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話題

補(bǔ)充：淺談汽車引擎

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VVT，可變氣門技術(shù)

　　關(guān)鍵詞：雙VVT-i/VVT-i/i-VTEC/VVT/CVVT/CVTC/S-VT/MIVEC

　　VVT其實(shí)是Variable Valve Timing的縮寫，翻譯成中文就是可變氣門正時(shí)技術(shù)。

　　它是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。其主要設(shè)計(jì)思想是發(fā)動(dòng)機(jī)氣門升程和配氣相位定時(shí)可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況作實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。而我們常見的CVVT，就是在這個(gè)原理上增加了連續(xù)性的概念，即Continue。

　　CVVT的主要設(shè)計(jì)原理是通過電子控制系統(tǒng)改變凸輪軸打開進(jìn)氣門的時(shí)間早晚，從而控制所需的氣門重疊角。這項(xiàng)技術(shù)著重于第一個(gè)字母C(Continue連續(xù))，強(qiáng)調(diào)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況連續(xù)變化，時(shí)時(shí)控制氣門重疊角的大小，從而改變氣缸進(jìn)氣量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如怠速狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)延遲進(jìn)氣門打開時(shí)間，減小氣門重疊角，以穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如起步、加速、爬坡時(shí)，應(yīng)使進(jìn)氣門打開時(shí)間提前，增大氣門重疊角，以獲得更大的扭矩。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如高速行駛時(shí)，也應(yīng)延遲進(jìn)氣門打開時(shí)間，減小氣門重疊角，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于中等工況時(shí)，如中速勻速行駛時(shí)，CVVT也會(huì)相對延遲進(jìn)氣門打開時(shí)間，減小氣門重疊角，此時(shí)的目的是減少燃油消耗，降低污染排放。

　　CVVT系統(tǒng)包含通常包括：油壓控制閥、進(jìn)氣凸輪齒盤、曲軸為止感應(yīng)器、凸輪位置感應(yīng)器、油泵、引擎電子控制單元(ECU)等。

　　對于這項(xiàng)技術(shù)，許多廠家都已經(jīng)掌握，只不過名稱和具體實(shí)施細(xì)節(jié)略有不同。例如：寶馬公司叫做Vanos，豐田叫做VVTI，本田叫做VTEC，三菱叫MIVEC，日產(chǎn)CVTC，馬自達(dá)S-VT等等。

　　這里我們要著重介紹一下豐田的雙VVT-i和本田的i-VTEC技術(shù)。

第八代廣州本田雅閣配備的發(fā)動(dòng)機(jī)

　　雙VVT-i是目前豐田發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)家技術(shù)，也是目前最好的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)之一。VVT-i中的i代表intelligence，翻譯成中文就是只能可變氣門正時(shí)技術(shù)的意思，而單VVT-i一般只針對進(jìn)氣門進(jìn)行正時(shí)變化，而雙VVT-i顧名思義就是不光對進(jìn)氣門正時(shí)，而且還對排氣門也進(jìn)行正時(shí)控制變化。

天津一汽豐田卡羅拉配備的發(fā)動(dòng)機(jī)

　　其實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的開合并不是我們想象的那樣，完全按照沖程的開始與結(jié)束進(jìn)行的，而是受到進(jìn)排氣流慣性的影響，為了利用這種慣性，進(jìn)氣門打開比活塞到達(dá)上止點(diǎn)的時(shí)間開始稍早，排氣門的關(guān)閉比活塞到達(dá)上止點(diǎn)的時(shí)間稍晚，這樣一來，進(jìn)排氣門會(huì)出現(xiàn)同時(shí)打開的情況，將它按照活塞的夾角來計(jì)算，就稱之為氣門疊加角。不同轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)需要的氣門疊加角是不一樣的。沒有采用可變正時(shí)技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)在氣門疊加角方面只好采用折中的辦法，所以扭矩曲線會(huì)是馬鞍形，功率上也不是很高，它的低速和高速工作效率也受到影響，降低了經(jīng)濟(jì)性。有了VVT-i，這個(gè)疊加角就可以變，從而解決這一問題。雙VVT-i由于可以調(diào)整兩個(gè)凸輪軸，調(diào)整范圍更大，因此綜合性能會(huì)更好。

