汽车发动机各品牌独有专业技术VVTMIVECiVTEC.doc

目的不同，对比时要看看功率输出曲线。 我感觉还是需要谈一谈的，输出峰值高并不代表发动机就好，这招是本田的招牌，但不如三菱的实用，我们需要的好发动机不是输出峰值高的发动机，而是在正常转速下，可以有持续输出功率的发动机 三菱MIVEC和我们熟悉的本田VTEC虽然都是可变气门系统，但是两者的目的完全不同，MIVEC的目的并不是压榨最大功率的输出，而是追求中后段平坦宽阔的扭矩输出，同时照顾到燃油经济性和废气排放，所以著名的三菱4G69发动机的中高转表现非常杰出。这就保证了日常车时动力储备，我们知道，日常在公路上超车时车速一般在60公里100公里左右，这时正是需要发动机在中高转速下的表现的时候，三菱的这项技术可以让您淋漓地享受中速超车的快感。 这不是那种双峰驼发动机所具有的可变气门正时技术诞生于20世纪80年代末，现在已经是非常成熟的技术了，很多厂商都将此技术应用在自己生产的发动机上，然而这项成熟的发动机技术得益于计算机技术的发展又焕发出了新的生命。我们首先从介绍这项技术的鼻祖开始我们今天的“剑客对决”。 i-VTEC 首先上场的是“本田武士”。他手中的武士刀诞生于19*，由日本本田公司推出的VTEC。本田通过自行研制的“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”，英文全称“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System”，缩写就是“VTEC”，首先实现了可变气门正时。我们可以从这项技术的名字长度看出，它在当时还是非常先进的。它使得发动机的凸轮轴承首次能同时控制气门开闭时间及升程这两种不同情况。与普通发动机相比，要实现这项技术首先发动机型式应是DOHC（双顶置凸轮轴发动机），本田的VTEC发动机就是每缸4气门（2进2排，即两个凸轮轴分别控制进气门和排气门），区别于普通发动机的地方是凸轮与摇臂的数目及控制方法。我并不想用过于华丽的词藻介绍这项发动机的技术，我们的读者大多数只想了解这种技术的好处，那我们就简单地介绍一下这项技术能给汽车消费者带来什么样的好处。 采用这项技术的本田发动机低负荷运转情况下，小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂，控制两个进气门的开闭，气门升量较少，其情形好像普通的发动机。虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。但当发动机达到某一个设定的高转速（例如3500转/分时，本田S2000型跑车要达到5500转/分），电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂 内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开启时间延长，升程也增大了。当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。这样一来就保证了您在低转速时对油耗的控制，同时满足你在发动机处于高转速下澎湃动力输出的需要。驾驶装备这种引擎的车子让您在平时像一位彬彬有礼的绅士，体面且平静的出行，当您穿上运动装，与几位好友结伴郊游时，澎湃的动力储备让您游刃于延绵的山路之上。 整个VTEC系统由发动机主电脑（ECU）控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。从而产生出您最希望获取的动力输出。 VTEC技术至今已经有17岁了，作为人类来讲，正是风华正茂的时候，然而面对目益严格的排放及动力性能要求，17岁的VTEC也应该像人类一样要通过不断的学习和进修，提升自身的能力，为毕业之后能在社会上找到一份好的工作而努力，本田的VTEC我们不得不说是一位好学生，通过刻苦的学习，他将最新的计算机智能控制技术应用在了自己的身上，更名为i-VTEC系统。 