『可变气门正时在Passat B5轿车上的应用』
说到这里,我们终于和VVT的主题接近一些了。不过还是再耐心一下,前面讲了半天,都只把注意力放在发动机的动力性方面了,下面让我们看看重叠角度对发动机的经济性和排放的影响。可能大家都知道,发动机的油耗转速特性曲线是马鞍形的,转速太高,超过了一定的范围,可燃混合汽的燃烧就会越发的不充分,发动机的经济性和排放特性都会恶化,尤其如今发达国家的环保法规日益严格,问题就变得更加严重。
于是,很多厂商就采用复杂的废气再循环(EGR)装置来改善发动机的高转速经济性和排放。顾名思义,EGR装置的作用就是吸入部分废气,使其中的尚未燃烧的可燃物质有机会继续燃烧,部分有害中间产物得以分解。不难想到,如果此时将进气门和排气门的重叠角度调得高一点,略微超过原来所说的对动力性来讲最合适的角度一些,就会有部分废气和新鲜的可燃混合汽混合,提高了发动机的空燃比,使燃烧更充分,排放更清洁。大家可能发现了,这简直就是不需要额外装置的EGR技术嘛!然而很不幸,这种偏大的重叠角度设置,同样使发动机难以提供令人满意的低转速性能。
好了,现在不用我说,大家也知道为什么我们如此重视VVT技术了吧!各个厂家的VVT技术千差万别,共同之处就是都要对气门正时进行调节,使发动机在不同的转速下进气门和排气门能有不同的重叠角度,从而改善前面说的那些问题。改变气门正时可以有很多不同的方法,但最主要的无外乎两大类,一类是改变凸轮轴的相位,再一类就是直接改变凸轮的表面形状。想想看就知道,改变凸轮的表面形状哪可能容易呢?所以第一类VVT比较容易实现些。
『Valvetronic的透视图』
回到Valvetronic,它依然保留了Double VANOS可变进、排气凸轮轴相位的气门正时调节系统,那么它又是如何实现对气门升程进行连续调节的呢?BMW为此增加了一种额外的偏心轴,凸轮轴则又通过一个额外的摇臂系统驱动传统的气门摇臂,并且该附加摇臂与气门摇臂的接触的角度取决于附加偏心轴的相位。附加偏心轴的相位可以由一个ECU控制下的调节装置来调整,从而使附加摇臂的角度发生变化,这样,对于相同的凸轮运动,传递到气门摇臂上的反应就可以不同,气门的升程也就会相应发生变化。
从BMW的资料看,Valvetronic系统对气门开放时程的影响应当不大,调节的只是气门升程。不过,气门开度很小的时候,气体的进出效率是很低的,如果考察气门开度超过一定程度的持续角度,姑且称之为有效的气体交换时程,通常也是随气门升程的增加而增加的。为了限制发动机的复杂度,目前实际应用的Valvetronic系统在气门升程方面,调整的只是进气门。尽管理论上类似系统也可以作用于排气门,但那样的话整个配气机构就过于复杂了。就目前Valvetronic的发展情况来说,由于参与气门运动的机件还是太多,高转速下机械能损耗就大,不利于提高发动机的最大转速。所以在提高升功率方面,Valvetronic的表现是不及一些诸如VTEC之类的更简单的气门升程调节系统的,它的优势在于综合能力,在于发动机经济性的提高。
如果说VVTL-i、i-VTEC和VarioCam Plus是融合了第一类和第二类VVT的话,Valvetronic在可变气门升程方面采用的方式似乎可以看作是独辟蹊径的第三条道路。还有其他的VVT吗?有。BMW的工程师强调对气门升程进行调节,Rover的工程师则选择了气门的开放时程作为调整的目标。在Rover VVC中,由于凸轮可以受设计独特的偏心轮驱动,其转动并非匀速,这样一来,在调整气门正时的同时,气门的开放时程也发生了改变,尽管升程并没有变化。VVC系统相当复杂,我也没见过具体的结构图,对其具体原理也不太清楚,只知道它通常只用于调节进气门,而且可以做到连续的改变进气门正时和开放时程。疯狂的英国人!
『国内采用可变气门正时技术的部分车型』
本文写到这里,还从来没有提到Mercedes-Benz发动机的VVT技术呢,很多人会感到奇怪了吧?其实尽管Mercedes-Benz发明了无数的电子技术,各种新配置总是层出不穷,D-C在发动机方面却一贯比较保守,目前为止,它的确在VVT领域走在了后面,大部分车型的发动机实在是乏善可陈,还是多年未变的每缸三气门SOHC结构,也没有使用任何VVT技术。所以,Mercedes-Benz车在同级车中往往是升功率偏小,动力一般,油耗不低。然而世事无绝对,最近我也注意到,在新款CLK等车型上,D-C也在暗暗的抛出猛料。
不但顺应主流,改为使用四气门DOHC结构,什么汽油直喷,双火花塞,VVT全都一下子冒了出来。永远不要低估D-C的技术储备,它的VVT是和Valvetronic一个水平的:两个凸轮轴的运动通过三个摇臂系统复合在一起,理论上,可以同时提供进、排气门的正时、开放时程和升程调节。听上去不错?还有呢!在D-C正在开发的另一套VVT系统中,发动机的凸轮轴被彻底的抛弃了,每个气门,或每几个气门的动作直接由专门的电磁系统驱动,ECU需要它们怎么动,它们就怎么动,这也正是VVT技术追求的最高境界!相信各个大厂都有类似的努力吧!