qū)別不大,都是通過液壓或電機來改變凸輪軸的轉(zhuǎn)角。

    可變氣門正時系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)是安裝在凸輪軸前端的葉片式液力機構(gòu),它分為內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子,二者可以在一定范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。外轉(zhuǎn)子上有正時鏈齒,由正時鏈條驅(qū)動,內(nèi)轉(zhuǎn)子通過螺栓與凸輪軸連接。內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間有葉片,葉片將內(nèi)外轉(zhuǎn)子的空腔分為提前腔和遲后腔。當(dāng)提前腔油壓增大,遲后腔油壓減小時,葉片推動內(nèi)轉(zhuǎn)子相對于外轉(zhuǎn)子順轉(zhuǎn),則氣門的開啟時刻提前;相反,當(dāng)提前腔油壓減小,遲后腔油壓增大時,葉片推動內(nèi)轉(zhuǎn)子相對于外轉(zhuǎn)子逆轉(zhuǎn),則氣門的開啟時刻遲后,這樣就實現(xiàn)了對氣門的開啟和關(guān)閉時刻的調(diào)節(jié)。

    早期的可變氣門正時技術(shù)是就是單獨采用液壓調(diào)節(jié)的,并且只控制進(jìn)氣凸輪軸,控制方式也是分段調(diào)節(jié),簡稱為VVT;后來豐田公司在上面加裝了智能控制系統(tǒng),為了與其它的可變氣門正時系統(tǒng)相區(qū)別,就在后面加了一個小寫的“i”,變成了VVT-i;隨著技術(shù)的進(jìn)步和對發(fā)動機性能的更高要求,人們又在排氣門上也安裝了可變氣門正時裝置,變成了進(jìn)排氣門都可以控制的雙可變氣門正時系統(tǒng),簡稱DVVT;從之前的分段式調(diào)節(jié)變成了連續(xù)調(diào)節(jié),即CVVT。其它的還有寶馬的Double-VANOS雙凸輪軸可變氣門正時系統(tǒng)、三菱的MIVEC智能可變氣門正時與升程管理系統(tǒng),等等。
     

    

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