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菲亚特可变气门控制系统Multiair 你知道多少 - 技术解析

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[动力系统] 菲亚特可变气门控制系统Multiair 你知道多少 [复制链接]

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发表于 2012-9-29 09:23:52 |显示全部楼层

许多可变气门控制系统,如本田VTEC,丰田的Valvematic,日产VVEL 和宝马Valvetronic,都能够根据需要连续变换气门升程。除了连续可变凸轮相位,他们似乎已经是很先进。但距离“完美”这个词还有一段很长的距离。理想的可变技术应该是不受限制且灵活的变换气门升程,换句话说,就是在任何时候都应该有对应的气门升程以使其达到理想的燃烧效果。现今还没有任何机械系统能达到这个功能水平。一些开发商尝试研发全电磁式气门结构,但是还面临着些技术难题,例如机构的体积和重量问题,成本,可靠性和油耗等问题。
根据需要不过进入90年代之后,作为 VVT 先驱的菲亚特则看到了传统机械结构的 VVT 技术在机动性和响应性上的不足, 研究的重点转向了控制更为灵活精准的电液控制系统。在克服了众多难关之后, 2009年日内瓦车展上, 菲亚特正式发布了其在可变气门技术上的研究成果:Multiair 电控液压进气系统。其装配在1.4 FIRE 系列引擎和随后出现的900CC双缸引擎。

毫无疑问,MultiAir是现今最灵活精准的VVT系统。Multiair电控液压进气系统的结构对应不同负荷状态设计了五种工况,除了基本的开启时间长短、扬程高低转换之外,它还可以在进气冲程中进行气门开启时间的调整。
分析传统 DOHC 顶置双凸轮轴 VVT 发动机配气机构示意图我们都知道,普通发动机的配气机构由凸轮轴上的凸轮所驱动,气门以机械节奏开启和关闭, 油门踏板则借由进气歧管内的节气门来调整空气的流量。对于使用了气门正时和升程技术的发动机来说,气门开启的大小(行程) 、时机(正时)可以由凸轮轴及相关控制机构来决定。
而 MultiAir 最大的特点就是开创性的使用电控液压控制系统驱动气门正时和升程,它通过一套由凸轮轴驱动电磁液压阀,实现了进气门的升程和正时的无级可调,虽然依旧是每缸4气门的结构,但是却取消了进气门一侧凸轮轴,只保留了排气门一侧的凸轮轴来驱动进排气门。由于气门的开度和开启时间都实现了任意可调,因此这套系统和宝马的Valvetronic 一样,可以直接由气门的开闭大小来控制空气的流量,因此也取消了节气门。排气门由凸轮轴直接推动,而进气门则通过一组电磁液压系统进行精确控制。

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发表于 2012-9-29 09:26:08 |显示全部楼层

从图上看,MultiAir 系统的结构确实非常简单,气门上方设计有一个液压腔,液压腔一端与电磁阀相连,电磁阀则通过 ECU 信号, 根据工况的不同适时调节流向液压腔内的油量。 由凸轮轴驱动的活塞通过推动液压腔内的油液,控制气门的开启。
从这个MultiAir简化结构图上能更清晰的看出系统整个工作过程, 不过在实际结构中, 凸轮轴和活塞其实被设计在排气门一侧凸轮轴上的。实际结构中,凸轮通过摇臂推动活塞,而活塞通过液压腔的密封油液打开进气门 Multiair 技术工作原理当工作开始时,电磁阀通过 ECU 信号向液压腔内供给适量的油量,然后电磁阀关闭。这时,液压腔内的油的体积恒定,与液压腔相连的活塞就可以将排气凸轮轴施加的压力传递到进气门,从而完成气门的开启。气门的开度大小则取决于流向液压腔内油量的多少。当电磁阀开启时,液压腔内的油液就会顺高压油腔进入低压油 腔。气门则不再跟随排气凸轮轴运动,而是在气门弹簧的作用下完成关闭。阀门关闭的最后一步,则由专用的液压制动装置控制,从而使得气门的每次闭合过程都能做到舒缓而规律。
为了让发动机达到更高的效率,气门升程可以通过发动机的进气需求和不同转速,进行适时调整。


主要有下列几种不同进气策略:
1、Fulllift:全负荷输出(Fullload)的时候,电磁阀气门全开, Fulllift 会保持关闭的状态,气门每次开启则会维持在最大开度,从而使发动机在高速运转时最大限度提升功率和扭矩。
2、IEVC:电磁阀会在凸轮轴运动周期的末段打开,此进气门早关 IEVC 时进气门则在气门弹簧作用下提前关闭。 这样就能有效减小气门重叠角,从而避免因废气过多泻入进气岐管而造成的充气不足和气流紊乱。
3、LIVO:电磁阀也会根据发动机所需的进气量,在凸进气门晚开 LIVO 轮轴开始运动之后关闭,使进气门推迟开启,从而改善启动性能并提高怠速稳定性。
4、当发动机部分负荷的时候,系统会结合进气门早关 IEVC 和进气门晚开 LIVO 两项进气策略,根据需要调整气门的打开和关闭时机, 从而达到改变气门正时的目的。 合理的进气门正时还能有效提升发动 机低转速时的扭矩表现。
5、Mulilift 多重升程模式:Mulilift 多重升程模式则是指在一次冲程内多次开启气门,从而在负荷极低的情况下增加燃烧室内湍流,显著 提高燃烧效率。这说明电磁液压控制系统在响应速度上要更优于传统的机械结构,这也是 Multiair上独有的技术。
轻量化和小型化也是 MultiAir 发动机的一大优势 此外,由于Multiair 技术取消了节气门,并且只使用一根凸轮轴(针对直列发动机而言),在发动机轻量化和小型化方面比传统 DOHC 顶置双凸轮轴发动机更有优势,其中,使用了MultiAir 技术的 Twin-air 双缸发动机总质量减轻20%,并节省出约25%的发动机舱空间。


菲亚特称在 MultiAir 技术的帮助下,发动机最大功率和最大扭矩将会得到10%和15%的提升,而油耗则会降低10%,悬浮颗粒和氮氧化物排放则可以减少40%和60%。同时这个技术也适用于柴油机,这说明,菲亚特有足够的技术实力开发出满足未来欧Ⅵ和欧Ⅶ的排放标准, 将二氧化碳排放量维持在120g/100km 以内。使用电磁液压控制的 Multiair 拥有传统可变气门正时技术所没有的优势,因此未来的发展潜力不容小视。
Multiair 的优势与特点:MultiAir 最大的特点就是取消了进气凸轮轴和节气门,由气门直接开启来控制进入汽缸的空气量,这个变化带来的优势显而易见:取消了进气凸轮轴,可以精简缸盖结构并减轻发动机自重。而取消了节气门之后,大大降低了泵气损失,并提高了发动机的响应速度。由于没有了进气迟滞的影响,配气和喷油精确性也会得到相应提升。
但开篇已经说i,还没有完美的可变气门正时和升程技术,Multiair当然也有其缺点:由于这个机构相对复杂,而且只有进气门的正时和升程变化,如果排气门同时实现这个功能则需要一个更复杂的凸轮机构。而更复杂的凸轮和电动机制的设计可能会产生额外的摩擦,因此他并不适合高转速的发动机,这意味着它与性能机器绝缘。同时期取消进气凸轮的缘故,凸轮相位不兼容DOHC发动机,致使其适用范围较低。

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