i-VTEC的“可变进气歧管” i-VTEC系统是在现有系统的基础上，添加一个称为“可变正时控制”VTC（Variable timing control），即一组进气门凸轮轴正时可变控制机构，通过ECU控制程序，控制进气门的开启关闭。它的原理是当发动机低转速时令每缸其中一只进气门关闭，让燃烧室内形成一道稀薄的混合气涡流，结集在火花塞周围点燃做功。发动机高转速时则在原有基础上提高进气门的开度及时间，以获取最大的充气量。VTC令气门重叠时间更加精确，达到最佳的进、排气门重叠时间，提高发动机输出功率的同时降低油耗。由于发动机一启动后i-VTEC系统就进入状态，不论低转速或者高转速VTC都在工作，也就消除了原来VTEC系统所存在反应时间慢的缺陷。较之从前，让车主几乎无法察觉发动机的输出性能的变化，车主唯一做的事就是控制油门，剩下的由计算机来完成车主的指令，并准确地传达给发动机执行驾驶者想要的意图，即使驾驶者想要的意图瞬时改变，计算机也可以迅速地做出调整以适应驾驶意图的变化。而且新的技术同时满足了日益严格的国家排放标准，在保证发动机动力输出的前提下，进一步地降低油耗及废气排放量。本田的Civic系列车型装备这款引 擎在全球取得了不俗的销售业绩。 VVT-i 接下来的这位剑客是位真正的日本武士，丰田是日本销售量最好的品牌，同时也是日本品牌中地位最高的，新技术应用在这样品牌的车上是理所应当的事，从它装备技术的英文解释中可以得知，它的技术原理与本田的VTEC有着非常惊人的相似之处，丰田给它命名为VVT-i引擎全名是（Variable Valve Timing Intelligent）, 目前已经普遍应用在国产的丰田系列车型及进口的雷克萨斯系列车款之上。 VVT-i引擎是如何作到变化发动机气门正时的？其实其原理与本田的VTEC所应用的技术原理几乎是完全相同的。丰田与本田的根本不同之处在于采用的是将一个名为VVT-i control的圆盘,以转动此控制盘而来提早或延迟气门的开闭时间,来做到连续式的可变气门正时,能根据不同引擎转速来达到气门正时的连续性变化。作为VVT-i技术的发展技术VVTL-i（Variable Valve Timing & Lift Intelligent）则在VVT-i引擎上再对“摇臂”与“凸轮轴”下功夫,这就回到了跟本田VTEC一样的方法来根本解决引擎在高转速时所需要更多的进排气重叠时间与气门开关行程,不同的地方在摇臂内VVTL-i用油压来使一个小垫片“pin”的移动来决定顶到哪个尺寸的凸轮。2000年发表的全新一代Celica则进一步地使用VVTL-i引擎。在原来的VVT-i引擎上的凸轮轴,加了可以切换大小不同角度的凸轮,利用“摇臂”机构来决定是否顶到高角或小角度的凸轮,而作到“可连续式”地改变引擎的正时,相位与“两段式”的气门升程。 就是应用这样的方式，VVTL-i结合了VVT-i的连续式可变正时与重叠角,与本田VTEC式的凸轮轴切换,首先达到可以说是近乎完美式的引擎。VVT-i加入可变气门升程后的新引擎VVTL-i,达到100马力以上的升功率,1.8升的排量有180hp/7800rpm的超强动力输出(日本标准的Celica更高达192马力!而且它还保有扭矩曲线高而平原式的表现，VVTL-I可以算是丰田划时代的力作。 MIVEC 日本的三剑客的最后一位来自日本三菱汽车，提到三菱，它的Lancer EVO系列车型可谓无人不知无人晓，它的系列车型多次获得世界拉力锦标赛的冠军，而让它能取得如此多骄人战绩的利器就是它的4G系列引擎，而这种引擎使用的一项核心技术被称之为MIVEC（连续可变阀门正时）发动机，它可以改变吸气阀门的提升量及开闭时序。