　　而科魯茲上的DVVT和豐田的雙VVT-i結(jié)構(gòu)原理是類似的，只是因?yàn)檎{(diào)校方式的不同，科魯茲1.8的升功率甚至比卡羅拉1.8的升功率還要高。

　　本田的VTEC的英文全稱是Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System，意思是“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)”。那個(gè)i同樣表示智能的意思。

　　過去本田只有雙頂凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)才標(biāo)i-VTEC，這個(gè)技術(shù)與豐田的雙VVT-i相比，可謂旗鼓相當(dāng)甚至還略占優(yōu)勢。不過從思域開始，越來越多的本田發(fā)動(dòng)機(jī)開始在單頂置凸輪軸的機(jī)型上標(biāo)注i-VTEC，情況就大大不同了。

　　雖然VVT-i和i-VTEC兩種技術(shù)都旨在提高進(jìn)排氣的效率，但是兩者之間還是有本質(zhì)區(qū)別的。VVT-i改變的是氣門開合的時(shí)間，而i-VTEC改變的則是氣門的行程。形象一點(diǎn)就好像是一扇門，為了控制好人流量，VVT-i改變的了門開關(guān)的時(shí)間，i-VTEC改變了門開合的大小。發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下對氣門行程需求也是不同的，就好比人在正常情況下不用嘴呼吸，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)則需要嘴的輔助一樣。常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)同樣只能折中，因此低速時(shí)進(jìn)氣負(fù)壓不足，高速時(shí)進(jìn)氣量又不夠大，不利于將發(fā)動(dòng)機(jī)的潛能發(fā)揮出來。

　　i-VTEC在改變行程的時(shí)候，正時(shí)也可以隨之改變，理論上“功能”比VVT-i多。不過鋒范和飛度上配的i-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)只有一個(gè)凸輪軸，因此它的正時(shí)和行程都只能分段調(diào)節(jié)，與進(jìn)排氣正時(shí)連續(xù)可調(diào)的雙VVT-i相比就要略遜一籌了。

代表車型

代表車型：新飛度1.5L/1.3L生產(chǎn)廠家：廣州本田應(yīng)用技術(shù)：i-VTEC

代表車型：雅力士1.6L生產(chǎn)廠家：廣州豐田應(yīng)用技術(shù)：雙VVT-i

代表車型：卡羅拉1.8L生產(chǎn)廠家：天津一汽豐田應(yīng)用技術(shù)：雙VVT-i

代表車型：雪佛蘭科魯茲生產(chǎn)廠家：上海通用應(yīng)用技術(shù)：DVVT

代表車型：領(lǐng)翔2.0L/2.4L生產(chǎn)廠家：北京現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)：CVVT

代表車型：新軒逸2.0L/1.6L生產(chǎn)廠家：東風(fēng)日產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)：CVTC

代表車型：戈藍(lán)2.4L生產(chǎn)廠家：東南三菱應(yīng)用技術(shù)：MIVEC

代表車型：天語SX4生產(chǎn)廠家：長安鈴木應(yīng)用技術(shù)：VVT

FSI，燃油分層直噴技術(shù)

關(guān)鍵詞：FSI/TSI/國產(chǎn)TSI/TFSI/SIDI/CGI/GDI

FSI是Fuel Stratified Injection的詞頭縮寫，意指燃油分層直噴技術(shù)。該技術(shù)利用一個(gè)高壓泵，使汽油通過一個(gè)分流軌道(共軌)到達(dá)電磁控制的高壓噴射氣門。它的特點(diǎn)是在進(jìn)氣道中已經(jīng)產(chǎn)生可變渦流，使進(jìn)氣流形成最佳的渦流形態(tài)進(jìn)入燃燒室內(nèi)，以分層填充的方式推動(dòng)，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。如果稀燃技術(shù)的混合比達(dá)到25：1以上，按照常規(guī)是無法點(diǎn)燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運(yùn)動(dòng)在火花塞周圍形成易于點(diǎn)火的濃混合氣，混合比達(dá)到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點(diǎn)燃后，燃燒迅速波及外層。

　　FSI發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比擁有更低的油耗、更好的環(huán)保和更大的輸出功率和扭力。燃油分層噴射技術(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃技術(shù)的一種，可以讓每一滴燃油都能更加充分的燃燒，從而節(jié)省汽車的燃油消耗量。

