BMW"活瓣控制活瓣”

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导读:BMW"活瓣控制活瓣”

综谈现有技术与宝马的Valvetronic System

宝马公司的活瓣时控制技术,名为Valvetronic System。进入主题之前,先为不大认识活辨控制技术的读者来上一堂基本课。

为何要改变活瓣正时

控制活瓣开合的技术多被统称为Variable Valve Timing Control,丰田VVT-i的头三个字母正是此意,而我们常挂在嘴边的活瓣正时控制,也是这个意思,但从技术的角度而言,控制Valve Timing的方法不止一种,而且各有所长。若问为何要改变活瓣正时,最大目的便是令进排气活瓣出现不同幅度的重叠开启状态,以配合不同转速下的进气要求。改变进排气活瓣的重叠程度,为何能让引擎发挥得更好呢?让我来打个比喻:我们平常走路虽不会喘气,但跑步就难免有此现象,试想像若我们在肺部开一条排气管,平常无需强劲肺活量时便将之关闭,但要是有需要,嘴巴合鼻子便可以只管进气,排气管则一边倒地排气(有点像进排气活瓣重叠开启),喘气问题应不复存在。如果仍有问题,便会出现运动量超出了红血球地肺部交换氧气和二氧化碳的极限速度(引擎也有类似的极限),这时就算再怎么样提升进排气速度,都难免缺氧厄运。这个比喻不无牵强之处,但总算能让各位不明所以的车迷对VVT(Variable Valve Timing)有点了解。

如何改变活瓣正时

现在我们常见的活瓣正时调变技术,可分别由VTEC和VVT-i代表,以下先谈VTEC。

VTEC技术的特征是透过快慢Cam(凸轮)的切换,改变凸轮的作用角和活瓣开启度。所谓作用角,是指凸轮实际能推开活瓣的转角范围,我们可以经由改变凸轮Profile设计而左右作用角的大小。一言蔽之的话,便是作用角愈大,活瓣开启时间即愈长。愈是延长进气活瓣的开启时间,进排气活瓣重叠开启的机会便愈高,那重叠时间愈长。改变凸轮Profile还有另一结果,那就是活瓣的开启深度(Valve Lift Extent,译作活瓣提升量)也可随之改变,其原则是开启深度愈大,空气流速愈高,而空气流速愈高,便代表燃料与空气愈能彻底混合,而且加速混合气雾化的效率,于是提高引擎动力和减低废气污染。

请留意这里说的是流速而非流量,因为加大作用角和提高Valve Lift都可以增加进/排气在单一次燃料循环内的整体气流量,只不过前者的要点在于拖长空气通过活瓣的时间,后者*的是提高活瓣的平均空气流速。当中分别是十分重要的,若混流量和流速,便很难明白VTEC和VVT-i有什么分别。

与VTEC分庭抗礼的VVT-i,同样可以改变凸轮的作用角,但手法和VTEC大异其趣。VVT-i的功能是改变凸轮的位相(Phase),从而达到改变作用角的目标。亦因为这样,我们可以将VVT-i及其同类称为[位相变换型VVT],VTEC之流则可叫作[Cam切换型VVT]。基于VVT-i的凸轮只有一种Profile,所以就算怎样改变进排气活瓣的重叠量,其间也不会左右Valve Lift量。由此可知,VVT-i只会改变进/排气时间,而不能改变进、排气流速。虽然如此,但VVT-i有一点是早期VTEC有所不及的,那便是连续不断地根据引擎负荷而改变凸轮位相,不像VTEC那样,作用角变化必须受制于既定大的快慢Cam Profile而作分段式切换,电脑控制技术自然较高,而VVT-i的那个细楷i,便是指电脑intelligent.

既然各有长处,自然有人想到把两者结合,结果便产生了VVT-i和i-VTEC。它们不但能无断式调变凸轮作用角,同时还可以改变活瓣开启度。

除了上述两大主流技术,我们还有MGF的VVC。它改变Valve Timing的方法,是直接改变凸轮轴的转速,其凸轮轴在每一转动周期那会时快时慢,从而连续不断地改变凸轮的作用角。

宝马VALVETRONIC SYSTEM

终于轮到主角了。Valvetronic System地最大改进,在于做到传统VVT系统所无法支援的工作,那便是根据引擎的负荷,同时连续地改变进排气活瓣作用角合活瓣开启深度。其硬件基本有二:控制凸轮作连续位相变换地是日本Aishin精机的Vane式油压VVT装置(宝马称为VANOS),以及活瓣开启度控制装置。后者由宝马自行发展,结构颇为复杂,基本原理是以电动马达驱动偏心齿轮及其栱杆连接,而改变活瓣由全关至全开范围内的开启深度。据称由于这款马达的反应速度快地离奇,由活瓣全关至全开,只不过是0.1秒的事情,能令进气活瓣改变开启深度之余,还能发挥油门一样的效用。你完全可以把进气活瓣当作是油门。

要是把进气活瓣当成油门,便等于把混合气供应装置搬家,由歧管稳压室入口,搬进汽缸的入口位置,这样便可以减低传统进气系统常见的泵送损耗现象(Pumping Lose)。以传统设计为例,油门活瓣面向进气歧管一方的压力,在引擎低负荷时与稳压室合进气歧管处于相同的负压水平。在进气活瓣关闭之后,压缩形成中的活塞只能利用汽缸内的负压帮助上升,这时若能利用油门活瓣与进气活瓣之间的负压,不就可以提高活塞上升的效率吗?宝马的活瓣油门化方案便正有此意。

不过减低泵送损耗的方法,并不限于宝马的方案。采用汽缸内直接燃油喷注,便可以提高压缩行程中的汽缸负压力,帮助活塞向上抽升,但这样一来便要面对贫油引擎一直存在的问题:氧化氮排放量高于非贫油引擎。你或许会问[不是有催化转换器的吗],氮现时一般转换器的催化剂是不能将氧化氮分解的,所以直喷引擎暂时仍然使用能吸着氧化氮的催化剂,可以后者容易为硫质破坏,在电由含硫量高的落后地区,催化转换器的寿命期便会急速下降。而提倡Valvetronic System的宝马,便表示进气活瓣油门化在抑止泵送损耗上的效能,跟缸内直喷技术其实所差无几。

既然新设计能取缔油门活瓣,为何宝马仍然保留油门活瓣呢?其中一个原因是这样的:进气活瓣一旦变成油门,进气歧管在活瓣关闭后便不再处在负压状态(其压力会十分接近车外的气压),这样的话,像Canister般利用负压的装置便无法在引擎刚启动后及时运作。Canister的功用是吸着油缸内的汽化燃油,以免后者溢出。为免Canister吸油吸至极限而失去防泻效能,传统引擎在启动时便会以歧管内的负压将Canister吸着的燃料分子送进汽缸燃烧掉。另外,Brake Booster也有利用歧管负压的,而保留油门活瓣的原因,便是为了方便在歧管营造负压状态,这样对引擎冷启动也有正面的帮助。

综合结果

Valvetronic System在原理上无疑是现时控制性能最全面的VVT系统,在连续改变进排气活瓣重叠率之外,还具备传统VVT未能提供的连续活瓣开启度控制能力。不过碍于活瓣结构变得复杂,便不能不担心其保养是否容易,而且活瓣机构的高度也因此增加,引擎体积难免大于传动货色(其它的带VVT功能的发动机)。至于进气活瓣油门化,虽然宝马指称其减低泵送损耗的效率可*美缸内直喷技术,但后者的头号敌人倒不是泵送损耗,而是耗油表现和燃烧效率,着重点并不一样。

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