易看就知道 | 现代/起亚CVVD技术 毫厘之间的黑科技

时间:2020-12-05 18:41   作者:孙旭东ps   点击:  

燃烧效率是燃油发动机的命门,为了提高对发动机进气的精确控制,发展出可变气门正时技术,几乎已经成为当今发动机的标配,而现代起亚集团把CVVD连续可变气门持续期的技术进行量产,今天我们就来就当今燃油发动机最先进的黑科技之一CVVD的核心技术进行一次深入浅出的解析。

最新款的索纳塔 参数 | 询价 | 图片 ) K5凯酷的推出,带出了集团新一代车型的两项技术亮点——i-GMP平台和CVVD发动机技术。CVVD技术首先出现在1.6T GDi SamrtStream直喷涡轮增压发动机上。

北京现代 索纳塔

起亚 K5凯酷

目前国内市场在售的的270T车型,搭载的1.5T发动机同样使用CVVD技术,有了CVVD技术发动机性能可提高4%以上,燃油率可提高5%以上,而尾气排放量可减少12%以上。

未来北京现代全新名图、途胜L的入门级动力车型都将使用此款1.5T发动机,北京现代即将推出的全新MPV车型也将使用该款发动机。

 

首先我们先了解一下气门对于活塞式发动机的作用,以便后面更好的理解“连续可变气门持续期”技术的意义。

以单个2阀气缸的工况为例,2阀代表2气门结构,一个负责气缸的进气,另一个负责气缸向外排气。现在大部分发动机的气缸都为为4气门结构,我们减少数量,以便更易理解。

1.进气:进气门打开/排气门关闭/活塞下行;

2.压缩:进气门/排气门同时关闭/活塞上行压缩空气;

3.做功:进气门/排气门同时关闭/火花塞点燃缸内气体推动活塞下行做功;

4.排气:进气门关闭/排气门打开/活塞上行排气。

完成这四步便是单个活塞完成一次做功的循环。

凸轮轴的顶端经过气门时,将气门顶开即为开,顶端滑过气门之后气门即会关闭,为了在不同工况下得到更高的燃烧效率,就要实现更精准的气门控制,从而进化出了可变气门正时技术(控制气门“早开早关”和“晚开晚关”)和可变气门升程的技术(控制气门“开大”和“开小”);都是为了对气缸内进气实现更精准的控制。

VVT旨在改变固定的进排气时间,在高转速工况下调整缸内配气,提升发动机的燃烧效率;VVL旨在不改变气门正时的请况下,改变气门升程,在同样的开启时间内换来更大的进气量,在高转速工况下达到高性能,低转速时提高效率。但是这二者都不能改变气门打开的时长。

气门凸轮轴的转速是与发动机曲轴的转速匹配,这种匹配极为精确,出现偏差会造成发动机严重的损坏。因此在很长一段时间内,只能做到气门早开或晚开,即正时可变(VVT);或者气门开度大小,即升程可变(VVL);虽然这两种在气门位置微小的调整变化,但已经为发动机调教带来了极大的性能/效率的提升,但是为了更精准的进气控制,这两种方式还是具有一定的瓶颈——凸轮轴的转速不能改变则锁定了气门开启的时长。

现在,的CVVD连续可变气门持续期技术正是在这一方面得到了解决,在发动机性能和油耗上可以更进一步得到兼顾和提升。

气门正时系统解释起来比较庞大,因此我们在此篇文章中不展开赘述,只剥离出CVVD技术的不同之处,为大家解析这项技术的核心奥义。即通过偏心旋转的原理改变了凸轮轴的转速,从而实现了气门开启时间的可变,也就是可变气门持续期。下面我们看图说话,来看看CVVD结构的妙处。

先来拆解一下结构,在不考虑凸轮轴的前提下,一根旋转的轴承如何可以改变转速?这里我们看示意图(下图),中央区域的黑色圆形为一个定速旋转的轴,通过紫色的机构与外部的绿色圆环相连,同心旋转时二者的旋转速度相同。

当紫色机构推动绿色圆环上下移动时,从而制造出不同的旋转半径。那么由于旋转的半径不同了,黑色圆形旋转速度不变的前提下,半径短的一侧旋转速度会比较慢,半径长的一侧旋转速度则比较快。这里涉及到一个线速度与角速度的关系。

我们先引入一个抽象的公式:线速度等于半径乘以角速度V=rω。

再来举一个生活中的具象案例:旋转木马想必大家都玩过,当你坐在转盘的边缘时,你会明显觉得眩晕感强烈,因为离圆心较远位置旋转的速度更快,当你在靠近转盘中间坐下,你的眩晕感就没有那么强烈,因为你离圆心较近位置旋转的速度较慢,但此时圆心的转速是没有变化的,而你的速度却因为半径的变化有了改变。

了解了线速度和半径有关,而与角速度无关的基础概念之后,我们可以继续向下讨论。

 

如果到这里还没有被绕晕的朋友,我们继续在此基础上增加一个凸轮部件。这个橙色凸轮通过红色的机构与绿色的圆环相连接,与黑色的中心不直接相连。

如图(上图)所见,橙色的凸轮旋转速度实际是受绿色圆环影响,通过绿色圆环的偏心运动,橙色凸轮轴和黑色圆心可以实现不同的旋转速度,当橙色凸轮的顶端滑过下方时实现了不同的速度。下方动图更加直观。

最左侧开启时间最长,最右侧开启时间最短,绿色圆环的轴心改变由电机驱动蜗轮蜗杆的实现调节,这个变化过程和幅度都非常的微小和迅速。这项技术可将气门开启的持续期做到在40mS到60mS之间无极可变,将发动机压缩比在4:1至10.5:1内进行灵活调整,不同工况下压缩比的改变也意味着更高的燃油效率和更低的油耗。

以上我们所浅析的是CVVD可变持续期技术的独到之处,它是在可变气门正时(VVT)和可变气门升程(VVL)的基础上将二者的优点融合,实现奥拓循环-阿特金森循环-米勒循环三者间的自由切换。现在市面上的发动机都只能实现循环-阿特金森循环或者循环-米勒循环,二者中间的切换。

CVVD在不改变气门升程的情况下,通过持续期的调整,来实现VVT的可变正时和VVL的改变进气量。除了CVVD技术,还要配合缸内直喷技术、涡轮增压、废气循环、更低运转阻力等技术和工艺相叠加,才能做到一台效率高、油耗低、排放合格的优秀发动机。

现代第十代索纳塔

CVVD技术打破了VVT和VVL技术都无法实现的气门持续期调节,现今内燃机发动机技术可以讲登峰造极,每向上进一步一小步都是极大的突破,的这项CVVD技术实现了更精准更自由的配气调节,值得尊敬。

起亚K5凯酷

但它可能有些生不逢时,从结果论的角度来讲,现阶段内燃机技术的提升可能对于消费者远不如电动车那瞬间爆发的扭矩来的直观,也不如电动车不定期的新系统推送让人期待。

不过作为内燃机技术的拥趸,笔者还是期待着/CVVD、马自达SKYACTIV X压燃这样百尺竿头更进一步的突破。

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