其特点是，无需使用节流阀通过吸气阀门便可调节空气量，德国宝马公司已经将其作为“ValveTronic S”发动机投入使用。 而三菱的MIVEC可对吸气阀门的提升量进行可变控制，三菱的MIVEC发动机采用在高速旋转时加大提升量的设计，这样一来，便可吸入更多的空气，从而实现输出功率的提高。另 外，还可在低速旋转时防止泵吸损失，从而就可提高燃效。“其目标是将燃效提高10%左右”。该发动机还附带有节流阀，主要在可变阀门机构不工作时用于安全保护功能，以及用于调节吸入气压。虽说是用于调节吸入气压，而实际上节流阀则是接近全开状态。在实际投入使用时也将考虑配备节流阀。 我们以排气量同为2.4L的4G69发动机及4G64发动机做个比较，4G69发动机的提高并不仅仅停留在数据上，发动机的动力输出非常理想，噪音控制也很出色，不再因转速的提高而大幅增加发动机噪音，所以不用像4G64频繁换挡。虽然4G69的最大扭矩输出转速提高了1300rpm，但是低转扭矩仍比4G64强劲，轻踏油门已有很强的加速感出现，市区行车保持在2000rpm左右非常舒适，此时的发动机运转非常细腻。操控变得舒适的重要原因除了动力输出和运转细腻之外，最重要的是MIVEC系统带来的线性输出，而且这种线性的覆盖范围相当广，直到5500rpm才感到扭矩的回落，并且转速的攀升和扭矩的保持都非常自然，一气呵成。三菱MIVEC和我们熟悉的本田VTEC虽然都是可变气门系统，但是两者的目的完全不同，MIVEC的目的并不是压榨最大功率的输出，而是追求中后段平坦宽阔的扭矩输出，同时照顾到燃油经济性和废气排放，所以著名的三菱4G69发动机的中高转表现非常杰出。这就保证了日常车时动力储备，我们知道，日常在公路上超车时车速一般在60公里100公里左右，这时正是需要发动机在中高转速下的表现的时候，三菱的这项技术可以让您淋漓地享受中速超车的快感。 CVVT 最后出场的这位剑客来自韩国，作为汽车工业的后起之秀，韩国现代汽车公司生产的汽车继日本汽车开始大举进攻全球汽车市场，并通过高性价比的家用轿车很快地占据了老牌汽车厂商的固有领地，甚至对汽车质量要求极端苛刻的美国市场也不得不对这位年轻的生产厂商打开了自己的国门，让其占据了家用轿车市场的很大一部分市场份额。拥有如此高的销售业绩及消费人气，其发动机所使用的技术也要与其他大的生产厂商有一较高下的本领才行，这次韩国现代公司非常厚道，将其最新的CVVT技术应用到在中国生产的全系列车型当中，就连其子公司，韩国其亚公司的系列车型也一并换装了新的发动机来应对市场的激烈竞争。下面我们就来简单介绍一下这项技术。 其实当您走进北京现代或东风起亚悦达的经销店时，销售员往往用一个CVVT的发动机技术来向您灌输现代或起亚的发动机是如何的先进，换装的发动机较原来有什么样的好处。但长期以来日系本田的i-VTEC、丰田的VVT-i是被人熟知的气 门可变技术，韩国现代或起亚所应用的CVVT技术其实是借鉴丰田的VVT-i而来，所以它的工作原理和方式都与VVT-i无异。 CVVT的工作原理与VVT-i并无本质差别，只是有控制气门正时的功能，但去掉了控制气门升程的功能。因此引擎只会改变吸、排气的时间差，无法改变进气量。简单来说它的工作原理就是当发动机由低速向高速转换时，电子计算机就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮，这样，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转，从而改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。所以在上述结构的作用下，可以保证发动机按照不同的路况改变气门开启、关闭时间，在保证输出足够牵引力的同时提高燃油经济性。当发动机启动或关闭时油压控制阀位置受到改变，从而使得进气凸轮正时出于延后状态。