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奇思妙变-日产VVEL可变气门升程技术  

2008-10-07 23:59:02|  分类: 气门技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  谁的发动机最强悍?也许你会说是宝马,或本田,或是保时捷,因为,它们都有可变气门升程技术,拥有非常优秀的升功率。现在,别忘了加上日产,它也有了自己的可变气门升程技术VVEL,用奇妙的设计激发了发动机更强动力。

 此前,如果说宝马的Valve Tronic,是世界上唯一可连续调节气门升程的技术,那现在,这个“唯一”只能用“率先”取代,因为日产最近也公布了它的VVEL技术,和宝马一样,可以连续调节气门升程,成为仅有的几个拥有此技术的车厂之一。

对于可变气门正时,大家可能比较熟悉,无论发动机转速高低,气门的开启升程只有一个固定的大小,改变正时,对性能的提升并不明显。但对于可变气门升程,它在必要的时候,可以扩大气门开度的80%,气缸进气量显著增加,因此,动力提升也很明显,这便是可变气门升程的优越所在。

事实也是,本田发动机的威名,正是从VTEC开始的,这是世界上第一个可变气门升程技术,也是高达125bhp升功率量产发动机的缔造者,迄今为止,没有超越;宝马的Valve Tronic,相比VTEC,可以连续调节气门升程,难怪宝马的发动机不但动力强劲,动力输出也更加平顺;还有保时捷,拥有全球最简便的可变气门升程机构VCP,结构简单,动力惊人,用在跑车那有限空间里,再合适不过了。

4、5年之后,现在,日产、丰田等也相继发明了自己的一套可变气门升程技术,时间上虽说迟了一些,但性能上,似乎后生更可畏,相比本田和保时捷的两段式调节,日产的VVEL是连续线性调节气门升程技术,比它们更平顺,相比宝马的Valve Tronic,VVEL在设计上有更迅速的反应时间,气门调节的响应更快,而且设计独特,匪夷所思,完全不同于先前几个车厂的设计思维。具体原理,详见我们后面的图示说明。

在VVEL之前,日产的VQ系列发动机也是鼎鼎有名的,凭借充足动力、平顺运转、低噪音、低油耗等,多次跻身世界十大发动机行列。在VQ发动机上,大多都装备了日产的C-VTC可变气门正时技术,但这似乎还显现不出VQ发动机的优越性。现在,日产在英菲尼迪G37轿跑车的VQ37发动机上,首次装备了VVEL可变气门升程,配合C-VTC,就像本田的i-VTEC,宝马的VANOS+Valve Tronic一样,让发动机的气门控制更接近理想化。

VVEL技术的应用,除了显著增加发动机动力外,在很多方面都有好处。在中低转速时,可以控制气门比普通发动机更小的开度,这样既节油,又可以减小凸轮轴的摩擦力,增加发动机低转扭力。随着发动机转速升高,气门的开启角度也渐渐增大,转入动力优先模式。整体上来说,发动机排放要比没有VVEL技术时低10%以上,它使得动力、经济性、排放和平顺度都达到了高度均衡。

VQ37是VVEL的首次应用,这台3.7升发动机,最大马力是330bhp,升功率达89.2bhp,峰值扭力也达到38.1kgm,相比宝马搭载在3系、5系上最新的3.0发动机的升功率,还要高一些,不过,相比宝马在M系列上的设定,日产的这个动力设定,就显得保守不少。但据VQ发动机的良好平台,以及VVEL的结构原理分析,它的潜力远不止如此,日常可能要留在合适的时机来表现它的威力,比如下一代350Z上。

因为VVEL的在动力和排放控制上都大有进步,日产把它列入了2010绿色计划,也就是在2010年前,日产所有车型的排放都将严格控制,汽油机的二氧化碳排放量,争取达到柴油机水平,因此,在日产计划中,VVEL要尽快普及在日产的大排量发动机上。

  

可变气门正时和升程的区别

可变气门升程和可变气门正时,很容易混淆,实际上,它们的差别很大。可变气门正时技术,各大车厂,各种叫法五花八门,比如VVT、CVVT、VANOS、S-VT、VVT-i、CVTC等,就差叫CCTV了。简而言之,如果把气门比作控制气缸进气流的闸门,那可变气门正时不改变闸门的开度大小,只改变闸门开闭的时机,可以让气缸的进气量最优化,只是不明显。但可变气门升程技术,却可以改变闸门的开度大小,在需要的时候,可以显著增加进气量,提升动力。这是少数几家车厂的宝贝技术,目前只有本田、宝马、保时捷和丰田拥有。对于各种可变气门正时,虽叫法不同,但结构原理大同小异,而可变气门升程技术,却被各车厂严格的专利保护起来,以至于到目前为止,还没有哪两个近似,由此可见,可变气门升程技术的重要地位。

 

VVEL结构和原理

可变气门升程,需要根据发动机不同转速、负荷,改变气门的打开角度,也就是升程,让我们来看看日产的VVEL是如何实现这一功能的。普通发动机的气门驱动组,由气门、凸轮轴、凸轮、摇臂等组成。日产的VVEL系统相当特别,凸轮轴上的凸轮,全都改由偏心轮设计,摇臂也是套在偏心轮上,也正是这样独特的设计,才使得可变气门升程得以实现吧。

VVEL系统额外增加了摇臂控制机构,摇臂通过偏心轮套在控制轴上,而控制轴可以在直流马达带动下,旋转一定角度。当发动机在高转速或者大负荷时,如图所示:直流马达带动螺杆转动,套在螺杆上的螺套向马达这边横向移动,与螺套联动的机构使得控制轴逆时针旋转一定角度。由于摇臂套在控制轴的偏心轮上,因此摇臂的旋转中心下移,也就相当于摇臂位置距离气门更近,所以,凸轮轴旋转时,可以让摇臂上Link B点下移更多位置,气门的开启角度也就更大。

当发动机转入中、低转速或者小负荷,马达在电脑指令下,驱使螺套向远离马达方向移动,联动机构使控制轴顺时针方向旋转,偏心轮的圆心上移,摇臂的旋转中心也就上移,整个摇臂距离气门的距离变远,凸轮轴旋转时,摇臂上Link B点下移距离变短,气门的开启角度也就变小。由于马达的转动是线性的,它可以控制气门在最大升程和最小升程之间连续变化,因此,这种设计可以让发动机动力输出平滑,不会有突兀感。

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