(起亞全新1.5T發動機)
對內燃機有一定了解的朋友,應該都知道目前內燃機的氣門工況有“正時”、“升程”、“持續期”幾個名詞。簡單化地理解,氣門正時即氣門開啓及關閉的時機、氣門升程即氣門開啓的深淺、氣門持續期即氣門開啓/關閉後的持續時間。 而假如以上三個工況的數值都是固定的(例如開啓時間固定,沒有變化),其實在一定程度上會阻礙內燃機的效率(因為沒有針對不同工況的最佳經濟性數值)。
所以這就引申出了連續可變氣門正時(CVVT)、連續可變氣門升程(CVVL),以及今天的連續可變氣門持續期(CVVD)等技術的出現。
而最基礎的CVVT簡化來説就是讓車輛在小負荷工況下(例如高速巡航等),發動機推遲氣門開啓,減少進氣量。同理當發動機高負荷工況下(例如爬坡、急加速等),發動機控制氣門提前開啓,增加進氣量,滿足負荷增大的工況。這個技術在很多車輛上都有應用。
CVVL則是當車輛小負荷時,通過改變氣門升程控制(深淺)代替了節氣門控制,讓節氣門處的節流損失減少,並導致進氣壓力增加,最終使得缸內壓力較高,換氣過程消耗的功較少,泵氣損失效率降低了。
而今天的CVVD,則是前兩者基礎上演變進化而來,它既能保證CVVT的功能,又可以通過氣門開啓時間的長短(持續期)來達到CVVL改變升程的效果。換言之,如果説本田以前的VTEC是通過高低轉的兩種凸輪軸來獲得高低進氣量,那CVVD則是通過固定氣門升程,但不同的開閉持續時間(長短)來到達同樣的高低進氣量效果。
那起亞是怎麼達成這個效果的呢?
(CVVD機構左右移動行程的螺紋)
首先起亞的CVVD發動機的凸輪軸會跟一個電控機構結合在一起,電控機構通過旋轉來左右移動上方的軸體,從而帶動調節下方凸輪的位置,使得凸輪的轉速可以相對凸輪軸進行改變(形成相對的速度差)。
這樣的設計是因為凸輪轉動的時候,電機機構根會據當前工況調整凸輪需要偏移的位置,而凸輪又是打開氣門的關鍵部件,所以凸輪轉動的快慢(相對凸輪軸),就可以決定了氣門打開的時長(也就説氣門開啓的持續期)。
(CVVD慢、正常、快的工況示意圖)
相信看完前面那段話,大家應該很疑惑,在同一軸體上,凸輪軸跟凸輪凸角如何形成相對轉速差?這個是因為起亞讓凸輪軸和凸輪之間並非硬連接(加上一套偏心輪結構),然後在此基礎上再通過電機機構調整凸輪角與凸輪軸的角度,最後達成偏心輪原理。這也是使得氣門開啓的持續時間能由短到長無極變化的原因(沒錯,無極變化)。
(凸輪的最高點和最低點)
可以看到圖中所示凸輪的最高點和最低點,而且高低點之間的距離是線性調整的(並非固定),所以最終達到的氣門開啓持續期的區間是非常寬廣的。
根據官方的資料顯示,起亞的這套CVVD系統多達1400種設置,而且CVVD技術的氣門持續期變化範圍變大為108°~320°,相比於傳統氣門持續時間,已經是很大的提升。這範圍是屬於無極調節,其適用工況區間很大。
(整套系統唯一的電機)
另外非常有意思的是,你會發現除了凸輪軸上方的電機機構(可單獨更換),整個CVVD的結構都是純機械式的,這就保證了後期的維護便利性及成本性。畢竟通俗點説,這個機構就是純鐵疙瘩,壞了也只需更換凸輪軸(正常使用下凸輪軸的損壞幾率可想而知...)。
而前面也説到這套系統由高達1400中設置,那麼對於部件的公差要求就非常高。所以起亞方面表示,在9年多的研發時間裏面,他們已經有一套非常完整嚴謹的工藝標準來保證穩定性,一來二去,這種結構的穩定性得以保證。
那麼最終療效是?
搭載了CVVD技術的1.5T發動機,最終得到了4%的性能提升、5%的燃油經濟性提升、12%的廢氣排放減少。這已經是韓方研發人員費盡心思,以最低成本、最簡單的機構來達到的最佳成果。
總結:總體上看着很複雜,但CVVD的作用就是通過調節凸輪凸角和凸輪軸轉速差來實現可變氣門正時+氣門開啓保持時長的效果。也就是説雖然CVVD不能調整氣門升程,但是通過氣門保持時長的效果,是等同於調整氣門升程的效果。這種內燃機的新技術,就和可變壓縮比、壓燃發動機一樣,雖然原理和工作方式不一樣,但最終目的都是為了提高內燃機的效率及體驗。在電動化日益明顯的情況下,這種技術的推進和開發也顯得格外難能可貴吧。