閥門決定燃效：專門針對燃效降低成本（一）

　　可變閥門機構(gòu)已成為提高燃效的關(guān)鍵技術(shù)。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(gòu)無關(guān)的柴油發(fā)動機方面也出現(xiàn)了利用可變閥門機構(gòu)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(shù)的主流依然是改進發(fā)動機。最近出現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是通過可變閥門機構(gòu)提高燃效。

　　已投入使用的主要的可變閥門機構(gòu)有可變閥門正時機構(gòu)和可變閥門升程機構(gòu)，可變閥門機構(gòu)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(gòu)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(gòu)的發(fā)展過程和使用方法的變遷
可變閥門正時機構(gòu)（VTC）和可變閥門升程機構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)“UniAir”的構(gòu)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(gòu)，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(guān)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(guān)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(guān)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(gòu)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(gòu)和可變閥門升程機構(gòu)的構(gòu)造來提高控制自由度。

　　將可變閥門升程機構(gòu)“VEL”和可變閥門正時機構(gòu)“VTC”兩種機構(gòu)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）。