凭着 VTEC,本田在日系车辉煌的 90 年代打造了一系列著名高性能引擎,VTEC 也成了本田粉丝的信仰所在 。
几十年过去,VVL 可变气门升程已经为多数品牌所掌握,有些还通过各种独门方法,实现了能够无极连续调节的可变升程(VTEC 是两级可调) 。典型如宝马的看家技术 Valvetronic、日产的 VVEL,用电机控制手段,实现了全程连续可调的可变气门升程 。
基于可变气门的进气调节技术,这几十年来,大体上就是VVT 可变正时和VVL 可变升程两大类 。在实现了电机控制的无极调节后,继续优化 VVT 和 VVL 的价值已经不大,两段调节的本田 VTEC 到今天依然在发光发热 。至于柯尼塞格使用的 Freevalve 技术,彻底去掉了机械正时传动,全面由电子系统直接控制气门,虽然效果拔群,但成本和可靠性难以用于大众市场 。
然而对于一些之前在内燃机领域相对落后的车企,跳过 VVT 和 VVL 直接研发“新东西”,就是一个划得来的选择 。
可变的开门时长
2020 年,现代在这个时候拿出了自己的得意之作:可变气门持续期 CVVD 技术 。这是第一个实现无极调节进排气门正时与持续时长的气门控制技术 。
可以这么理解,VVT 是调节“气门开启那段时间”出现得早一点还是晚一点,VVL 是调节气门开启幅度的大小,而 VVD 是调节“气门开启那段时间”的持续时长(也就同时控制了开门动作的早晚) 。至于 C 代表的是无极、连续可调(continuously) 。
现代这个 CVVD 技术,首先是可以变相改变进气门开启的时机,覆盖了传统 VVT 调节气门重叠角的功能;和 VVL 相比,可变气门升程的根本目的是改变进气效率、调整单位时间进气量、最终调节进气量,而 CVVD 可调节的气门持续时长同样能达到这一效果 。只不过 VVL 是改变开门幅度大小,VVD 是改变门开启的时长 。
VVT 和 VVL 都好理解,VVT 改变气门打开的早晚,把对应的凸轮偏转一个角度就是了;VVL 改变气门打开的幅度,切换到一个凸起更大的凸轮就好了 。VVD 要改变气门打开的持续时间,而且是无极调节,难道要让金属凸轮的形状连续可变吗?又不是气球 。
CVVD 技术要实现的效果看似复杂,基本原理却也简单,但细想你又不得不叹服“这是咋想出来的” 。CVVD 技术的基础原理,可以归纳为“轴心错位会让物体旋转过程的半圈变快,另外半圈变慢,而总体转速不变” 。
先忽略掉黄色代表的凸轮,橙色连杆是套在蓝、紫色杆上,可以延着蓝、紫杆自由滑动 。以最左边为例,当橙色连杆向左偏移,偏离原本的共同旋转中心,如果以紫色连杆为参考系,你会发现蓝色连杆在旋转到左边半圈时变慢,转到右边半圈时又加快,最终转完一整圈的用时不变,即蓝色杆总体转速还是与紫色杆同步 。
调整橙色连杆偏离原旋转中心的距离,可以改变蓝色杆转到左侧时变慢、转到右侧时变快的幅度(或者说改变转速差),从而实现连续的无极调节 。
现在,把紫色杆想象成发动机凸轮轴,所以转速是始终稳定不变的;蓝色代表着控制气门动作的凸轮,我们要改变的就是它的运动;上面的左右半圈,对应着控制气门的半圈和另外半圈 。把橙色连杆的旋转中心向一侧偏移,凸轮在旋转到这半圈时速度就会变慢,控制气门开启的持续时间变长;但转到另一半圈时转速又会加快,“追上”紫色凸轮轴的转速,于是同步进入下一个整圈 。
总之,就是借助一个第三连杆的偏移,让旋转过程的其中一半减速,转到另一半时再加速(或者反之),所以整体上还是能保持每一圈同步 。但气门控制只与其中的半圈相关,所以控制其中一半的转速快慢,就可以调整气门开启持续期的长短,并且可以做到无极连续可调 。
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