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韩系车也有“VTEC”?首款量产CVVD发动机什么来头?

时间:2020-08-08   作者: XCP陈列 

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韩系车又搞事?首款量产CVVD发动机什么来头?

(起亚全新1.5T发动机)

对内燃机有一定了解的朋友,应该都知道目前内燃机的气门工况有“正时”、“升程”、“持续期”几个名词。简单化地理解,气门正时即气门开启及关闭的时机、气门升程即气门开启的深浅、气门持续期即气门开启/关闭后的持续时间。 而假如以上三个工况的数值都是固定的(例如开启时间固定,没有变化),其实在一定程度上会阻碍内燃机的效率(因为没有针对不同工况的最佳经济性数值)。

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所以这就引申出了连续可变气门正时(CVVT)、连续可变气门升程(CVVL),以及今天的连续可变气门持续期(CVVD)等技术的出现。

而最基础的CVVT简化来说就是让车辆在小负荷工况下(例如高速巡航等),发动机推迟气门开启,减少进气量。同理当发动机高负荷工况下(例如爬坡、急加速等),发动机控制气门提前开启,增加进气量,满足负荷增大的工况。这个技术在很多车辆上都有应用。

CVVL则是当车辆小负荷时,通过改变气门升程控制(深浅)代替了节气门控制,让节气门处的节流损失减少,并导致进气压力增加,最终使得缸内压力较高,换气过程消耗的功较少,泵气损失效率降低了。

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而今天的CVVD,则是前两者基础上演变进化而来,它既能保证CVVT的功能,又可以通过气门开启时间的长短(持续期)来达到CVVL改变升程的效果。换言之,如果说本田以前的VTEC是通过高低转的两种凸轮轴来获得高低进气量,那CVVD则是通过固定气门升程,但不同的开闭持续时间(长短)来到达同样的高低进气量效果。

那起亚是怎么达成这个效果的呢?

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(CVVD机构左右移动行程的螺纹)

首先起亚的CVVD发动机的凸轮轴会跟一个电控机构结合在一起,电控机构通过旋转来左右移动上方的轴体,从而带动调节下方凸轮的位置,使得凸轮的转速可以相对凸轮轴进行改变(形成相对的速度差)。

这样的设计是因为凸轮转动的时候,电机机构根会据当前工况调整凸轮需要偏移的位置,而凸轮又是打开气门的关键部件,所以凸轮转动的快慢(相对凸轮轴),就可以决定了气门打开的时长(也就说气门开启的持续期)。

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(CVVD慢、正常、快的工况示意图)

相信看完前面那段话,大家应该很疑惑,在同一轴体上,凸轮轴跟凸轮凸角如何形成相对转速差?这个是因为起亚让凸轮轴和凸轮之间并非硬连接(加上一套偏心轮结构),然后在此基础上再通过电机机构调整凸轮角与凸轮轴的角度,最后达成偏心轮原理。这也是使得气门开启的持续时间能由短到长无极变化的原因(没错,无极变化)。

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(凸轮的最高点和最低点)

可以看到图中所示凸轮的最高点和最低点,而且高低点之间的距离是线性调整的(并非固定),所以最终达到的气门开启持续期的区间是非常宽广的。

根据官方的资料显示,起亚的这套CVVD系统多达1400种设置,而且CVVD技术的气门持续期变化范围变大为108°~320°,相比于传统气门持续时间,已经是很大的提升。这范围是属于无极调节,其适用工况区间很大。

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(整套系统唯一的电机)

另外非常有意思的是,你会发现除了凸轮轴上方的电机机构(可单独更换),整个CVVD的结构都是纯机械式的,这就保证了后期的维护便利性及成本性。毕竟通俗点说,这个机构就是纯铁疙瘩,坏了也只需更换凸轮轴(正常使用下凸轮轴的损坏几率可想而知...)。

而前面也说到这套系统由高达1400中设置,那么对于部件的公差要求就非常高。所以起亚方面表示,在9年多的研发时间里面,他们已经有一套非常完整严谨的工艺标准来保证稳定性,一来二去,这种结构的稳定性得以保证。

那么最终疗效是?

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搭载了CVVD技术的1.5T发动机,最终得到了4%的性能提升、5%的燃油经济性提升、12%的废气排放减少。这已经是韩方研发人员费尽心思,以最低成本、最简单的机构来达到的最佳成果。

总结:

总体上看着很复杂,但CVVD的作用就是通过调节凸轮凸角和凸轮轴转速差来实现可变气门正时+气门开启保持时长的效果。也就是说虽然CVVD不能调整气门升程,但是通过气门保持时长的效果,是等同于调整气门升程的效果。这种内燃机的新技术,就和可变压缩比、压燃发动机一样,虽然原理和工作方式不一样,但最终目的都是为了提高内燃机的效率及体验。在电动化日益明显的情况下,这种技术的推进和开发也显得格外难能可贵吧。

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