全球可變氣門正時vvt技術(shù)大比拼

m.bomingjun.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：俠名類別：汽車構(gòu)造維修時間：2012-07-06

自然吸氣引擎篇---可變氣門正時（VVT）技術(shù)大比拼
目前國內(nèi)汽車市場中，渦輪（TUBRO）引擎已經(jīng)憑借大眾奧迪等廠商的多年努力有了相當程度的推廣，但制造維護成本更低、更可靠的自然吸氣（NA）引擎卻依然占領(lǐng)著大部分市場。而提到自然吸氣引擎我們就不得不習(xí)慣性的提起三個字母--VVT，這也是本篇文章介紹的重點。
在這之前我們有必要簡單了解一些汽車引擎的基本知識。以我們在初中物理中學(xué)到的內(nèi)燃機知識為基礎(chǔ)，平時大家常說發(fā)動機的排氣量是一個最大值。發(fā)動機實際工作效率取決于進氣效率，即進入氣缸的混合氣與排氣量的比。氣門正時，尤其是進氣遲閉角，對發(fā)動機充氣效率有直接影響。當發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，增大進氣遲閉角，有利于提高充氣效率、提高最大功率。而當發(fā)動機處于低轉(zhuǎn)速時，減小進氣遲閉角，能防止氣體被推回進氣管，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。傳統(tǒng)的氣門機構(gòu)調(diào)整，也就無法進一步提高發(fā)動機性能。
20世紀60年代起，工程師們開始致力于VVT（Variable Valve Timing）可變氣門正時的研究。最早開發(fā)出成型技術(shù)的是菲亞特和通用，但受技術(shù)和成本的限制并沒有量產(chǎn)。1982年的阿爾法"羅密歐Spider 2.0是最早采用VVT技術(shù)的量產(chǎn)車。
廠商總吹噓自己的可變氣門正時技術(shù)多么先進，事實真是如此嗎？在答案揭曉之前，先賣個關(guān)子，介紹一下VVT技術(shù)的相關(guān)知識，以及VVT的幾個關(guān)鍵詞解惑。
VVT 對比 CVVT
CVVT（連續(xù)可變氣門正時）就是擁有“Coutinous”連續(xù)能力的VVT，是眾多VVT中的一個種類。目前絕大多數(shù)廠商都擁有CVVT技術(shù)，一般通過一個凸輪軸位置調(diào)節(jié)機構(gòu)來實現(xiàn)（本田的i-VTEC是個異類）。從性能上看，CVVT與VVT的最大功率與最大扭矩并無太大區(qū)別，但在中間轉(zhuǎn)速時，CVVT的扭矩更大，且扭矩曲線更為平滑。
氣門升程
氣門升程的作用就像一個水龍頭，直接決定了發(fā)動機的進氣速度。在高轉(zhuǎn)速時配合較大的氣門升程能大幅提升發(fā)動機的最大功率。低轉(zhuǎn)速時發(fā)動機的單位時間進氣量本來就小，也就不需要很高的進氣速度，減小氣門升程有助于形成渦流，提高充氣效率。將氣門升程的連續(xù)可變技術(shù)用于量產(chǎn)車的目前僅有寶馬一家（注意是“連續(xù)”可變，本田也能對氣門升程做出調(diào)節(jié)但為階段式可變），作用同樣是提升中低轉(zhuǎn)速扭矩，但效果并不明顯。
VVT 對比 VIM
VIM既可變進氣歧管技術(shù)。在低轉(zhuǎn)速時，細長的進氣歧管有助于形成渦流；高轉(zhuǎn)速時，粗短的進氣歧管能增加進氣量，保證充足的空氣供應(yīng)。與VVT相比，VIM只能算是一種輔助。事實上，很多廠商也只是將VIM作為VVT的配套設(shè)備，比如馬自達的S-VT+VIS。
VVT 對比增壓
VVT與增壓的關(guān)系，就像劍術(shù)與刀法，同樣是克敵技藝，卻是王道與霸道兩種截然不同的風(fēng)格。VVT通過改善條件提升充氣效率，增壓（無論是哪種增壓方式）都是以強制進氣來提升充氣效率。哪種方式更好很難說清，就連廠家也是各自有不同的傾向。但是有兩點是可以肯定的：一是VVT與增壓共存時，發(fā)動機性能與單有增壓時相差無幾；二是從單位排氣量的功率來看，增壓的效果要更好。
SOHC 對比 DOHC
SOHC表示單頂置凸輪軸發(fā)動機，即一個進氣門一個排氣門。低轉(zhuǎn)速時扭據(jù)較同排量DOHC發(fā)動機大，爆發(fā)力更好，動力一般在4000-4500轉(zhuǎn)或者以上爆發(fā)。DOHC表示雙頂置凸輪軸發(fā)動機，一般每缸有多個氣門，普遍是4氣門（即2個進氣門2個排氣門），多氣門發(fā)動機燃燒更充分，能讓更多新鮮空氣進入發(fā)動機，排放效率更好，動力爆發(fā)點要早一些，基本上處于2500-3500轉(zhuǎn)左右。相比較而言DOHC技術(shù)更先進，SOHC更適合走走停停的城市道路而且結(jié)構(gòu)簡單維護保養(yǎng)成本更低。
各大廠商的VVT技術(shù)（排序按在VVT技術(shù)領(lǐng)域的影響力）
【本田VTEC】



