【理财投资投资】给汽油车“续一秒”,韩国人说我也有份

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身处这个视电动如邪术的时代,依然有人对内燃机手艺念念不舍。不光是有,且有许多。

看过许家印老板投资的万万级超跑柯尼塞格,若何用高度电气化的 Freevalve 系统做到惊人性能,你应该知道:内燃机的动力和效能,很洪水平上取决于吸入空气的能力。通俗的机械气门正时系统,进气门开启动作是定死稳固的,但内燃机在差异工况下所需的理想进宇量并不相同。这对矛盾使得设计时必须两头思量,这限制了内燃机综合显示——动力和效率——的提升。

最最基本的凸轮轴气门正时系统长这样,发念头曲轴(最终输出动力的轴)转 2 圈,上面的凸轮轴转 1 圈。气门由凸轮轴上的凸轮凸起部门顶开,这样气门开闭动作就与发念头运转的响应时机相匹配。进排气门各自的开启时段,正好对应四个冲程中的进气冲程和排气冲程。

瑕玷也很显著,所有器械都是定死稳固的。如前面所注释的,面临差异工况下的差异需求,“稳固”不是好事。

别急着说自己看不懂,放心,即便你完全不懂内燃机的四个冲程,也并不影响你领会可变气门手艺的神奇——本质不外是工程师们大开脑洞,用奇思妙想攻克空间几何问题。

可变的开门时机

虽说四个冲程中,进气-压缩-做功-排气,进、排气都有对应的冲程,但真实的进排气动作时间并不与响应冲程 100% 对应。由于在高转速时,各个冲程时间极短,我们希望进气门早一点开、排气门晚一点关,进排气门有一点点时间是同时开着(术语叫气门重叠角),这样可以让此时的进气更足够、排气更彻底。然而在低转速时,进排、气时间都很丰裕,气门重叠角又不宜过大,否则进气门吸进来的空气又被同时开启的排气门倾轧去了,导致进气不足。

这样就发生了第一对矛盾:高转速时气门重叠角要大一点,低转速时又需要减小重叠角。落实到气门动作上,大重叠角需要进气门开启提前一点,小重叠角则需要进气门滞后一点。

于是为了实现兼顾,可变气门正时系统 VVT被发现出来。人们在原有凸轮轴基础上,在凸轮外侧安装了一个可旋转一定角度的相位调治器。进气门凸轮轴相对于整个正时系统的角度可以转变,进气门开启的早晚时机也就可以调治,从而实现可变的气门重叠角。

VVT 用于进气门的效果最显著(下面其他可变气门手艺同理),厥后也最先在排气门上应用 VVT,进、排气两侧都有 VVT 的系统,就会被称为双 VVT 或 DVVT。现在多数汽车大厂都掌握(或者获得)了 VVT 这项手艺,各家命名有所差异,对照著名的像丰田的 VVT-i、宝马的 VANOS 等等。

可变的气门开度

与可变气门正时要解决的问题类似,基础的机械气门结构,气门打开的幅度(术语叫气门升程)是牢靠稳固的:凸轮的物理凸起有多高,气门就会被“顶开”多大。

但差其余工况下,内燃机所需的最佳充气速率是差其余。好比低转速时,进气门开启时间较长,需要进气历程只管缓和绵长,这样可以让油气夹杂得更平均,提烧效率;而高转速时,进气门开启时间很短且发念头通常处于高负荷,原本就需要更多空气,以是需要进气效率尽可能高、尽快吸入足够空气。

这又是一对矛盾,设计内燃机需要平衡崎岖转速时的需要,故障了内燃机进一步提高效能。于是,可变气门升程系统 VVL泛起了。实现气门升程可变,各家有自己的独门方式,最著名的固然是本田引以为豪的 VTEC 手艺。

VTEC 早在 1989 年就降生了,在今天看来,本田的做法实在异常简朴:一个凸轮的形状是牢靠的,那我另加一个高转速专用凸轮不就得了?在传统结构基础上,VTEC 增添了一个对应更高升程的“大”凸轮。在更高转速需要更强动力时,拨动一个锁止销,即切换到高升程凸轮。本田以简朴但精巧的纯机械结构,轻松实现了气门升程的两级可调。