　　TFSI——加了渦輪的FSI

　　而TFSI實(shí)際上就是比FSI多了一個(gè)“T”字，這個(gè)“T”字代表的則是(Turbocharger)渦輪增壓技術(shù)，即在FSI發(fā)動(dòng)機(jī)上增加了一個(gè)渦輪增壓機(jī)。渦輪增壓是利用排氣的高溫高壓推動(dòng)廢氣渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在帶動(dòng)進(jìn)氣渦輪壓縮進(jìn)氣，提高空氣密度，同時(shí)電腦控制增大噴油量，配合高密度的進(jìn)氣，因此可以在排量不變的條件下可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

　　簡單點(diǎn)說就是廢物再利用，將排氣導(dǎo)入渦輪工作組，然后改變壓力，形成壓力差，增大發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壓力。由于廢氣渦輪是靠排氣推動(dòng)的，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速底時(shí)(待速)不啟動(dòng)，只要發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速足夠(通常在1500轉(zhuǎn)以上)渦輪增壓器就開始工作，在啟動(dòng)轉(zhuǎn)速范圍以上都持續(xù)工作。

　　TSI——渦輪-機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)

　　TSI發(fā)動(dòng)機(jī)其實(shí)是屬于更加先進(jìn)的技術(shù)，它把一個(gè)渦輪增壓器(Turbocharger)和機(jī)械增壓器(Supercharger)一起裝到一臺發(fā)動(dòng)機(jī)里面。因此，TSI是Turbo-charging(渦輪增壓)、Super-charging(機(jī)械增壓)和Injection(燃油直噴),Fuel Stratified Injection(分層燃燒)四個(gè)關(guān)鍵特色的首字母縮寫，其中S代表了機(jī)械增壓和分層兩個(gè)意思。

　　其實(shí)這種技術(shù)主要是彌補(bǔ)渦輪增壓器的不足之處，因?yàn)榘惭b有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)由于廢氣渦輪的慣性，會(huì)有發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)的遲滯現(xiàn)象。而機(jī)械增壓器則是由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸直接帶動(dòng)，能夠隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化而線性地改變自己的轉(zhuǎn)速。因此兩種方式結(jié)合可以互為彌補(bǔ)。2005年，大眾1.4升直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)首先搭載了這套系統(tǒng)，至今裝備到大眾量產(chǎn)乘用車的也只有這一款真正的TSI發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　說到這里，就不得不提到國產(chǎn)的速騰和邁騰等配備TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的車型了。這些發(fā)動(dòng)機(jī)雖然名字上也叫TSI，但技術(shù)上卻有所差別。

　　TSI國產(chǎn)版——實(shí)為TFSI

　　最大輸出功率118千瓦的邁騰1.8L EA888發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上就是TFSI發(fā)動(dòng)機(jī)，它里面并沒有機(jī)械增壓器，只是在字面上把F字省掉了。而速騰的1.4TSI跟前面的TSI發(fā)動(dòng)機(jī)是同一款，不過就省掉了里面的機(jī)械增壓器，最大功率只剩下96千瓦，“S”的含義也就變成了Stratified(分層)。

　　國產(chǎn)邁騰、速騰等車型使用的TSI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上跟前面說到的TSI并不相同，而是省略了機(jī)械增壓和分層燃燒的大連大眾發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)的EA888型號為國人打造的發(fā)動(dòng)機(jī)，最大輸出功率118千瓦。而進(jìn)口速騰的1.4TSI最高版所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是具有上面講的TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的功能，雙渦輪增壓+機(jī)械增壓+缸內(nèi)直噴+分層燃燒，最大輸出功率125瓦。即將上市的國產(chǎn)版速騰1.4TSI，可能使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是單渦輪增壓+機(jī)械增壓，沒有分層燃燒的直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，最大輸出1.4TSI_SAGITAR功率是110KW。

　　SIDI——來自通用的技術(shù)

