起亚全球首创CVVD发动机技术解析

作者：小车慢生活
2020-04-07 05:18
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不久前，现代汽车集团发布了全球首款“连续可变气门正时”系统（Continuously Variable Valve Duration,以下简称“CVVD”）。同时，对外展示了首款采用该技术的Smart StreamG1.6 T-GDi发动机。这是一项具有划时代意义的技术，突破了发动机可变气门技术的种种限制，不仅能够让发动机的性能与燃油效率整体得到提升，同时还减少了尾气的排放量。

当然，在了解CVVD的工作原理之前，我们需要来了解节气门它是如何工作的。对于一台引擎来说，它有四个冲程：吸气、压缩、做功、排气。在吸气冲程时，气门打开让空气进入到气缸内，排气冲程也是类似的，打开排气门让废气从气缸排出。对于大部分的引擎来说，气门打开与关闭的时机是固定的，因为气门的打开与关闭依赖于凸轮轴的形状。但对于今天的发动机技术来说，有三种可以改变气门运作的方式：1、气门正时是控制何时打开气门的，早一点或者晚一点。2、气门升程是控制气门打开的幅度，只打开一点点还是很多。3、现代的CVVD技术给我们带来了一种新的方式，气门打开持续时间的长短（相同转速下）是只打开一小会还是打开比较长时间。

现代的CVVD技术不仅优化了发动机的性能和燃油效率，而且可让发动机变得更加环保。该气门控制技术可根据行驶工况，对气门的开关持续时间进行调节。仅在500ms时间内,CVVD技术可进行1400步超精密吸气气门开启状态的调整，从而可将发动机性能提升4%，燃油效率提升5%，此外还将尾气排放减少12%。到目前为止，内燃机的性能和效率一直由可变气门控制技术进行控制，该技术通过调节气门开启和关闭的时间，以及气门开启的深度，通过燃油摄入-压缩-膨胀-耗尽这一循环来让发动机产生动力。

现有的可变气门控制技术是管理气门开关的时间，如“连续可变气门正时”系统（Continue Variable Valve Timing，简称CVVT），或者通过调节气门深度以控制进气量如“连续可变气门升程”系统（Continuously variable valve lift，简称CVVL）。宝马公司的 Vanos，丰田公司的VVTI，本田公司的VTEC都属于以上两种气门管理技术的范围。这些可变气门控制技术与CVVD最大的区别是，CVVT和CVVL不能调节气门开关时间。现有的发动机循环有三种,分别是油耗率优先的阿特金森循环、侧重性能的米勒循环,以及平衡油耗及性能的奥托循环,不同类型定位的发动机只能选择其中之一来设置固定的气门开启持续时间(Valve Duration)，无法对不同的行驶工况做出响应而CVVD技术的优势在于,可根据定速行驶、加速行驶等行驶条件,合理控制气门开启持续时间,从而同时实现阿特金森、奥托、米勒三种发动机循环的优质效果。不仅如此,CVVD技术可将发动机的有效压缩比在4:1至10.5:1范围内进行灵活调整,实现可变压缩比效果。而此前日产推出的VC-TURBO可变压缩比发动机则只能通过在发动机曲轴部分加入几个连杆加控制轴来改变了曲柄连杆的运动轨迹，从而达到改变压缩比的目的。

对于应用了CVVD技术的发动机,在发动机输出功率较低的定速行驶情况下,可将吸气气门的开启时间持续至压缩冲程的中后期,以此减少压缩时产生的阻力,有效改善油耗;相反,车辆加速行驶时,CVVD技术将在发动机压缩冲程初期便关闭吸气气门,最大限度地增加燃烧所需的空气量,由此提升发动机扭矩,有效改善加速性能。除了提升车辆性能和燃油率之外,CVVD技术还可有效减少尾气排放量。经过实验反复验证,搭载CVVD技术车辆的发动机性能可提高4%以上,燃油率可提高5%以上,而尾气排放量可减少12%以上。

现代推出的新款4缸汽油涡轮发动机Smart StreamG1.6 T-GDi发动机，是第一款运用了CVVD技术的发动机。SmartStream G1.6 T-GDi最大输出功率为180马力,最大扭矩为265牛米。此外，该发动机还使用了低压尾气再循环系统（Low Pressure Exhaust Gas Recirculation，简称LP EGR）。EGR系统是指发动机排出的尾气通过再循环系统，可将部分尾气输还给燃烧室，产生冷却发动机效果，这样可以使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使发动机内燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放到空气中的废气中的污染成份最低。而Smart Stream G1.6 T-GDi发动机发动机还具备一个低压系统，能够将燃烧的废气重新导回涡轮增压器压缩机的前部，而不是进入进气系统，从而能够提高发动机在高负荷工作状态下的效率。LP EGR能够进一步提升发动机燃油效率，并减少氮氧化物的排放。此外，Smart Stream G1.6 T-GDi发动机还具备一个综合热管理系统，能够快速加热或冷却发动机至最佳工作温度。发动机部件之间的摩擦力降低34%，新的高压直喷系统燃料喷射压力达到了350bar，比起现有发动机的250bar燃料喷射压力高出40%。这使得发动机更加节省燃油。