当引擎怠速或低速负荷时，正时也是处于延后的位置，比增进引擎稳定的工作状态。当在中符合时则进气凸轮在提前的位置，当中低速高负荷时则处于提前角位置增加扭矩输出。而在高速符合时则处于延迟位置以利于高转速操作。当引擎温度较低时凸轮位置则处于延迟位置，稳定怠速降低油耗。 不仅如此，我国也于2006年8月8日，由吉利汽车公司自主研发出了我国的首款CVVT发动机JL4G18发动机。从发动机的命名上可以看出这款发动机的核心技术来自三菱公司，之所以用CVVT来阐述自己所拥有的技术，是因为它同韩国现代公司的CVVT一样，只是有控制气门正时的功能，但去掉了控制气门升程的功能。因此引擎只会改变吸、排气的时间差，无法改变进气量而得名。 TSI TSI是大众集团开发的一套双增压技术，其实从字面上就能理解其意思。前面的T和S分别代表Turbo和Supercharger的意思，也就是涡轮增压和机械增压的相结合。而国内媒体习惯叫它双增压。这个双增压跟大众奥迪集团的双涡轮增压有很大的区别，可以说是完全两个概念。那么为什么要同时采用机械增压和涡轮增压来向发动机提供高压进气呢？既然大众已经将这套技术向量产车推广，那么在性能上肯定有它的过人之处。 图为大众高尔夫GT上装配的1.4L TSI发动机 ,要了解双增压的优越性首先得了解涡轮增压和机械增压的优缺点。其实任何一种增压它的目的都是相同的，就是要把空气压缩以后再通入到气缸当中燃烧，这样做的好处很明显，压缩以后的空气密度更大，这就意味着单位体积内的氧气分子更多。在发动机排量不变的情况下，吸入的氧气分子越多，再配合燃油喷射系统提供的更多的汽油那么可 以输出更高的动力。不管是涡轮增压还是机械增压都是为了达到这一目的而设计的，只不过两者的实现手段不相同。涡轮增压发动机由一个进气涡轮来压缩空气，进气涡轮的另一头连着一个废气涡轮。 我们知道发动机的排气是高温高压的，这就意味着排气中仍然含有巨大的能量。将废气涡轮装在排气管之中则能利用排气能量来驱动涡轮高速旋转，从而能够带动进气涡轮随之高速旋转，以获得压缩进气的能量。所以涡轮增压器是不需要额外的消耗发动机能量的。而且发动机转速越高废气排放速度和能量也越大，使得涡轮的转速也越高，这样进气涡轮压缩空气的能力也越强。 对于涡轮增压的发动机来说，转速越高，进气效率也越高，能够发挥出来的功率就越大。所以涡轮增压器对于发动机的高速运转是非常有好处的。但是我们知道，涡轮也是有质量的，有质量的物体就会存在惯性。我们知道发动机在怠速工况时转速往往只有几百转，而且在怠速工况时涡轮是不能介入工作的。除了因为发动机转速低，排气能量不足以驱动涡轮高速运转，还有一个更重要的原因就是怠速时发动机负荷低，如果此时涡轮也参与工作那么发动机会过热，并且耗费更多不必要消耗的汽油。所以怠速工况时，进气和排气旁通阀会自动打开，此时进气和排气都没有经过涡轮，新鲜空气是直接被吸入气缸，废气也是直接排入大气中的。 由于增压发动机的压缩比都比较低（通常在8.0以下，压缩比低是因为空气被增压器压缩后会放热，如果压缩比过高会导致压缩行程时混合气继续放热，引起混合气自然），所以在涡轮介入之前发动机的动力性是非常差的。即便是低值增压，起码也要到将近1800转时涡轮才会起到作用（帕萨特1.8T的涡轮介入转速为 1800转/分-2000转/分）。虽然2000转以后发动机能发挥出强大的功率，而且后劲十足，但起步时可以说毫无动力性可言，即使保时捷卡宴 TURBO这样的V8涡轮增压发动机，起步同样拼不过自然吸气。这就是涡轮增压发动机的通病涡轮迟滞。这种状况是非常不适合城市驾驶的。因为我们知道城市开车经常要走走停停，所以从怠速到2000转这个转速范围段是使用得很频繁的，涡轮增压低扭差劲的缺点暴露无疑。当然，大众奥迪集团曾经试图改进过涡轮迟滞问题。 奥迪TT的1.8T发动机曾经配备过双涡轮增压。所谓双涡轮增加就是给发动机装两个增压器。