閥門決定燃效：專門針對燃效降低成本（一）

　　可變閥門機構已成為提高燃效的關鍵技術。改善部分負荷范圍內(nèi)的燃燒及改變壓縮比等，以前未無法實現(xiàn)的功能現(xiàn)在已經(jīng)逐漸達到實用水平。與可變閥門機構無關的柴油發(fā)動機方面也出現(xiàn)了利用可變閥門機構提高燃效的做法。

　　雖然汽車的混合動力系統(tǒng)等動力傳動系統(tǒng)日趨電動化，但目前提高燃效技術的主流依然是改進發(fā)動機。最近出現(xiàn)的關鍵技術是通過可變閥門機構提高燃效。

　　已投入使用的主要的可變閥門機構有可變閥門正時機構和可變閥門升程機構，可變閥門機構由最初的開閉工作到連續(xù)工作，現(xiàn)在又進一步擴大了工作范圍。可變閥門機構一直在朝著擴大控制自由度的方向發(fā)展（圖1）。

圖1：可變閥門機構的發(fā)展過程和使用方法的變遷
可變閥門正時機構（VTC）和可變閥門升程機構原來都主要是開閉式，原來的主要目的是提高輸出功率和提高廢氣凈化性能，而最近連續(xù)可變式系統(tǒng)增多，主要目的變成了提高燃效

　　隨著可變閥門機構的控制自由度提高，最近的發(fā)動機中，通過增大膨脹比超過壓縮比的阿特金森循環(huán)、減少泵氣損失及提高燃燒速度等來提高燃效的案例增多。

　　可變閥門機構控制自由度大幅提高的典型案例是由德國Schaeffler集團開發(fā)被意大利菲亞特配備于“Alfa Romeo MiTo 1.4T Sport”上使用的“Uni-Air ”（圖2，菲亞特稱其為“MultiAir”）。

圖2：德國Schaeffler集團的油壓可變閥門機構“UniAir”的構造
滾子從動件將凸輪的推動力轉(zhuǎn)換成油壓，推動閥門。通過用電磁閥控制油壓，可以改變閥門的升程

　　這是世界上首款油壓式閥門驅(qū)動系統(tǒng)，其特點是能夠通過一個系統(tǒng)控制閥門升程、閥門工作角及閥門正時。Schaeffler集團表示，通過該機構，能夠?qū)⑷夹ё畲筇岣?0％，將低速區(qū)的扭矩最大提高15％。另外，通過結(jié)合增壓和縮小發(fā)動機排量（所謂的小型化），可以將燃效最大提高25％。

利用油壓推動閥門

　　UniAir的工作原理如下。系統(tǒng)中有與凸輪連接的滾子從動件，當該滾子從動件被推動時，油泵內(nèi)就會產(chǎn)生油壓。油壓通過電磁閥傳給油壓柱塞，推動吸氣閥門。由于中間的電磁閥在未通電時打開釋放油壓，因此吸氣閥門不動。

　　通電時，電磁閥關閉，液壓油無處釋放，將油泵的油壓傳給吸氣閥門。通過控制電磁閥的開閉時間，能夠改變吸氣閥門的開閉正時、閥門升程及閥門工作角。

　　Uni-Air的主要工作模式有以下四種（圖3）。從中可以看到采用UniAir實際會帶來的好處。

　　第一種模式是不運行電磁閥的模式〔圖3（a）〕。在這種模式下，閥門升程和閥門工作角均達到最大，吸入的空氣最多，能夠獲得最大的輸出功率。

　　第二種模式是在部分負荷范圍內(nèi)高效產(chǎn)生必要扭矩的模式〔圖3（b）〕。吸氣閥門的打開正時不變，但通過改變關閉時間來控制導入發(fā)動機內(nèi)的吸氣。不用節(jié)流閥門而用吸氣閥門控制吸氣量以減少泵氣損失。

　　第三種模式在用吸氣閥門控制吸氣量的想法上與第二種模式相同，但適用于比第二種模式負荷更低的狀態(tài)和空轉(zhuǎn)狀態(tài)〔圖3（c）〕。推遲吸氣閥門打開的時機后，閥門在氣缸內(nèi)變成負壓后才打開，因此吸氣速度提高，能夠改善低負荷范圍內(nèi)的燃燒。

　　第四種模式是負荷更低的極低負荷范圍內(nèi)使用的模式，其特點是關閉曾經(jīng)打開過的吸氣閥門然后再打開的“兩次打開”〔圖3（d）〕。通過在第二次打開閥門時高速導入吸氣來促進燃燒室內(nèi)的空氣流動，從而在吸氣量少的范圍內(nèi)也實現(xiàn)良好的燃燒。

圖3：UniAir的閥門升程控制模式
根據(jù)發(fā)動機的負荷狀態(tài)，區(qū)別使用四種模式

專門針對燃效降低成本

　　雖然UniAir的控制自由度很高，但不可否認其比以前的閥門驅(qū)動機構復雜所以成本也會升高。其他公司雖然不能獲得UniAir那樣的自由度，但正通過改善原可變閥門正時機構和可變閥門升程機構的構造來提高控制自由度。

　　將可變閥門升程機構“VEL”和可變閥門正時機構“VTC”兩種機構投入使用的日立汽車系統(tǒng)（Hitachi Automotive Systems）估算，通過在吸氣閥門上組合VEL和在吸排氣閥上組合VTC，能夠?qū)⑷夹岣呒s10％（VTC是該公司的叫法）。