全球可變氣門正時vvt技術大比拼

www.ciaranmcbreen.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：俠名類別：汽車構造維修時間：2012-07-06

自然吸氣引擎篇---可變氣門正時（VVT）技術大比拼
目前國內汽車市場中，渦輪（TUBRO）引擎已經(jīng)憑借大眾奧迪等廠商的多年努力有了相當程度的推廣，但制造維護成本更低、更可靠的自然吸氣（NA）引擎卻依然占領著大部分市場。而提到自然吸氣引擎我們就不得不習慣性的提起三個字母--VVT，這也是本篇文章介紹的重點。
在這之前我們有必要簡單了解一些汽車引擎的基本知識。以我們在初中物理中學到的內燃機知識為基礎，平時大家常說發(fā)動機的排氣量是一個最大值。發(fā)動機實際工作效率取決于進氣效率，即進入氣缸的混合氣與排氣量的比。氣門正時，尤其是進氣遲閉角，對發(fā)動機充氣效率有直接影響。當發(fā)動機高轉速時，增大進氣遲閉角，有利于提高充氣效率、提高最大功率。而當發(fā)動機處于低轉速時，減小進氣遲閉角，能防止氣體被推回進氣管，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。傳統(tǒng)的氣門機構調整，也就無法進一步提高發(fā)動機性能。
20世紀60年代起，工程師們開始致力于VVT（Variable Valve Timing）可變氣門正時的研究。最早開發(fā)出成型技術的是菲亞特和通用，但受技術和成本的限制并沒有量產(chǎn)。1982年的阿爾法"羅密歐Spider 2.0是最早采用VVT技術的量產(chǎn)車。
廠商總吹噓自己的可變氣門正時技術多么先進，事實真是如此嗎？在答案揭曉之前，先賣個關子，介紹一下VVT技術的相關知識，以及VVT的幾個關鍵詞解惑。
VVT 對比 CVVT
CVVT（連續(xù)可變氣門正時）就是擁有“Coutinous”連續(xù)能力的VVT，是眾多VVT中的一個種類。目前絕大多數(shù)廠商都擁有CVVT技術，一般通過一個凸輪軸位置調節(jié)機構來實現(xiàn)（本田的i-VTEC是個異類）。從性能上看，CVVT與VVT的最大功率與最大扭矩并無太大區(qū)別，但在中間轉速時，CVVT的扭矩更大，且扭矩曲線更為平滑。
氣門升程
氣門升程的作用就像一個水龍頭，直接決定了發(fā)動機的進氣速度。在高轉速時配合較大的氣門升程能大幅提升發(fā)動機的最大功率。低轉速時發(fā)動機的單位時間進氣量本來就小，也就不需要很高的進氣速度，減小氣門升程有助于形成渦流，提高充氣效率。將氣門升程的連續(xù)可變技術用于量產(chǎn)車的目前僅有寶馬一家（注意是“連續(xù)”可變，本田也能對氣門升程做出調節(jié)但為階段式可變），作用同樣是提升中低轉速扭矩，但效果并不明顯。
VVT 對比 VIM
VIM既可變進氣歧管技術。在低轉速時，細長的進氣歧管有助于形成渦流；高轉速時，粗短的進氣歧管能增加進氣量，保證充足的空氣供應。與VVT相比，VIM只能算是一種輔助。事實上，很多廠商也只是將VIM作為VVT的配套設備，比如馬自達的S-VT+VIS。
VVT 對比增壓
VVT與增壓的關系，就像劍術與刀法，同樣是克敵技藝，卻是王道與霸道兩種截然不同的風格。VVT通過改善條件提升充氣效率，增壓（無論是哪種增壓方式）都是以強制進氣來提升充氣效率。哪種方式更好很難說清，就連廠家也是各自有不同的傾向。但是有兩點是可以肯定的：一是VVT與增壓共存時，發(fā)動機性能與單有增壓時相差無幾；二是從單位排氣量的功率來看，增壓的效果要更好。
SOHC 對比 DOHC
SOHC表示單頂置凸輪軸發(fā)動機，即一個進氣門一個排氣門。低轉速時扭據(jù)較同排量DOHC發(fā)動機大，爆發(fā)力更好，動力一般在4000-4500轉或者以上爆發(fā)。DOHC表示雙頂置凸輪軸發(fā)動機，一般每缸有多個氣門，普遍是4氣門（即2個進氣門2個排氣門），多氣門發(fā)動機燃燒更充分，能讓更多新鮮空氣進入發(fā)動機，排放效率更好，動力爆發(fā)點要早一些，基本上處于2500-3500轉左右。相比較而言DOHC技術更先進，SOHC更適合走走停停的城市道路而且結構簡單維護保養(yǎng)成本更低。
各大廠商的VVT技術（排序按在VVT技術領域的影響力）
【本田VTEC】