本田的VTEC技術(shù)，是VVT發(fā)展史上的里程碑。正是兼顧性能與成本的VTEC出現(xiàn)，才讓VVT技術(shù)開始大行其道。本田VTEC目前已經(jīng)發(fā)展到第三代i-VTEC（智能可變氣門正時及升程電子控制系統(tǒng)），該系統(tǒng)由一個三段式的VTEC和VTC 控制器組成。VTEC通過凸輪軸上的高低行程兩組凸輪和驅(qū)動氣門的兩級搖臂機構(gòu)來實現(xiàn)對氣門正時和升程的控制，凸輪和搖臂共有三種組合，是一種階段式的VVT系統(tǒng)。VTC能根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷，調(diào)整進排氣正時的重疊角，讓i-VTEC具有連續(xù)可變正時的性能。目前本田所有成型的i-VTEC引擎均為同時控制進排氣門。本田自2002年開始在旗下所有車型中全面使用i-VTEC，但需注意的是本田還有一種SOHC i-VTEC。SOHC i-VTEC以三段式的VTEC為基礎(chǔ)，沒有VTC（VTC只能用于DOHC），增加了一個省油模式。在省油模式下，節(jié)氣門在低轉(zhuǎn)速也保持全開，從而提升發(fā)動機的進氣效率，達到省油的目的。國產(chǎn)的思域1.8L和雅閣2.0L用的都是這種SOHC i-VTEC。
【寶馬VANOS】
寶馬的Double VANOS+Valvetronic是目前唯一能做到連續(xù)可變氣門正時和升程的系統(tǒng)。VANOS通過一個液壓驅(qū)動的杯型齒輪，聯(lián)接凸輪軸和鏈輪，通過杯型齒輪的動作提前或延遲凸輪軸的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)連續(xù)可變氣門正時。Double VANOS就是進排氣都有VANOS來控制。Valvetronic使用液壓調(diào)整的搖臂來控制氣門升程，不同于其他氣門升程調(diào)節(jié)機構(gòu)只是階段式的，Valvetronic可以做到連續(xù)調(diào)節(jié)。Double VANOS+Valvetronic系統(tǒng)在功能上接近完美，結(jié)構(gòu)也非常清晰，但對液壓部件的要求非常高，因此成本一直居高不下。
【豐田VVT-i】



