Valvetronic可变气门系统能精确控制进入每缸的空气量,并可革命性地取消传统的节气门。不过出于冷起动稳定性、排放控制和可靠性方面的考虑,现有机型仍保留了节气门本体结构。
工作原理
Valvetronic系统的凸轮轴通过中间臂驱动气门摇臂,在该结构中摇臂位于凸轮轴下方,中间臂垂直于凸轮轴并在中部有滚轮与凸轮轴联动,中间臂的下端放在摇臂的滚轮上,上端通过特殊的结构与异形轴相接。
当凸轮轴转动时,中间臂将像钟摆一样做往复运动。为了将水平方向的动作转化为垂直运动,中间臂的下端形状是复杂的流线型,有点像人们玩的飞去来器,其中一半的轮廓线通常与摇臂擦肩而过,其他部分则与它们形成一定的夹角。只有当有夹角的这部分轮廓落到摇臂滚轮上,向下推动摇臂,气门才能开启到设定的开度。
中间臂的行程大约只有施加在摇臂上的一半,从枢轴的位移可以看出来。Valvetronic系统配一电动机,当电动机带动异形轴转动,上下移动中间臂时,中间臂与气门摇臂接触轮廓跟随改变。这意味着进气门的提升理论上可以无限变换,从全开到全关,这就是Valvetronic的工作原理。
Valvetronic系统剖面图
(1)工艺基础
气门可在0~9.9毫米升程之间连续变化,而异形轴上的电动机通过蜗轮驱动可以在300毫秒内完成最大最小升程的转换。另外,VANOS系统可以使进排气凸轮轴相对于曲轴做60o的调整,从一个极端到另一个极端的时间也控制在300毫秒。
如此快的调整当然需要强力的控制系统,Valvetronic有独立的电控单元,它的处理能力达到32位40兆赫,与发动机管理系统联网后的处理能力达到1.6兆字节。
所有运动部件经优化处理降低重量,使得每一阀分担的系统重量仅为82克;通过协调的滚动摩擦表面,摩擦效率提升到一个新高度。对于宝马新型发动机来说,该系统是最节约能源的。
Valvetronic工作精确的根源在于精密的加工工艺:中间臂首先被精密铸造,然后运用精细的工艺进行机加工,该工艺目前仅在加工柴油机喷油系统时应用。底端轮廓线的加工精度控制在千分之八毫米之内,与之相配的凸轮公差也在百分之几毫米以内。(www.daowen.com)
理论上Valvetronic由两部分组成:即进气凸轮轴和8个形状怪异的中间臂(4缸发动机),它们的组合与其他气门驱动系统一起被放在气缸盖内。同时,Valvetronic也是宝马的专利产品,其零部件和发动机总成由位于英国的宝马工厂加工组装。(2)优越性
由于Valvetronic对进气量的精确控制,采用该技术的发动机的优点主要有:
1)在油耗方面有先天优势。
2)卓越的冷起动能力。
3)运转超平稳和精细。
4)前所未有的节气门响应性。
当工作在部分负荷状态下,Valvetronic发动机工作在短气门行程0.5~2毫米的状态下。当气门行程短时,进气流速快,燃油能够很好地雾化,即使冷机状况也不例外。而良好的燃油雾化是快速、均匀和有效点火及燃烧的前提。另外,低负荷情况下气门行程不大,带来出色的平顺性和精致的感觉。
进一步的好处在于非同一般的节气门响应,这是由于喷油的指令已经从节气门处移到燃烧室内,省略了进气从节气门经进气歧管再进入燃烧室的时间,因此,踩下加速踏板的一刻与车辆加速的间隔时间被大大消除了。事实上,Valvetronic在加速响应方面比大多数有独立节气门的概念车更优秀,同时响应过程自然,燃油供给极为精确。
应用了Valvetronic系统,宝马发动机的全负荷运行也是举世无双的,以早期4缸发动机为例,1.8升发动机最大输出功率为84.5千瓦(115马力)/5500转/分,最大转矩175牛·米/3750转/分,且在宽范围内保持至少90%的最大转矩。
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