凭着 VTEC,本田在日系车绚烂的 90 年月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。

几十年已往,VVL 可变气门升程已经为多数品牌所掌握,有些还通过种种独门方式,实现了能够无极延续调治的可变升程(VTEC 是两级可调)。典型如宝马的看家手艺 Valvetronic、日产的 VVEL,用电机控制手段,实现了全程延续可调的可变气门升程。

基于可变气门的进气调治手艺,这几十年来,大要上就是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治后,继续优化 VVT 和 VVL 的价值已经不大,两段调治的本田 VTEC 到今天依然在发光发烧。至于柯尼塞格使用的 Freevalve 手艺,彻底去掉了机械正时传动,周全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民众市场。

然而对于一些之前在内燃机领域相对落伍的车企,跳过 VVT 和 VVL 直接研发“新器械”,就是一个划得来的选择。

可变的开门时长

2020 年,现代在这个时刻拿出了自己的自满之作:可变气门连续期 CVVD 手艺。这是第一个实现无极调治进排气门正时与连续时长的气门控制手艺。

可以这么明白,VVT 是调治“气门开启那段时间”泛起得早一点照样晚一点,VVL 是调治气门开启幅度的巨细,而 VVD 是调治“气门开启那段时间”的连续时长(也就同时控制了开门动作的早晚)。至于 C 代表的是无极、延续可调(continuously)。

现代这个 CVVD 手艺,首先是可以变相改变进气门开启的时机,笼罩了传统 VVT 调治气门重叠角的功效;和 VVL 相比,可变气门升程的基本目的是改变进气效率、调整单元时间进宇量、最终调治进宇量,而 CVVD 可调治的气门连续时长同样能到达这一效果。只不外 VVL 是改变开门幅度巨细,VVD 是改变门开启的时长。

VVT 和 VVL 都好明白,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 要改变气门打开的连续时间,而且是无极调治,岂非要让金属凸轮的形状延续可变吗?又不是气球。

CVVD 手艺要实现的效果看似庞大,基本原理却也简朴,但细想你又不得不叹服“这是咋想出来的”。CVVD 手艺的基础原理,可以归纳为“轴心错位会让物体旋转历程的半圈变快,另外半圈变慢,而总体转速稳固”。

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,偏离原本的配合旋转中央,若是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速,最终转完一整圈的用时稳固,即蓝色杆总体转速照样与紫色杆同步。

调整橙色连杆偏离原旋转中央的距离,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),从而实现延续的无极调治。

现在,把紫色杆想象成发念头凸轮轴,以是转速是始终稳固稳固的;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央向一侧偏移,凸轮在旋转到这半圈时速率就会变慢,控制气门开启的连续时间变长;但转到另一半圈时转速又会加速,“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,让旋转历程的其中一半减速,转到另一半时再加速(或者反之),以是整体上照样能保持每一圈同步。但气门控制只与其中的半圈相关,以是控制其中一半的转速快慢,就可以调整气门开启连续期的是非,而且可以做到无极延续可调。

把上面那张动图,刷新为现实中的发念头结构,CVVD 的焦点部件就出来了。

与我们熟悉的 VVT、VVL 系统相比,现代开发 CVVD 手艺的时代事实更近,以是 CVVD 第一个做到了气门连续时长的延续可变,实现更为靠近理想化的发念头进气控制。

CVVD 的现实装机效果,根据现代的官方数据,动力输出增添 4%、燃油效率提高 5%、排放削减 12%。看上去似乎不多?请注重这仅仅是增添了一套 CVVD 部件便获得的效果,增添的重量和成本很小;由于是纯机械系统,可靠性和可维护性也有所保证(发生故障的唯一可能就是机械损坏)。

不管是各种 VVT、种种 VVL 照样新生的 VVD,可变气门控制手艺有一个配合特点:账面提升数据看着不大,但能对全工况都有改善作用。有些新手艺纸面效果显著但应用工况较窄,有些新手艺纸面不惊人但惠泽全工况。以是包罗 CVVD 在内,可变气门手艺一定是与其他类型的发念头手艺一道使用,好比直喷、好比阿特金森循环、好比 EGR 废气再循环等等。

在周全电动时代到来之前,人类追求理想热机的蹊径,就是由这样一点一滴的提高携手垒出来的。