　　對于缸內(nèi)分層燃燒的技術(shù)并不只有大眾擁有，美國通用公司也有類似的技術(shù)，那就是安裝在凱迪拉克CTS上SIDI發(fā)動(dòng)機(jī)。它采用了雙模的設(shè)計(jì)理念，配合D-VVT雙可變氣門正時(shí)技術(shù)。所謂雙模就是指發(fā)動(dòng)機(jī)在不同運(yùn)行情況下，采用分層稀薄燃燒模式和均質(zhì)燃燒模式，以達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和降低油耗的目的。

　　SIDI的優(yōu)勢在于其使用的并不是超高壓縮比技術(shù)，所以對燃油辛烷值的要求并沒有FSI和發(fā)動(dòng)機(jī)這么高，也不會(huì)因?yàn)閴嚎s比不夠而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法運(yùn)行。

　　CGI——分層汽油直噴

　　順便再提一下奔馳CGI發(fā)動(dòng)機(jī)。奔馳在幾年前就發(fā)布了CGI直噴汽油機(jī)產(chǎn)品，將直噴汽油機(jī)技術(shù)又向前推進(jìn)了一步。這款發(fā)動(dòng)機(jī)與大眾TSI的工作原理基本相同。不同點(diǎn)有二：一是奔馳現(xiàn)有的CGI發(fā)動(dòng)機(jī)上都沒有采用增壓技術(shù)；二是奔馳不再利用進(jìn)氣流作為混合氣分層填充的動(dòng)力，而是通過噴嘴來實(shí)現(xiàn)這一效果。

　　盡管奔馳CGI(即：Stratified-Charged Gasoline Injection，分層汽油直噴)發(fā)動(dòng)機(jī)在很多方面都有突破，但和其他直噴發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，它也面臨難以解決的問題，那就是因高壓縮比帶來的高溫副作用，產(chǎn)生過多的氮氧化合物的排放。奔馳用了專門的氮氧化合物凈化器以及傳感器來凈化，但該裝置是比三元催化器貴得多的器件。

　　采用類似直噴技術(shù)的還有三菱的GDI技術(shù)。

代表車型：邁騰，帕薩特1.8L/2.0L生產(chǎn)廠家：一汽，上海大眾應(yīng)用技術(shù)：國產(chǎn)版TSI

代表車型：Scirocco尚酷生產(chǎn)廠家：德國大眾應(yīng)用技術(shù)：TSI

代表車型：凱迪拉克CTS 2.8L/3.6L生產(chǎn)廠家：上海通用應(yīng)用技術(shù)：SIDI

代表車型：新奔馳E200/E250/E350生產(chǎn)廠家：奔馳應(yīng)用技術(shù)：CGI

VCM：可變排量控制技術(shù)

　　關(guān)鍵詞：VCM/DOD/AFM/MDS

　　下面介紹的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雖然不如上邊那幾個(gè)耳熟能詳，但他們的先進(jìn)程度和發(fā)展?fàn)顩r依然令人矚目。

　　早在上個(gè)世紀(jì)80年代，美國通用在第二代凱迪拉克Seville(賽威)，就采用了全新得鑄鋁缸蓋的HT-4100 V8引擎，這副引擎成為世界上第一副可變汽缸技術(shù)(VDE，Variable Displacement Engine)引擎，在不需要大功率的輸出時(shí)，可以控制關(guān)閉一半氣缸，以減少燃油的消耗。

　　但受限于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)落后，無法完成每秒200次的運(yùn)算，一些引擎甚至要采用機(jī)械的方式來控制，因此不僅節(jié)油效果不明顯，而且還存在可靠性差的問題。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可變排量控制技術(shù)已經(jīng)成為可能。2005年上海通用推出全新的君越轎車，頂級版就搭載了一副AFM V6 3.0L引擎，AFM(Active Fuel Management)譯為“智能燃油管理系統(tǒng)”，這副引擎的亮點(diǎn)就是采用先進(jìn)的DOD(Displacement on Demand)可變排量控制技術(shù)。當(dāng)引擎負(fù)荷較小時(shí)，DOD會(huì)發(fā)出指令關(guān)閉其中的3個(gè)氣缸，以達(dá)到省油的目的。君越的DOD技術(shù)不僅可以節(jié)省最高達(dá)8%的油耗，而且氣缸切換時(shí)非常平順，完全沒有震動(dòng)，駕駛者已經(jīng)感覺不到。

