閥門(mén)決定燃效：專(zhuān)門(mén)針對燃效降低成本（一）

　　可變閥門(mén)機構已成為提高燃效的關(guān)鍵技術(shù)。改善部分負荷范圍內的燃燒及改變壓縮比等，以前未無(wú)法實(shí)現的功能現在已經(jīng)逐漸達到實(shí)用水平。與可變閥門(mén)機構無(wú)關(guān)的柴油發(fā)動(dòng)機方面也出現了利用可變閥門(mén)機構提高燃效的做法。

　　雖然汽車(chē)的混合動(dòng)力系統等動(dòng)力傳動(dòng)系統日趨電動(dòng)化，但目前提高燃效技術(shù)的主流依然是改進(jìn)發(fā)動(dòng)機。最近出現的關(guān)鍵技術(shù)是通過(guò)可變閥門(mén)機構提高燃效。

　　已投入使用的主要的可變閥門(mén)機構有可變閥門(mén)正時(shí)機構和可變閥門(mén)升程機構，可變閥門(mén)機構由最初的開(kāi)閉工作到連續工作，現在又進(jìn)一步擴大了工作范圍?？勺冮y門(mén)機構一直在朝著(zhù)擴大控制自由度的方向發(fā)展（圖1）。

圖1：可變閥門(mén)機構的發(fā)展過(guò)程和使用方法的變遷
可變閥門(mén)正時(shí)機構（VTC）和可變閥門(mén)升程機構原來(lái)都主要是開(kāi)閉式，原來(lái)的主要目的是提高輸出功率和提高廢氣凈化性能，而最近連續可變式系統增多，主要目的變成了提高燃效

　　隨著(zhù)可變閥門(mén)機構的控制自由度提高，最近的發(fā)動(dòng)機中，通過(guò)增大膨脹比超過(guò)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(lái)提高燃效的案例增多。

　　可變閥門(mén)機構控制自由度大幅提高的典型案例是由德國Schaeffler集團開(kāi)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(chēng)其為“MultiAir”）。

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

　　這是世界上首款油壓式閥門(mén)驅動(dòng)系統，其特點(diǎn)是能夠通過(guò)一個(gè)系統控制閥門(mén)升程、閥門(mén)工作角及閥門(mén)正時(shí)。Schaeffler集團表示，通過(guò)該機構，能夠將燃效最大提高10％，將低速區的扭矩最大提高15％。另外，通過(guò)結合增壓和縮小發(fā)動(dòng)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(dòng)閥門(mén)

　　UniAir的工作原理如下。系統中有與凸輪連接的滾子從動(dòng)件，當該滾子從動(dòng)件被推動(dòng)時(shí)，油泵內就會(huì )產(chǎn)生油壓。油壓通過(guò)電磁閥傳給油壓柱塞，推動(dòng)吸氣閥門(mén)。由于中間的電磁閥在未通電時(shí)打開(kāi)釋放油壓，因此吸氣閥門(mén)不動(dòng)。

　　通電時(shí)，電磁閥關(guān)閉，液壓油無(wú)處釋放，將油泵的油壓傳給吸氣閥門(mén)。通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)閉時(shí)間，能夠改變吸氣閥門(mén)的開(kāi)閉正時(shí)、閥門(mén)升程及閥門(mén)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(shí)際會(huì )帶來(lái)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(mén)升程和閥門(mén)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高效產(chǎn)生必要扭矩的模式〔圖3（b）〕。吸氣閥門(mén)的打開(kāi)正時(shí)不變，但通過(guò)改變關(guān)閉時(shí)間來(lái)控制導入發(fā)動(dòng)機內的吸氣。不用節流閥門(mén)而用吸氣閥門(mén)控制吸氣量以減少泵氣損失。

　　第三種模式在用吸氣閥門(mén)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)和空轉狀態(tài)〔圖3（c）〕。推遲吸氣閥門(mén)打開(kāi)的時(shí)機后，閥門(mén)在氣缸內變成負壓后才打開(kāi)，因此吸氣速度提高，能夠改善低負荷范圍內的燃燒。

　　第四種模式是負荷更低的極低負荷范圍內使用的模式，其特點(diǎn)是關(guān)閉曾經(jīng)打開(kāi)過(guò)的吸氣閥門(mén)然后再打開(kāi)的“兩次打開(kāi)”〔圖3（d）〕。通過(guò)在第二次打開(kāi)閥門(mén)時(shí)高速導入吸氣來(lái)促進(jìn)燃燒室內的空氣流動(dòng)，從而在吸氣量少的范圍內也實(shí)現良好的燃燒。

圖3：UniAir的閥門(mén)升程控制模式
根據發(fā)動(dòng)機的負荷狀態(tài)，區別使用四種模式

專(zhuān)門(mén)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(mén)驅動(dòng)機構復雜所以成本也會(huì )升高。其他公司雖然不能獲得UniAir那樣的自由度，但正通過(guò)改善原可變閥門(mén)正時(shí)機構和可變閥門(mén)升程機構的構造來(lái)提高控制自由度。

　　將可變閥門(mén)升程機構“VEL”和可變閥門(mén)正時(shí)機構“VTC”兩種機構投入使用的日立汽車(chē)系統（Hitachi Automotive Systems）估算，通過(guò)在吸氣閥門(mén)上組合VEL和在吸排氣閥上組合VTC，能夠將燃效提高約10％（VTC是該公司的叫法）。