【可变气门控制技术是如何降低汽车发动机油耗的?】
发动机正常工作时,一个周期有进气、压缩、作功、排气四个冲程。
【图1】
四个冲程恰好是曲轴旋转2圈,每个冲程是严格的半圈,最重要的对外输出环节就是作功冲程。
【图2】
观察作功冲程可以发现,对外输出的源动力正是高温高压气体,最理想的情况是榨干它的每一分剩余价值。
人们很早就发现,作功冲程的气体膨胀过程有点短,气体的温度较高、压力较大,其实还可以继续作功。只不过曲柄连杆的几何结构已经开始进入压缩的排气冲程了,不给它机会。
怎么才能使膨胀比大于压缩比呢?1882年,一位名叫阿特金森(James Atkinson)的英国工程师用一套复杂的多连杆机构,实现了世界上最早的阿特金森循环。
【图3】
1887年做出了一个简化版本:
【图4】
并注册了专利:
【图5】
多连杆机构实现的阿特金森发动机,在成本、可靠性、复杂度等方面存在难以逾越的困难。一百多年之后的今天,也很少有以机械形式实现的真·阿特金森发动机。本田EXLink是其中一个,但最高转速仅有2000rpm,无法用于车辆。【图6】
在不改变曲轴连杆结构的情况下能实现了阿特金森循环吗? 那就只能高仿了,这就是传说中的可变气门正时(VVT)、升程(VVL)、持续期(CVVD)技术,应该就是题主说的可变气门控制技术吧?【图7】
需要提前指出的是,即便不是为了实现阿特金森循环,可变气门技术也能起到根据工况调整气门开启时间与升程,使发动机兼顾动力性与经济性。
[威武]可变气门怎么实现阿特金森循环?
思路很简单,如果在活塞在到达下止点之前提前关闭进气门,进气过程戛然而止、进气量减少,那不就等效于人为地缩小了气缸体积、降低了压缩比了吗?
或者在活塞到达下止点之后延时关闭进气门,部分进来的空气又被扫了出去(如下图的reverse flow process),也等效于人为地缩小了气缸体积、降低了压缩比了吗?
这两种情况都称为over-expansion cycle
这种通过控制进气门方式实现over-expansion cycle的方法,前者通过提前关闭进气门来实现,常称为米勒(Miller)循环;后者通过延时关闭进气门实现,常称为阿特金森(Atkinson)循环。【图8】
这里必须要补充的是命名上的争议,另外一种说法是这种以可变气门技术实现(无论是提前还是延时关闭进气门)的统称为米勒循环,而米勒循环是阿特金森循环的一种实现方式。
历史上,可变气门技术有两个经典之作:分别是本田的VTEC技术和宝马的ValveTronic技术。
本田VTEC(Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System)技术,其原理是凸轮轴上每组都多出一个凸轮。
当转速较低时,中间那个高角度凸轮仅空转不起任何作用,从而得到较小的气门重叠角和升程;
当转速升高时,中间的高角度凸轮发挥作用,从而得到较大的气门重叠角与升程。
这是世界上第一个能同时调节气门开闭时间和升程的技术。虽然只能实现两种状态的切换,但足够可靠、有效,非常经典。
宝马的ValveTronic技术,则通过步进电机和巧妙的机械结构实现了气门升程在0.25mm至9.7mm之间(几乎)无级变化[4],完全取代了节气门,大大减小的泵气损失。再配合VANOS正时技术,宝马也实现了气门正时与升程同时可变。
【图9】
现代起亚利用这种“偏心驱动原理”,精准调整连杆的中心位置,进而改变凸轮的旋转速度。通过控制凸轮对气门按压速度的改变。
【图10】
由此我们做个总结:
- VVT技术:本质上是调节曲线的相位,只需要利用经典的液压调相器,调节转子与凸轮轴的相位差就可以了[5];但早开必须早关,晚开必须晚关。
- VVL技术:本质上就是调节曲线的幅值,类似宝马ValveTronic技术就能实现;但开闭时间不能调节。
- VVD技术:要么使凸轮轴上的凸轮轮廓忽胖忽瘦,可那怎么可能?要么使凸轮轴在单周期内的瞬时速度忽快忽慢,那又怎么可能?实际情况是用偏心驱动原理实现的。【图11】
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发动机正常工作时,一个周期有进气、压缩、作功、排气四个冲程。
【图1】
四个冲程恰好是曲轴旋转2圈,每个冲程是严格的半圈,最重要的对外输出环节就是作功冲程。
【图2】
观察作功冲程可以发现,对外输出的源动力正是高温高压气体,最理想的情况是榨干它的每一分剩余价值。
人们很早就发现,作功冲程的气体膨胀过程有点短,气体的温度较高、压力较大,其实还可以继续作功。只不过曲柄连杆的几何结构已经开始进入压缩的排气冲程了,不给它机会。
怎么才能使膨胀比大于压缩比呢?1882年,一位名叫阿特金森(James Atkinson)的英国工程师用一套复杂的多连杆机构,实现了世界上最早的阿特金森循环。
【图3】
1887年做出了一个简化版本:
【图4】
并注册了专利:
【图5】
多连杆机构实现的阿特金森发动机,在成本、可靠性、复杂度等方面存在难以逾越的困难。一百多年之后的今天,也很少有以机械形式实现的真·阿特金森发动机。本田EXLink是其中一个,但最高转速仅有2000rpm,无法用于车辆。【图6】
在不改变曲轴连杆结构的情况下能实现了阿特金森循环吗? 那就只能高仿了,这就是传说中的可变气门正时(VVT)、升程(VVL)、持续期(CVVD)技术,应该就是题主说的可变气门控制技术吧?【图7】
需要提前指出的是,即便不是为了实现阿特金森循环,可变气门技术也能起到根据工况调整气门开启时间与升程,使发动机兼顾动力性与经济性。
[威武]可变气门怎么实现阿特金森循环?