本田的VTEC技術，是VVT發(fā)展史上的里程碑。正是兼顧性能與成本的VTEC出現(xiàn)，才讓VVT技術開始大行其道。本田VTEC目前已經(jīng)發(fā)展到第三代i-VTEC（智能可變氣門正時及升程電子控制系統(tǒng)），該系統(tǒng)由一個三段式的VTEC和VTC 控制器組成。VTEC通過凸輪軸上的高低行程兩組凸輪和驅動氣門的兩級搖臂機構來實現(xiàn)對氣門正時和升程的控制，凸輪和搖臂共有三種組合，是一種階段式的VVT系統(tǒng)。VTC能根據(jù)發(fā)動機轉速和負荷，調整進排氣正時的重疊角，讓i-VTEC具有連續(xù)可變正時的性能。目前本田所有成型的i-VTEC引擎均為同時控制進排氣門。本田自2002年開始在旗下所有車型中全面使用i-VTEC，但需注意的是本田還有一種SOHC i-VTEC。SOHC i-VTEC以三段式的VTEC為基礎，沒有VTC（VTC只能用于DOHC），增加了一個省油模式。在省油模式下，節(jié)氣門在低轉速也保持全開，從而提升發(fā)動機的進氣效率，達到省油的目的。國產(chǎn)的思域1.8L和雅閣2.0L用的都是這種SOHC i-VTEC。
【寶馬VANOS】
寶馬的Double VANOS+Valvetronic是目前唯一能做到連續(xù)可變氣門正時和升程的系統(tǒng)。VANOS通過一個液壓驅動的杯型齒輪，聯(lián)接凸輪軸和鏈輪，通過杯型齒輪的動作提前或延遲凸輪軸的轉動，從而實現(xiàn)連續(xù)可變氣門正時。Double VANOS就是進排氣都有VANOS來控制。Valvetronic使用液壓調整的搖臂來控制氣門升程，不同于其他氣門升程調節(jié)機構只是階段式的，Valvetronic可以做到連續(xù)調節(jié)。Double VANOS+Valvetronic系統(tǒng)在功能上接近完美，結構也非常清晰，但對液壓部件的要求非常高，因此成本一直居高不下。
【豐田VVT-i】



豐田最早在1992年的卡羅拉車型上使用了搭載VVT技術的4A-GE發(fā)動機，但只是氣門正時二階段可變的。1996年，豐田推出了VVT-i，并沿用至今。VVT-i的結構類似于寶馬的VANOS，不同的是VANOS通過液壓機械結構，而VVT-i通過電機提前或延遲凸輪軸的轉動，控制精度沒有VANOS那么高。同樣，雙VVT-i就是進排氣都有VVT-i。同是日本最具代表性的汽車廠商，豐田的自然吸氣發(fā)動機始終不如本田，2001年他們決定反戈一擊。新推出的塞利卡SS-II，使用編號為2ZZ-GE的1.8L發(fā)動機，該發(fā)動機采用VVTL-i技術，L既“Left”，表示該技術能對氣門升程做出調節(jié)。有趣的是，VVTL-i的氣門升程調節(jié)機構與本田的VTEC非常相似，也僅有兩段調節(jié)。國內目前還沒有使用VVTL-i技術的豐田車型。
【保時捷VarioCam Plus】



保時捷的VarioCam Plus結合了VTEC和VANOS的特點。在調節(jié)氣門正時方面，采用了與VANOS近似的做法。但VarioCam Plus沒有搖臂機構，而是直接用凸輪軸推動氣門，采用與VTEC類似的高低行程兩組凸輪，達成對氣門升程兩段調節(jié)的功能。保時捷的車比較稀少，所以VarioCam Plus在國內名氣也不是那么大。據(jù)說VarioCam Plus的特性非常類似于早期的VTEC，在特定轉速開啟之后能給發(fā)動機性能帶來質的飛躍。
【通用DVVT】



通用的“VVT”系統(tǒng)（加引號以示區(qū)別），是一套連續(xù)可變的VVT系統(tǒng)，技術含量較高。無論對于OHV或OHC形式的發(fā)動機都能匹配，是通用VVT系統(tǒng)的最神奇之處。通用在其一系列高性能V6發(fā)動機（HFV6）中運用了進排氣連續(xù)可變氣門正時和電子節(jié)氣門技術，但是通用并沒有對這項技術命名。此外HFV6系列發(fā)動機為序列式燃油直噴。通用新君威，科魯茲搭載源自歐寶的ECOTEC引擎，技術含量還是很高的。
【日產(chǎn)N-VCT】



1993年日產(chǎn)開始采用福特的VCT技術，自稱N-VCT。N-VCT是最早期的VVT，只能對進氣正時進行階段式的調節(jié)，但是結構簡單效果不錯，到目前還廣泛運用于旗下的發(fā)動機，比如VQ35DE。1997年～2001年，日產(chǎn)在其RB系列發(fā)動機上使用了VVL技術，該技術非常類似VTEC。唯一的區(qū)別是，VVL的氣門升程和正時是分開控制的。目前廣泛用于日產(chǎn)小型車的HR16DE、MR20DE發(fā)動機（騏達，軒逸所搭載）采用的是2004年公布的CVTC技術，該技術類似豐田VVT-i，能對進氣正時做連續(xù)可變控制。
【大眾奧迪集團】



