宝马的Valvetronic技术是如何工作的?
什么是“油门”?
“节气门”是发动机进气歧管里一个看起来像蝴蝶的气门(节气门英文叫butterfly,butterfly的意思是蝴蝶)。
那么减小油门有什么好处呢?。这个优点就是省油。。。
各种测试结果表明,与传统发动机相比,Valvetronic发动机可节省7%以上的油耗。
要了解没有油门的发动机为什么能省油,首先要了解传统发动机的油门是如何工作的。
当你踩下油门加油时,你可能会感觉到发动机在加油。
但实际上,踩下油门踏板并不会直接增加喷入发动机气缸的油量,而是改变了进气管油门开关的大小,从而改变了进入气缸的空气量。汽车的燃油喷射系统监控通过节气门的空气量,以决定喷射多少油。这就是油门控制发动机的方式。
这样设计的主要目的是希望在不同的节气门开度下,油气混合比不发生变化,以免造成熄火。
那么为什么没有油门的发动机会省油呢?
当你轻踩油门时,节气门只是微开,但与此同时,活塞向下移动,试图从关闭的进气管吸入空气。此时,节流阀与活塞之间会形成真空,外界大气压力会对活塞的动作形成很大的阻力,极大地消耗能量。发动机转速越低,节气门会越紧,导致能量损失越大。
所以Valvetronic发动机可以通过减去油门来节省油耗,尤其是在低速时。
在传统发动机中,进气管中的空气在进入发动机气缸之前,先经过节气门,然后经过气缸顶部的进气门。
进气门的开启和关闭时间由正时皮带和凸轮轴控制,无论转速如何,进气门的开启深度总是固定的。
Valvetronic发动机,顾名思义,Valve就是valve tronic的意思,也就是电子控制的意思。
取消节气门后,发动机通过电控进气门的开启深度,直接控制进气量。
整体机制其实相当复杂,解释起来也很专业。一般来说,传统发动机踩油门时的信号是通过机械传递来控制进气管的油门。Valvetronic发动机踩油门时的信号通过电子方式传输到发动机进排气门顶部的步进电机。步进电机收到信号后会适度转动,通过传动轴、活塞顶摇臂、挺杆来改变进气阀的开启深度。油门踩得越浅,进气阀开得越浅,油门踩得越深,进气阀开得越深。
Valvetronic发动机省去了节气门,直接控制进气门电子调节进气。这样的设计除了省油还有一个重要的好处,就是油门的反应时间加快了。
在传统发动机中,节气门由节气门控制。踩下油门,节气门会打开,空气不会大量进入气缸,直到流入进气支管。Valvetronic发动机通过踩油门直接控制进气门的开启深度,大量空气立即进入气缸。
Valvetronic发动机进气门的开启深度最浅为0.25毫米,最大为9.7毫米的38.8倍。从最浅到最深的反应时间只有0.3秒。
宝马的Valvetronic发动机是在英国一家全新的发动机工厂制造的。整个Valvetronic系统是一个预组装模块,可以直接安装在发动机气缸盖上。
宝马声称使用Valvetronic技术的发动机效率比传统发动机高14%,但这并不完全是因为Valvetronic技术。宝马表示,其中7%来自Valvetronic技术,3%来自减少摩擦损失,4%来自6速自动变速器。
但由于Valvetronic发动机配备了很多进气门控制机构,机械接触和摩擦较多,发动机在超过6000转时效率和平顺性并不好。。
Valvetronic发动机采用软件和硬件相结合的方式取代变速器节气门结构。Valvetronic意味着电子控制取代了传统的机械控制阀机构。
Valvetronic修改进气门的正时和升程。Valvetronic系统有和传统发动机一样的凸轮轴,还有偏心轴、滚轮、顶杆的机构,由步进电机驱动。通过接收来自节气门位置的信号,步进电机改变偏心凸轮的偏移量,并通过某种机械传动间接改变进气门的致动。
传统气门机构与Valvetronic机构的比较燃油喷射系统通过监测流经循环节气门的空气流量来确定发动机燃烧所需的燃油量,即节气门开度越大,流入燃烧室的空气就越多。在较轻的节气门处,节气门甚至接近关闭。当活塞仍在运转时,部分空气进入进气歧管。此时,燃烧室和节气门之间的进气歧管中有一部分真空,由于活塞的吸入和泵的阻力,浪费了能量。工程师称这种现象为“泵送损失”。怠速时,节气门仅部分开启,因此能量损失较多。
通过改进电机的螺旋齿轮来改变偏心轴的旋转,带动中间摇臂随传统凸轮轴运动,然后在气门压下前将压力传递给摇臂。
Valvetronic可以通过降低气门升程和进入燃烧室的空气量来最大限度地减少泵的损失。
与传统的双凸发动机相比,Valvetronic采用了额外的偏心轴、步进电机和一些中间摇臂来控制气门的开启或关闭。如果摇臂压得更深,进气门会有更高的升程,Valvetronic有办法自由控制气门升程。进气长就是气门升程大,进气短就是气门升程小。
驱动数据
气门升程的变化在0和9.7毫米之间。
将螺旋齿轮调整到最大和最小位置只需0.3秒。
结合双VANOS技术
中央摇臂的公差只有0.008毫米。
驱动偏心轴只需几毫秒。
优势
当Valvetronic发动机的冷却水流经气缸盖时,温度可降低60%左右。
泵的尺寸只有原来的一半,减少了约60%的功率损耗
动力方向的油被快速加热,减少了液压泵的动力使用。
将水泵和动力泵安装在同一轴上,并在冷却和机油之间安装热交换器,以降低30%的温度