VVL

VVL

VVL是英文variable valve lift的簡寫,意味可變氣門升程。傳統的汽油發動機的氣門升程是固定不可變的。也就是凸輪軸的凸輪型線只有一種。這就造成了該升程不可能使發動機在高速區和低速區都得到良好回響。傳統汽油機發動機的氣門升程——凸輪型線設計是對發動機在全工況下的平衡性選擇。其結果是發動機既得不到最佳的高速效率,也得不到最佳的低速扭矩。但得到了全工況下最平衡的性能。 VVL的採用,使發動機在高速區和低速區都能得到滿足需求的氣門升程。從而改善發動機高速功率和低速扭矩。

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。

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