智能氣門技術(shù)助發(fā)動(dòng)機(jī)提升經(jīng)濟(jì)性

內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)化過程中，氣門的開閉策略是目前來說僅剩的幾項(xiàng)難題之一。目前，英國Camcon公司正在開發(fā)一項(xiàng)叫做智能氣門控制（Intelligent Valve Actuation）的技術(shù)，其目標(biāo)就是解決發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中氣門控制策略的難題。該公司技術(shù)總監(jiān)Roger Stone表示，智能氣門控制技術(shù)致力于達(dá)到2020年的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

智能氣門控制結(jié)構(gòu)：左邊閉合、右邊開啟

Roger Stone指出，該技術(shù)的基礎(chǔ)策略在于消除氣門與曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械連接，讓氣門正時(shí)/升程/周期能夠在每個(gè)循環(huán)中根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和載荷達(dá)到靈活應(yīng)變的狀態(tài)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒更優(yōu)化。

智能氣門控制技術(shù)據(jù)稱可以克服可變氣門控制系統(tǒng)的局限性，主要是通過在氣門工作過程中，結(jié)合高速數(shù)控技術(shù)以及高精度氣門開閉來實(shí)現(xiàn)。工程師表示，實(shí)際上，這是一種線控氣門技術(shù)（valve-by-wire technology）。

Stone表示，“由于曲軸與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的直接機(jī)械連接，使得設(shè)計(jì)師在較長一段時(shí)間內(nèi)受到制約。在目前的新的思維模式下，設(shè)計(jì)師認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)需要一個(gè)特定的載荷和速度條件，并據(jù)此制定出相應(yīng)的氣門控制策略，并且無需受到傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制?！?/P>

優(yōu)化氣門升程/正時(shí)所得到的最直接的效果就是，扭矩以及燃油經(jīng)濟(jì)性和排放的優(yōu)化。另外，該技術(shù)可以結(jié)合均質(zhì)壓燃技術(shù)（HCCI），并且可以在2缸、4缸發(fā)動(dòng)機(jī)中兼容。

啟用先進(jìn)的燃燒策略

Camcon的開發(fā)工作已經(jīng)證明，即使一個(gè)相對(duì)簡單地改動(dòng)，也能夠使現(xiàn)存發(fā)動(dòng)機(jī)中的低速扭矩更高，泵氣損失更少，廢氣循環(huán)控制更佳。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行模擬和試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試，Stnoe預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)至少能夠使燃油經(jīng)濟(jì)性和二氧化碳排放改善15%。

將進(jìn)氣門開口時(shí)間延長從而為米勒循環(huán)提供足夠的工作時(shí)間，這項(xiàng)改動(dòng)非常簡單。另外，它還能夠克服一些均質(zhì)壓燃過程中的難題，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速期間，曲軸運(yùn)行720°（兩周）時(shí)間內(nèi)，可以進(jìn)行很多的氣門控制。比如，可以通過縮短進(jìn)氣沖程來將低進(jìn)氣慣性，從而在不同轉(zhuǎn)數(shù)之下都能營造最佳入氣流量。

根據(jù)進(jìn)氣汽車行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來看，斷缸技術(shù)的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步發(fā)展。而智能氣門控制策略同樣能夠通過使各個(gè)氣缸輪流失活來保證不會(huì)有單個(gè)氣缸長時(shí)間處于非工作狀態(tài)。

由于其快速響應(yīng)特性，該策略也適用于轉(zhuǎn)速低于3,000轉(zhuǎn)/分的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。

Stone指出，智能氣門控制是將緊湊型機(jī)械連控軌道（desmodromic）配氣機(jī)構(gòu)與Camcon公司的機(jī)械調(diào)節(jié)器相結(jié)合得到。

系統(tǒng)由氣門控制單元VCU控制，其控制效率比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中的點(diǎn)火控制或噴油控制更高。噴油或點(diǎn)火控制單元僅僅能夠計(jì)算每個(gè)氣缸單次循環(huán)所需的噴油量，而氣門控制單元?jiǎng)t可以在每次循環(huán)過程中監(jiān)控氣門位置100次。

更低的油耗

智能氣門控制技術(shù)的核心組件是Camcon公司的機(jī)械調(diào)節(jié)器該組件基于公司的Binary Actuation Technology技術(shù)制造。該多機(jī)械調(diào)節(jié)器有兩個(gè)穩(wěn)定的零功耗狀態(tài)，傳統(tǒng)的螺線管中則只有1個(gè)零功耗狀態(tài)。氣門行程被限制在固定范圍內(nèi)，所以只有在切換斷缸對(duì)象時(shí)需要消耗功率。

智能氣門控制系統(tǒng)的連控軌道閥結(jié)構(gòu)

Stone指出，設(shè)計(jì)師通過利用一個(gè)旋轉(zhuǎn)永磁體實(shí)現(xiàn)多極布局，就像一個(gè)緊湊型超快響應(yīng)速率的電動(dòng)機(jī)。將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成高精度的線性氣門開閉運(yùn)動(dòng)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，系統(tǒng)為每個(gè)氣門配備了連控軌道結(jié)構(gòu)凸輪。第三個(gè)凸輪的凸角作為能量回收彈簧，將某個(gè)氣門工作的能量回收并用于第二個(gè)氣門的控制中，提升發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

據(jù)Camcon公司描述，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器的工作效率較高，因此可以兼容電壓較低的12伏汽車電氣系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示，通過利用智能氣門控制技術(shù)后，發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)曲軸和氣門的噪聲也得到大幅降低，特別是在轉(zhuǎn)速較低的情況下。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，燃油噴射系統(tǒng)將成為發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的主要來源。

目前Camcon公司正在與多個(gè)原始設(shè)備制造商協(xié)商合作事宜，一旦合作達(dá)成，那么智能氣門控制系統(tǒng)將進(jìn)入量產(chǎn)階段。公司稱該技術(shù)可幫助發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到2020年排放和燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)。