豐田最早在1992年的卡羅拉車型上使用了搭載VVT技術(shù)的4A-GE發(fā)動機，但只是氣門正時二階段可變的。1996年，豐田推出了VVT-i，并沿用至今。VVT-i的結(jié)構(gòu)類似于寶馬的VANOS，不同的是VANOS通過液壓機械結(jié)構(gòu)，而VVT-i通過電機提前或延遲凸輪軸的轉(zhuǎn)動，控制精度沒有VANOS那么高。同樣，雙VVT-i就是進排氣都有VVT-i。同是日本最具代表性的汽車廠商，豐田的自然吸氣發(fā)動機始終不如本田，2001年他們決定反戈一擊。新推出的塞利卡SS-II，使用編號為2ZZ-GE的1.8L發(fā)動機，該發(fā)動機采用VVTL-i技術(shù)，L既“Left”，表示該技術(shù)能對氣門升程做出調(diào)節(jié)。有趣的是，VVTL-i的氣門升程調(diào)節(jié)機構(gòu)與本田的VTEC非常相似，也僅有兩段調(diào)節(jié)。國內(nèi)目前還沒有使用VVTL-i技術(shù)的豐田車型。
【保時捷VarioCam Plus】



保時捷的VarioCam Plus結(jié)合了VTEC和VANOS的特點。在調(diào)節(jié)氣門正時方面，采用了與VANOS近似的做法。但VarioCam Plus沒有搖臂機構(gòu)，而是直接用凸輪軸推動氣門，采用與VTEC類似的高低行程兩組凸輪，達成對氣門升程兩段調(diào)節(jié)的功能。保時捷的車比較稀少，所以VarioCam Plus在國內(nèi)名氣也不是那么大。據(jù)說VarioCam Plus的特性非常類似于早期的VTEC，在特定轉(zhuǎn)速開啟之后能給發(fā)動機性能帶來質(zhì)的飛躍。
【通用DVVT】



通用的“VVT”系統(tǒng)（加引號以示區(qū)別），是一套連續(xù)可變的VVT系統(tǒng)，技術(shù)含量較高。無論對于OHV或OHC形式的發(fā)動機都能匹配，是通用VVT系統(tǒng)的最神奇之處。通用在其一系列高性能V6發(fā)動機（HFV6）中運用了進排氣連續(xù)可變氣門正時和電子節(jié)氣門技術(shù)，但是通用并沒有對這項技術(shù)命名。此外HFV6系列發(fā)動機為序列式燃油直噴。通用新君威，科魯茲搭載源自歐寶的ECOTEC引擎，技術(shù)含量還是很高的。
【日產(chǎn)N-VCT】



1993年日產(chǎn)開始采用福特的VCT技術(shù)，自稱N-VCT。N-VCT是最早期的VVT，只能對進氣正時進行階段式的調(diào)節(jié)，但是結(jié)構(gòu)簡單效果不錯，到目前還廣泛運用于旗下的發(fā)動機，比如VQ35DE。1997年～2001年，日產(chǎn)在其RB系列發(fā)動機上使用了VVL技術(shù)，該技術(shù)非常類似VTEC。唯一的區(qū)別是，VVL的氣門升程和正時是分開控制的。目前廣泛用于日產(chǎn)小型車的HR16DE、MR20DE發(fā)動機（騏達，軒逸所搭載）采用的是2004年公布的CVTC技術(shù)，該技術(shù)類似豐田VVT-i，能對進氣正時做連續(xù)可變控制。
【大眾奧迪集團】



各位應(yīng)該很少聽說大眾的VVT技術(shù)，這是因為從技術(shù)上說VVT和渦輪增壓是相沖突的，一個需要精確控制一個是填鴨式的。大眾曾在其EA117平臺1.8T發(fā)動機的后期型號使用過保時捷的VarioCam技術(shù)，但渦輪與VarioCam合作的結(jié)果卻是1+1<2，效果不理想。就目前的TSI技術(shù)來說，開發(fā)與之配套的VVT系統(tǒng)意義不大，而且成本較高，所以大眾干脆專心于直噴發(fā)動機。此外09年1月國內(nèi)上市的新一代奧迪A4上裝備了奧迪自行研發(fā)的AVS（氣門升程控制系統(tǒng)），其原理與本田的VTEC差不多，這款A(yù)VS與增壓結(jié)合的引擎會表現(xiàn)如何還有待市場的考驗。
【阿爾法"羅密歐Variator】