　　本田的VCM技術(shù)其指導(dǎo)思想與通用的DoD相類似。

　　VCM，即Variable Cylinder Management。是本田公司研發(fā)的一種可變汽缸管理技術(shù)。傳統(tǒng)的可變氣缸技術(shù)只是應(yīng)用于V8、V12等多氣缸引擎，而且一般只能關(guān)閉雙數(shù)的氣缸。但本田開發(fā)的VCM技術(shù)，可通過關(guān)閉個(gè)別氣缸的方法，使到3.5L V6引擎可在3、4、6缸之間變化，使得引擎排量也能在1.75-3.5L之間變化，從而大大節(jié)省燃油。

　　得益于本田經(jīng)營多年的i-VTEC技術(shù)，使得VCM技術(shù)更加成熟。只需在VTEC機(jī)械結(jié)構(gòu)中加入一些新設(shè)計(jì)，就可以方便地做到在關(guān)閉氣缸的同時(shí)，可以改變氣門的正時(shí)，不僅讓正在工作的氣缸進(jìn)排氣更有效率，而且更可以停止被關(guān)閉氣缸的進(jìn)、排氣動(dòng)作。廣州本田的第八代雅閣3.5L是首先應(yīng)用VCM技術(shù)的車型。

　　MDS——8缸與4缸的完美轉(zhuǎn)換

　　MDS是英文Multi Displacement System的簡稱，翻譯成中文就是多段式排氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它作為奔馳特有的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，隨著1998年戴姆勒•奔馳與克萊斯勒的聯(lián)姻，也逐漸被克萊斯勒旗下眾多車型所采用，其中就包括5.7升V型8缸HEMI發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　MDS系統(tǒng)的靈魂在于奔馳掌握了如何提高電控裝置反應(yīng)速度以及用于控制系統(tǒng)的更加成熟的算法等先進(jìn)技術(shù)，但氣門挺柱卻是實(shí)現(xiàn)汽缸禁用最重要的機(jī)械設(shè)備。這種特殊的兩件式滾輪挺柱的內(nèi)部機(jī)構(gòu)和外部套筒并非硬性連接，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于8缸工作狀態(tài)的時(shí)候，它的內(nèi)外兩部分被兩個(gè)受到彈簧作用力的鏈接銷鎖死，這時(shí)挺柱的內(nèi)外部分都隨凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而可以推動(dòng)頂桿正常的控制氣門開合。然而，當(dāng)機(jī)油溫度傳感器感知發(fā)動(dòng)機(jī)處于輕負(fù)荷的情況時(shí)，管理電腦會(huì)接通電磁閥電源，電磁閥通電后把更高的機(jī)油壓力傳遞到與其相對應(yīng)的挺柱并將鏈接銷推入，從而使挺柱內(nèi)部與套筒分離，此時(shí)外部的套筒隨著凸輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)，而內(nèi)部的推桿已經(jīng)失去了作用。最終的結(jié)果就是頂桿失去了推動(dòng)力，從而氣門的彈簧機(jī)構(gòu)就可以保證氣門一直處于關(guān)閉狀態(tài)。氣門關(guān)閉后，汽缸內(nèi)部的火花塞放電以及燃料注入的工作也將停止，發(fā)動(dòng)機(jī)最終處于4缸工作狀態(tài)。

　　MDS系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作汽缸在8缸和4缸之間切換，它最大的好處就是提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　克萊斯勒對其進(jìn)行的長期測試表明，在市區(qū)和高速公路行駛時(shí)MDS的使用率分別為17%和48%，總體平均使用率為40%，這樣在各種行駛條件下，估算的燃油經(jīng)濟(jì)性將提高20%，而預(yù)計(jì)燃油經(jīng)濟(jì)性總體將提高10%。

　　MDS系統(tǒng)的另外一個(gè)成功之處就是汽缸的切換可以在0.04秒內(nèi)安靜的完成，如此靈敏的切換速度使得MDS系統(tǒng)真正具有了實(shí)用價(jià)值。因?yàn)橹挥徐`敏的切換才能實(shí)實(shí)在在的達(dá)到節(jié)油的目的，才能讓駕駛員不會(huì)為了適應(yīng)它而去改變駕駛習(xí)慣，同時(shí)只有靈敏、安靜的切換才不會(huì)影響到乘坐的舒適性。