智能氣門技術(shù)助發(fā)動機提升經(jīng)濟性

內(nèi)燃機的優(yōu)化過程中，氣門的開閉策略是目前來說僅剩的幾項難題之一。目前，英國Camcon公司正在開發(fā)一項叫做智能氣門控制（Intelligent Valve Actuation）的技術(shù)，其目標(biāo)就是解決發(fā)動機燃燒過程中氣門控制策略的難題。該公司技術(shù)總監(jiān)Roger Stone表示，智能氣門控制技術(shù)致力于達到2020年的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

智能氣門控制結(jié)構(gòu)：左邊閉合、右邊開啟

Roger Stone指出，該技術(shù)的基礎(chǔ)策略在于消除氣門與曲軸旋轉(zhuǎn)時的機械連接，讓氣門正時/升程/周期能夠在每個循環(huán)中根據(jù)實際轉(zhuǎn)速和載荷達到靈活應(yīng)變的狀態(tài)，從而使發(fā)動機燃燒更優(yōu)化。

智能氣門控制技術(shù)據(jù)稱可以克服可變氣門控制系統(tǒng)的局限性，主要是通過在氣門工作過程中，結(jié)合高速數(shù)控技術(shù)以及高精度氣門開閉來實現(xiàn)。工程師表示，實際上，這是一種線控氣門技術(shù)（valve-by-wire technology）。

Stone表示，“由于曲軸與發(fā)動機之間的直接機械連接，使得設(shè)計師在較長一段時間內(nèi)受到制約。在目前的新的思維模式下，設(shè)計師認(rèn)為發(fā)動機需要一個特定的載荷和速度條件，并據(jù)此制定出相應(yīng)的氣門控制策略，并且無需受到傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的限制。”

優(yōu)化氣門升程/正時所得到的最直接的效果就是，扭矩以及燃油經(jīng)濟性和排放的優(yōu)化。另外，該技術(shù)可以結(jié)合均質(zhì)壓燃技術(shù)（HCCI），并且可以在2缸、4缸發(fā)動機中兼容。

啟用先進的燃燒策略

Camcon的開發(fā)工作已經(jīng)證明，即使一個相對簡單地改動，也能夠使現(xiàn)存發(fā)動機中的低速扭矩更高，泵氣損失更少，廢氣循環(huán)控制更佳。在此基礎(chǔ)上，再進行模擬和試驗臺測試，Stnoe預(yù)計這項技術(shù)至少能夠使燃油經(jīng)濟性和二氧化碳排放改善15%。

將進氣門開口時間延長從而為米勒循環(huán)提供足夠的工作時間，這項改動非常簡單。另外，它還能夠克服一些均質(zhì)壓燃過程中的難題，因為在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速期間，曲軸運行720°（兩周）時間內(nèi)，可以進行很多的氣門控制。比如，可以通過縮短進氣沖程來將低進氣慣性，從而在不同轉(zhuǎn)數(shù)之下都能營造最佳入氣流量。

根據(jù)進氣汽車行業(yè)發(fā)展趨勢來看，斷缸技術(shù)的應(yīng)用也得到了進一步發(fā)展。而智能氣門控制策略同樣能夠通過使各個氣缸輪流失活來保證不會有單個氣缸長時間處于非工作狀態(tài)。

由于其快速響應(yīng)特性，該策略也適用于轉(zhuǎn)速低于3,000轉(zhuǎn)/分的兩沖程發(fā)動機。

Stone指出，智能氣門控制是將緊湊型機械連控軌道（desmodromic）配氣機構(gòu)與Camcon公司的機械調(diào)節(jié)器相結(jié)合得到。

系統(tǒng)由氣門控制單元VCU控制，其控制效率比傳統(tǒng)發(fā)動機中的點火控制或噴油控制更高。噴油或點火控制單元僅僅能夠計算每個氣缸單次循環(huán)所需的噴油量，而氣門控制單元則可以在每次循環(huán)過程中監(jiān)控氣門位置100次。

更低的油耗

智能氣門控制技術(shù)的核心組件是Camcon公司的機械調(diào)節(jié)器該組件基于公司的Binary Actuation Technology技術(shù)制造。該多機械調(diào)節(jié)器有兩個穩(wěn)定的零功耗狀態(tài)，傳統(tǒng)的螺線管中則只有1個零功耗狀態(tài)。氣門行程被限制在固定范圍內(nèi)，所以只有在切換斷缸對象時需要消耗功率。

智能氣門控制系統(tǒng)的連控軌道閥結(jié)構(gòu)

Stone指出，設(shè)計師通過利用一個旋轉(zhuǎn)永磁體實現(xiàn)多極布局，就像一個緊湊型超快響應(yīng)速率的電動機。將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成高精度的線性氣門開閉運動是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，系統(tǒng)為每個氣門配備了連控軌道結(jié)構(gòu)凸輪。第三個凸輪的凸角作為能量回收彈簧，將某個氣門工作的能量回收并用于第二個氣門的控制中，提升發(fā)動機運轉(zhuǎn)效率。

據(jù)Camcon公司描述，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器的工作效率較高，因此可以兼容電壓較低的12伏汽車電氣系統(tǒng)。

實驗報告顯示，通過利用智能氣門控制技術(shù)后，發(fā)動機在運行時曲軸和氣門的噪聲也得到大幅降低，特別是在轉(zhuǎn)速較低的情況下。當(dāng)發(fā)動機空轉(zhuǎn)時，燃油噴射系統(tǒng)將成為發(fā)動機噪聲的主要來源。

目前Camcon公司正在與多個原始設(shè)備制造商協(xié)商合作事宜，一旦合作達成，那么智能氣門控制系統(tǒng)將進入量產(chǎn)階段。公司稱該技術(shù)可幫助發(fā)動機達到2020年排放和燃油經(jīng)濟性法規(guī)。