阿爾法"羅密歐雖然最早量產(chǎn)使用VVT技術(shù)汽車，卻沒有發(fā)展更先進的VVT技術(shù)。他們的Twin Spark發(fā)動機已經(jīng)生產(chǎn)了22年，從1994年開始，Twin Spark 16v系列的1.8L、2.0L發(fā)動機開始使用Variator技術(shù)。Variator幾乎和寶馬的VANOS一模一樣，從今天看，數(shù)據(jù)上已經(jīng)比較落伍。阿爾法"羅密歐的最新技術(shù)來自通用的HFV6發(fā)動機。
【馬自達S-VT】



馬自達的S-VT結(jié)構(gòu)類似于寶馬的VANOS。不過馬自達通過一系列工作來改善發(fā)動機的工作效率，包括VIS可變進氣歧管控制、VICS可變渦流控制等，從其他方面完善了發(fā)動機的進氣性能。
【福特VCT】



福特一直都在使用自己開發(fā)的VCT技術(shù)，由于福特并不將VCT作為主要賣點，多年來也沒有投入太多精力在上面。至于長安福特蒙迪歐-致勝的i-VCT技術(shù)，其實就是馬自達的S-VT，而Duratec HE發(fā)動機也就是稍作修改的馬自達MZR發(fā)動機。
【標致雪鐵龍集團】



PSA與寶馬合作開發(fā)了一套CVVT系統(tǒng)。整套系統(tǒng)相當于簡化版的VANOS，用于一系列小排量，其中最著名的當屬Mini Cooper使用的Prince發(fā)動機。
【克萊斯勒】



上面提到的Prince發(fā)動機，其前身是克萊斯勒、羅孚和寶馬合作開發(fā)的Tritec發(fā)動機。2005年克萊斯勒與寶馬一拍兩散，聯(lián)合三菱、現(xiàn)代組成GEMC世界發(fā)動機聯(lián)盟，開發(fā)“世界”發(fā)動機。我們很驚奇地看到“世界”同樣采用名為CVVT的技術(shù)，從結(jié)構(gòu)上看和PSA的也沒什么區(qū)別的。不妨大膽猜測，其實無論是克萊斯勒、現(xiàn)代起亞集團的CVVT都是源于寶馬的VANOS。
【三菱MIVEC】



三菱的MIVEC因為Evolution IX而變得非常著名。MIVEC的結(jié)構(gòu)類似本田的VTEC（注意沒有i）。所以除了渦輪增壓的Evolution IX，其他采用MIVEC技術(shù)的發(fā)動機性能都較差。
各家VVT技術(shù)孰優(yōu)孰劣
為了量化地評價各家的技術(shù)，我們把結(jié)構(gòu)的先進程度作為評價的主要指標，并以發(fā)動機的升功率作為輔助的參考指標，將目前市場上主要的VVT技術(shù)分成五個級別。
技術(shù)最先進VVT：寶馬Double VANOS+Valvetronic，這套系統(tǒng)在功能上接近于完美的VVT，對氣門正時、重疊角和升程都能進行連續(xù)可變的控制，且控制精度精確到毫秒。
性能最強勁VVT：本田VTEC當之無愧，神奇跑車S2000創(chuàng)造的125匹/升（92千瓦/升）最強升功率世界記錄至今沒有另外一家廠商能夠打破。
技術(shù)最可靠VVT：本田寶馬保時捷豐田，當前在量產(chǎn)發(fā)動機上擁有最高VVT技術(shù)的廠商。（保時捷VarioCam Plus雖不如另外三家那么有名，但在歐洲也有不少廠商采用該技術(shù)。）
進排氣正時連續(xù)可變VVT：目前較為先進的技術(shù)，只掌握在少數(shù)廠商手中（前四家再加通用）。此外由于國產(chǎn)通用、豐田汽車缺少可變氣門升程控制，因此高轉(zhuǎn)速性能不強。
進氣正時連續(xù)可變VVT：目前大部分廠商廣泛使用的技術(shù)。性能相比進排氣連續(xù)可變系統(tǒng)稍低，
階段可變VVT：技術(shù)比較陳舊，發(fā)動機綜合表現(xiàn)較差。但在某一方面，比如油耗或者高轉(zhuǎn)速性能，會有獨到的優(yōu)勢，且成本最低。