一个是小直径的涡轮，由于体积小重量轻，所以接入转速较低；另一个是大直径的涡轮，在中高转速才介入。即便如此，也不能从根本上解决涡轮迟滞，仅仅只能缓解涡轮迟滞。仁者见仁智者见 智，奔驰对于它的小型增压发动机并没有像大众奥迪那样采用涡轮增压，而是采用了一种没有迟滞的机械增压装置。 双增压，不是汽油机直喷。直喷的话也未必分层燃烧。分层的目的是为了小负荷的工况下实现稀薄燃烧，增加经济性。分层应该有进气道设计上面控制，产生进气流向的改变，而达到分层的目的，不是简单的有软件控制能做得到的吧 所谓机械增压，就是利用发动机的动力带动一个罗兹压气机，通过发动机本身的动力来压缩空气，并且燃烧压缩空气的一种增压方式。它跟空调压缩机很相似。图为福特GT40的机械增压器外观 机械增压器的原理与发动机机油泵有些类似，也是与发动机动力相连，只不过压缩的是空气。它与涡轮增压器在性能上最大的区别就是对压气机的转速没有限制。也就是说只要罗兹压气机在转，就可以压缩空气。而涡轮增压器由于是靠高速旋转产生的空气离心力来压缩空气，所以需要非常高的转速（通常TURBO的转速能接近10万转/分钟）。所以即便发动机怠速或者处于1000转左右的低转速，也能连接机械增压器压缩进气。 不过处于经济型考虑，怠速工况时电磁离合器是断开的，也就是说怠速时压缩比并没有与发动机动力相连，不过只要踩下油门电磁离合器可以迅速连接发动机动力。所以机械增压能够给汽车带来很好的低转扭矩，让起步时冲进十足。虽然克服了涡轮增压器迟滞的缺陷，单机械增压也并非完美。由于它需要消耗发动力动力，而且增压器中的两个转子相互摩擦会损耗大量的能量。在低转速时，由于转速低损耗也就小，但如果处于高转速工况，那么这样能量损耗是非常大的。不仅经济性差，高转动力性也要受到影响。 所以涡轮增压和机械增压都有着各自的先天缺陷，而这两种增压方式的优缺点又是相互互补的。大众就是利用了这两种增压性能优缺点的互补性开发出了TSI双增压系统。那么现在再看TSI就很好理解了。他是涡轮增压与机械增压的相结合。也就是说，TSI发动机拥有两套增压系统，一套靠涡轮压缩进气，另一套靠罗兹压气机压缩进气。当然，它们什么时候起作用是由电脑说了算的。电脑即能够控制进排气旁通阀的开闭，也能控制机械增压器与发动机相连接的电磁离合器的开闭。 机械增压器和涡轮增压器在进气道中是被串联在一起的。空气从空气过滤器进入到进气管以后，首先要经过机械增压器，然后通过进气管的引导再经过涡轮增压器，最后进入到进气歧管当中去。虽然机械增压器和涡轮增压器是相互串联在一起的，但两者并不都是同时工作。 当发动机处于怠速工况时（通过 节气阀开度传感器可以测得），机械增压器的电磁离合器是分离的，此时发动机与机械增压器之间动力是断开的（这就意味着增压器没有消耗发动机功率），而且机械增压器附近的进气旁通阀打开，空气并没有流经机械增压器，而是从旁通阀直接吸入；到了涡轮增压器的位置，涡轮增压的进气旁通阀也是打开的，这就相当于进气绕过了涡轮，直接被吸入气缸。也就是说在怠速工况时，涡轮增压器和机械增压器都是不工作的，这相当于一台自然吸气发动机。 当发动机在部分负荷工况下低转速运转时（通过节气阀传感器检测到又少许油门开度，而且通过发动机转速传感器检测到转速处于低速运转），电脑会接通机械增压器的电磁离分离，并且关闭机械增压旁通阀，让机械增压器开始工作，此时的增压值为1.2bar.我们知道机械增压器有增强低速扭矩的特点，而且在低转速时对发动机功率的消耗并不大。所以既能够获得良好的油门相应，又能够增大发动机扭矩输出。当发动机超过1500转时，涡轮开始介入，此时的增压值提高到 2.5bar。当发动机转速达到3500转/分以上的高转速时，机械增压器开始停止增压，此时完全依靠涡轮增压来进行增压，增压值从2.5bar降到 1.3bar。因为我们知道一旦转速上升，机械增压器会消耗大量发动机能量，而中高转