阀门决定燃效：专门针对燃效降低成本（一）

　　可变阀门机构已成为提高燃效的关键技术。改善部分负荷范围内的燃烧及改变压缩比等，以前未无法实现的功能现在已经逐渐达到实用水平。与可变阀门机构无关的柴油发动机方面也出现了利用可变阀门机构提高燃效的做法。

　　虽然汽车的混合动力系统等动力传动系统日趋电动化，但目前提高燃效技术的主流依然是改进发动机。最近出现的关键技术是通过可变阀门机构提高燃效。

　　已投入使用的主要的可变阀门机构有可变阀门正时机构和可变阀门升程机构，可变阀门机构由最初的开闭工作到连续工作，现在又进一步扩大了工作范围。可变阀门机构一直在朝着扩大控制自由度的方向发展（图1）。

图1：可变阀门机构的发展过程和使用方法的变迁
可变阀门正时机构（VTC）和可变阀门升程机构原来都主要是开闭式，原来的主要目的是提高输出功率和提高废气净化性能，而最近连续可变式系统增多，主要目的变成了提高燃效

　　随着可变阀门机构的控制自由度提高，最近的发动机中，通过增大膨胀比超过压缩比的阿特金森循环、减少泵气损失及提高燃烧速度等来提高燃效的案例增多。

　　可变阀门机构控制自由度大幅提高的典型案例是由德国Schaeffler集团开发被意大利菲亚特配备于“Alfa Romeo MiTo 1.4T Sport”上使用的“Uni-Air ”（图2，菲亚特称其为“MultiAir”）。

图2：德国Schaeffler集团的油压可变阀门机构“UniAir”的构造
滚子从动件将凸轮的推动力转换成油压，推动阀门。通过用电磁阀控制油压，可以改变阀门的升程

　　这是世界上首款油压式阀门驱动系统，其特点是能够通过一个系统控制阀门升程、阀门工作角及阀门正时。Schaeffler集团表示，通过该机构，能够将燃效最大提高10％，将低速区的扭矩最大提高15％。另外，通过结合增压和缩小发动机排量（所谓的小型化），可以将燃效最大提高25％。

利用油压推动阀门

　　UniAir的工作原理如下。系统中有与凸轮连接的滚子从动件，当该滚子从动件被推动时，油泵内就会产生油压。油压通过电磁阀传给油压柱塞，推动吸气阀门。由于中间的电磁阀在未通电时打开释放油压，因此吸气阀门不动。

　　通电时，电磁阀关闭，液压油无处释放，将油泵的油压传给吸气阀门。通过控制电磁阀的开闭时间，能够改变吸气阀门的开闭正时、阀门升程及阀门工作角。

　　Uni-Air的主要工作模式有以下四种（图3）。从中可以看到采用UniAir实际会带来的好处。

　　第一种模式是不运行电磁阀的模式〔图3（a）〕。在这种模式下，阀门升程和阀门工作角均达到最大，吸入的空气最多，能够获得最大的输出功率。

　　第二种模式是在部分负荷范围内高效产生必要扭矩的模式〔图3（b）〕。吸气阀门的打开正时不变，但通过改变关闭时间来控制导入发动机内的吸气。不用节流阀门而用吸气阀门控制吸气量以减少泵气损失。

　　第三种模式在用吸气阀门控制吸气量的想法上与第二种模式相同，但适用于比第二种模式负荷更低的状态和空转状态〔图3（c）〕。推迟吸气阀门打开的时机后，阀门在气缸内变成负压后才打开，因此吸气速度提高，能够改善低负荷范围内的燃烧。

　　第四种模式是负荷更低的极低负荷范围内使用的模式，其特点是关闭曾经打开过的吸气阀门然后再打开的“两次打开”〔图3（d）〕。通过在第二次打开阀门时高速导入吸气来促进燃烧室内的空气流动，从而在吸气量少的范围内也实现良好的燃烧。

图3：UniAir的阀门升程控制模式
根据发动机的负荷状态，区别使用四种模式

专门针对燃效降低成本

　　虽然UniAir的控制自由度很高，但不可否认其比以前的阀门驱动机构复杂所以成本也会升高。其他公司虽然不能获得UniAir那样的自由度，但正通过改善原可变阀门正时机构和可变阀门升程机构的构造来提高控制自由度。

　　将可变阀门升程机构“VEL”和可变阀门正时机构“VTC”两种机构投入使用的日立汽车系统（Hitachi Automotive Systems）估算，通过在吸气阀门上组合VEL和在吸排气阀上组合VTC，能够将燃效提高约10％（VTC是该公司的叫法）。