思路很简单,如果在活塞在到达下止点之前提前关闭进气门,进气过程戛然而止、进气量减少,那不就等效于人为地缩小了气缸体积、降低了压缩比了吗?
或者在活塞到达下止点之后延时关闭进气门,部分进来的空气又被扫了出去(如下图的reverse flow process),也等效于人为地缩小了气缸体积、降低了压缩比了吗?
这两种情况都称为over-expansion cycle
这种通过控制进气门方式实现over-expansion cycle的方法,前者通过提前关闭进气门来实现,常称为米勒(Miller)循环;后者通过延时关闭进气门实现,常称为阿特金森(Atkinson)循环。【图8】
这里必须要补充的是命名上的争议,另外一种说法是这种以可变气门技术实现(无论是提前还是延时关闭进气门)的统称为米勒循环,而米勒循环是阿特金森循环的一种实现方式。
历史上,可变气门技术有两个经典之作:分别是本田的VTEC技术和宝马的ValveTronic技术。
本田VTEC(Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System)技术,其原理是凸轮轴上每组都多出一个凸轮。
当转速较低时,中间那个高角度凸轮仅空转不起任何作用,从而得到较小的气门重叠角和升程;
当转速升高时,中间的高角度凸轮发挥作用,从而得到较大的气门重叠角与升程。
这是世界上第一个能同时调节气门开闭时间和升程的技术。虽然只能实现两种状态的切换,但足够可靠、有效,非常经典。
宝马的ValveTronic技术,则通过步进电机和巧妙的机械结构实现了气门升程在0.25mm至9.7mm之间(几乎)无级变化[4],完全取代了节气门,大大减小的泵气损失。再配合VANOS正时技术,宝马也实现了气门正时与升程同时可变。
【图9】
现代起亚利用这种“偏心驱动原理”,精准调整连杆的中心位置,进而改变凸轮的旋转速度。通过控制凸轮对气门按压速度的改变。
【图10】
由此我们做个总结:
- VVT技术:本质上是调节曲线的相位,只需要利用经典的液压调相器,调节转子与凸轮轴的相位差就可以了[5];但早开必须早关,晚开必须晚关。
- VVL技术:本质上就是调节曲线的幅值,类似宝马ValveTronic技术就能实现;但开闭时间不能调节。
- VVD技术:要么使凸轮轴上的凸轮轮廓忽胖忽瘦,可那怎么可能?要么使凸轮轴在单周期内的瞬时速度忽快忽慢,那又怎么可能?实际情况是用偏心驱动原理实现的。【图11】
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从手上来看,人纹智慧线长分叉大,可做为双重智慧,有些事情会看得比较通透,为人聪明伶俐,利于事业发展。不过缘主你的事业线不是很好,缺乏工作动力,发展不理想,但随着时间的积累事业的成就会越来越好,还需加把劲 !有青筋显露,要注意肠胃方面的问题。#情感[超话]# #桃花运# #招财运# #手相面相算命[超话]# #国学知识#
佛教,就是佛陀的教育。释迦牟尼佛是两千多年前一位教育义务工作者,我们称之为「本师」,我们自称佛弟子,这是一种师生关系,而不是神与人、主与仆的关系。释迦本师四十九年的教化,都是在耐心教授帮助我们转迷为觉、离苦得乐的真切道理。今天的佛弟子,最重要一个使命,就是要把佛教回归到教育。
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