各位應該很少聽說大眾的VVT技術，這是因為從技術上說VVT和渦輪增壓是相沖突的，一個需要精確控制一個是填鴨式的。大眾曾在其EA117平臺1.8T發(fā)動機的后期型號使用過保時捷的VarioCam技術，但渦輪與VarioCam合作的結果卻是1+1<2，效果不理想。就目前的TSI技術來說，開發(fā)與之配套的VVT系統(tǒng)意義不大，而且成本較高，所以大眾干脆專心于直噴發(fā)動機。此外09年1月國內上市的新一代奧迪A4上裝備了奧迪自行研發(fā)的AVS（氣門升程控制系統(tǒng)），其原理與本田的VTEC差不多，這款AVS與增壓結合的引擎會表現(xiàn)如何還有待市場的考驗。
【阿爾法"羅密歐Variator】



阿爾法"羅密歐雖然最早量產(chǎn)使用VVT技術汽車，卻沒有發(fā)展更先進的VVT技術。他們的Twin Spark發(fā)動機已經(jīng)生產(chǎn)了22年，從1994年開始，Twin Spark 16v系列的1.8L、2.0L發(fā)動機開始使用Variator技術。Variator幾乎和寶馬的VANOS一模一樣，從今天看，數(shù)據(jù)上已經(jīng)比較落伍。阿爾法"羅密歐的最新技術來自通用的HFV6發(fā)動機。
【馬自達S-VT】



馬自達的S-VT結構類似于寶馬的VANOS。不過馬自達通過一系列工作來改善發(fā)動機的工作效率，包括VIS可變進氣歧管控制、VICS可變渦流控制等，從其他方面完善了發(fā)動機的進氣性能。
【福特VCT】



福特一直都在使用自己開發(fā)的VCT技術，由于福特并不將VCT作為主要賣點，多年來也沒有投入太多精力在上面。至于長安福特蒙迪歐-致勝的i-VCT技術，其實就是馬自達的S-VT，而Duratec HE發(fā)動機也就是稍作修改的馬自達MZR發(fā)動機。
【標致雪鐵龍集團】



PSA與寶馬合作開發(fā)了一套CVVT系統(tǒng)。整套系統(tǒng)相當于簡化版的VANOS，用于一系列小排量，其中最著名的當屬Mini Cooper使用的Prince發(fā)動機。
【克萊斯勒】



上面提到的Prince發(fā)動機，其前身是克萊斯勒、羅孚和寶馬合作開發(fā)的Tritec發(fā)動機。2005年克萊斯勒與寶馬一拍兩散，聯(lián)合三菱、現(xiàn)代組成GEMC世界發(fā)動機聯(lián)盟，開發(fā)“世界”發(fā)動機。我們很驚奇地看到“世界”同樣采用名為CVVT的技術，從結構上看和PSA的也沒什么區(qū)別的。不妨大膽猜測，其實無論是克萊斯勒、現(xiàn)代起亞集團的CVVT都是源于寶馬的VANOS。
【三菱MIVEC】



三菱的MIVEC因為Evolution IX而變得非常著名。MIVEC的結構類似本田的VTEC（注意沒有i）。所以除了渦輪增壓的Evolution IX，其他采用MIVEC技術的發(fā)動機性能都較差。
各家VVT技術孰優(yōu)孰劣
為了量化地評價各家的技術，我們把結構的先進程度作為評價的主要指標，并以發(fā)動機的升功率作為輔助的參考指標，將目前市場上主要的VVT技術分成五個級別。
技術最先進VVT：寶馬Double VANOS+Valvetronic，這套系統(tǒng)在功能上接近于完美的VVT，對氣門正時、重疊角和升程都能進行連續(xù)可變的控制，且控制精度精確到毫秒。
性能最強勁VVT：本田VTEC當之無愧，神奇跑車S2000創(chuàng)造的125匹/升（92千瓦/升）最強升功率世界記錄至今沒有另外一家廠商能夠打破。
技術最可靠VVT：本田寶馬保時捷豐田，當前在量產(chǎn)發(fā)動機上擁有最高VVT技術的廠商。（保時捷VarioCam Plus雖不如另外三家那么有名，但在歐洲也有不少廠商采用該技術。）
進排氣正時連續(xù)可變VVT：目前較為先進的技術，只掌握在少數(shù)廠商手中（前四家再加通用）。此外由于國產(chǎn)通用、豐田汽車缺少可變氣門升程控制，因此高轉速性能不強。
進氣正時連續(xù)可變VVT：目前大部分廠商廣泛使用的技術。性能相比進排氣連續(xù)可變系統(tǒng)稍低，
階段可變VVT：技術比較陳舊，發(fā)動機綜合表現(xiàn)較差。但在某一方面，比如油耗或者高轉速性能，會有獨到的優(yōu)勢，且成本最低。