上期聊了发动机的燃烧控制技术,今天再来介绍循环技术和气门控制技术

各种循环控制

① 奥托循环

发动机每完成一次做功,需要经历吸气、压缩、做功和排气4个冲程,几乎所有的汽车发动机,都会遵循这个规则,所以汽车发动机的全称,又叫做“往复循环式四冲程内燃机”,这种循环模式是由德国工程师尼古拉斯▪奥托发明的,所以也被称为“奥托循环

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(1)

奥托循环虽然为内燃机开辟了崭新的思路,但是却有一个缺陷,就是在做功冲程后期,气缸中的废气还会有很大的压力和很高的温度,其中依然蕴含着很大的能量,但是发动机却已经开始排气,导致一部分能量白白浪费掉

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(2)

② 阿特金森循环

为了解决这个问题,英国工程师詹姆斯▪阿特金森,对奥托循环进行了改进,利用一套复杂的连杆机构,让发动机活塞在做功冲程的行程,比压缩冲程的行程更长(即膨胀比大于压缩比),让活塞在做功冲程时尽可能伸展,充分利用废气的能量,从而提高了发动机的经济性,这种循环被称为“阿特金森循环”

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(3)

③ 米勒循环

但是阿特金森循环的结构过于复杂,需要通过复杂的连杆结构才能实现,所以美国工程师米勒,又进行了一次改进,不再使用连杆机构,而是通过控制气门的开闭时间,来实现膨胀比大于压缩比的效果,这套循环又被叫做“米勒循环”

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(4)

从实现的效果来看,阿特金森循环和米勒循环的目的一样,只是采用的方式不同。米勒循环被马自达注册了专利,所以其他车企都是叫阿特金森循环,但本质上还是米勒循环,因为纯正的阿特金森,结构过于复杂,早就被淘汰了

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(5)

双循环技术

而双循环技术,和双喷射技术很像,主要是通过可变气门技术,随心所欲地改变气门的开闭时间,在低负荷时用米勒循环或者阿特金森循环,中高负荷工况,再切换到传统的奥托循环

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(6)

现在的丰田、本田、大众、马自达等等车企,都会采用双循环的设计。自主品牌在这方面稍微有些落后,早期全部采用奥托循环,这2年才开始慢慢研究米勒循环,双循环技术的应用也非常少

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(7)

气门控制技术

双循环技术之所以可以实现,离不开气门控制技术的发展。

在经历了活塞气门、套筒气门、旋转气门之后,汽车工程师终于发明了凸轮气门

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(8)

这种气门形式最灵活,也最实用,它可以延迟进气门的关闭,增加进气量,也可以提前打开排气门,维持内外气压相等,甚至为了获得更强的动力,让进气门和排气门同时打开,也就形成了我们常说的“气门重叠角度”

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(9)

VVT控制气门开闭时间

再后来又发明了VVT可变气门正时技术,它的主要作用就是调节进气门的开闭时间,来调整气门的重叠时间和正时,实现降低油耗提升效率的目的,比如汽车低速行驶,系统会推迟进气门的开启,减少进气量;急加速或者爬坡时,又会提前打开进气门,增大进气量,获得更强的动力输出

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(10)

C-VVT是连续可变气门正时,可以理解为VVT的升级版本,D-VVT又叫双VVT,不仅可以控制进气门,还是可以同时控制排气门。丰田的VVT-i和本田的VTEC,都算是VVT技术的高级版本

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(11)

VVL控制气门打开角度

除了控制气门的开闭时间,工程师还想要控制气门的开启幅度,也就诞生了VVL可变气门升程技术,主要是用来控制每次气门打开的角度大小

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(12)

不管是VVT还是VVL,最多只能实现气门什么时候打开,打开多大的角度,但是每次气门从打开到关闭的持续时间长短,却是永远固定的

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(13)

VVD控制气门持续时间

于是,又有了CVVD连续可变气门持续期,简单一句话概括就是:可以随心所欲的控制气门的开闭,这项技术也是现代汽车的首创,目前的应用主要也是以现代车型为主

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(14)

我们可以把气门控制,想象成一扇门,VVT是控制什么时候打开门、VVL是控制门打开的角度、CVVD是控制门打开后,什么时候再关上。它们最终的目的,都是精准控制发动机的进排气,提升发动机的工作效率,改善燃油经济性

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(15)

小结

以上就是关于汽车发动机双循环和气门控制技术的大致介绍,虽然听上去很简单,但是想要在飞速运转的发动机上,实现循环的切换和气门的精准控制,其实并不容易

气门升程可变发动机的优势(发动机控制技术)(16)

每一次的技术变革,都对整个汽车工业产生了深远的影响

也将汽车技术,推向了更新的高度

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