在即将上市的新一代K5凯酷 1.5T发动机上,现代起亚首次展示了一种名为CVVD(Continuously Variable Valve Duration)的全新“黑科技”。按照官方的说法,这项技术是继CVVT、D-CVVT、CVVL之后的第四代气门控制技术,且是现代起亚集团全球首创。今天我们就来看看,这项气门控制技术究竟有没有那么“神”。
▲什么是CVVT?
奥拓循环:曲轴转两圈,凸轮轴转一圈
往复式四冲程活塞发动机,曲轴和凸轮齿轮(凸轮轴)是通过链条或皮带连接的,曲轴转两圈,凸轮轴转一圈,进/排气门各开启一次,这就是一个完整的奥拓循环。
奥拓循环的四冲程发动机
要了解气门控制,我们首先得带大家梳理一下高中数学:怎样定义波?要确定一个波的属性需要三大要素,相位、振幅以及频率。为什么要说这三个要素,因为发动机气门开启方式跟波一样,存在一定的周期性。而如何实现气门控制,也得从这三个要素下手。
CVVT:进气会被排出去一点
言归正传,CVVT又叫可变气门正时系统,它的凸轮齿轮和凸轮轴不是硬连接的,这就使得进气凸轮不会按照严格的“进气开、压缩关”进行工作,而是可以错开一定的位置。大部分厂商的做法都是,在压缩冲程时,延迟进气门关闭,让本来已经吸入气缸的空气再排出去一部分,这就使得发动机的膨胀比大于压缩比,从而提高发动机工作效率。
蓝色虚线表示气门关闭延迟
所以,CVVT又叫气门相位调节系统,它可以让气门开闭在一个周期内前后平移,实现米勒循环。
▲什么是CVVL?
本田i-VTEC
如果说波的相位对应的是CVVT技术的话,那么波的振幅对应的就是CVVL技术,这玩意儿又叫可变气门升程控制系统,改变的气门开启的幅度。
排气侧CVVL,凸轮轴更复杂
典型的奥拓循环发动机,其凸轮轴上的凸轮隆起是固定的,这就意味着气门被顶开的大小也是固定的。而CVVL技术(以本田i-VTEC为例),一个气门由多个凸轮控制,当需要大马力输出的时候,发动机会自动切换到隆起更高、开启时间更长的凸轮上,让发动机更高效吸气和排气,配合更多大量的喷油,提高整机的爆发力。
红色实线表示气门开启幅度更大
所以,CVVL又叫气门幅度调节系统,它可以让发动机更大口呼吸新鲜空气,就像运动员一样。
凯迪拉克的可变气缸技术
值得一提的是,我们熟知的可变气缸技术,也是通过凸轮系统实现的,所谓关闭气缸,并不是活塞不动了,而是切入特殊的凸轮始终不开气门,也不喷油,不点火,相当于关闭部分气缸。
▲什么是CVVD?
解释了CVVT和相位、CVVL和振幅的对应关系,那剩下来的CVVD当然对应的是波的频率。
起亚的CVVD技术,又名可变气门持续期系统。它可以通过一套偏心执行机构,让凸轮轴在一个周期内以不均匀的转速转动,进而控制气门被顶开的时长。例如,当需要大量进气的时候,凸轮在顶开气门时转得更慢一点,气门开启时间就更长一点,这样就可以提高动力输出。
红色实线表示气门开始时间更长
认真看到这的同学们应该会发现,说CVVD对应的是频率有点不严谨。因为气门的频率是直接由发动机转速决定的,跟用什么方法开/闭气门没关系。因而,更准确的说法应该是,CVVD改变的是一个循环内,气门开启持续时间占整个周期的比例。
宝马连续可变气门升程系统
实际上,除了CVVD外,我们可以发现上面的CVVL其实也可以改变气门开启时间的长短,虽然凸轮轴转速不变,但因为凸轮更长更圆或者更短更尖,本身就代表着气门会被定开更长时间。区别在于,CVVL的调控范围小了点,且没法连续可控。
▲现代起亚的1.5T发动机有何玄妙?
现代起亚的Smartstream系列1.5T发动机通过CVVD实现了气门开启时长的可控,从而可以运行三种模式,即:压缩比大于膨胀比(高性能模式),压缩比等于膨胀比(奥拓循环,标准模式),压缩比小于膨胀比(米勒循环,省油模式)。
而按照官方的说法,配备CVVD技术可以让这台1.5T发动机性能提高4%,燃油效率提升了5%,尾气排放量减少12%。在新一代K5凯酷上,搭载该发动机的车型其综合工况油耗仅5.6L/100km。
●关于各大车企发动机的“呼吸之道”
为了达到节能减排的目的,各大车企在发动机“呼吸系统”上可谓绞尽脑汁,但大方向还是有区别的。
丰田、宝马、本田、现代起亚玩的是凸轮轴
丰田VVT-i、马自达的SKYACTIV-G是CVVT,可以实现更高压缩比;本田的i-VTEC、宝马的B48在此基础上增加了CVVL,进一步提高爆发力;现代起亚的CVVD首次实现了气门开启时长的可控,算是一大创举。以上这些,都是通过凸轮系统实现了发动机“呼吸”的高度可控,甚至能让发动机能在多种循环方式下运行。
日产和长城则在曲轴上下方功夫
另外还有日产的VC-T 2.0T,长城汽车正在研发的2.0T发动机(已申请传利),这两位则是在曲轴上下功夫,通过执行机构让活塞行程有实质性改变,进而实现可变压缩比。
其他方面,现在350Bar高压直喷逐渐成为主流,双喷射系统也不再稀罕,什么双涡管增压、集成式排气等等更是满大街都是,马自达的SKYACTIV-X甚至玩出了汽油机均质压燃。真可谓是八仙过海,各显神通。至于大部分自主品牌,目前在新技术的创新上大多都是拾人牙慧,缺乏首创,虽不愿意承认,但这是事实。