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小型发动机逆袭 浅析博格华纳可变凸轮相位技能

汽车刚发明时,发动机都是单缸的。随着人们对动力性能的追求,发动机的缸数越来越多。再后来,人们发现地球上的能源消耗太快,于是开始倡导

轿车刚发明时,发起机都是单缸的。跟着人们对动力功用的寻求,发起机的缸数越来越多。再后来,人们发现地球上的能源耗费太快,所以开端倡议节能、减排。轿车发起机又从大排量、多缸发起机逐步向小排量、少缸数发起机演化。尽管现在咱们仍能在超跑上看到8缸、10缸甚至12缸的发起机,但是这只为了投合那些极少数的、寻求极致功用的极客。

数据显现,四缸发起机现在在全球的市场占有率约为75%,发起机小型化趋势已愈演愈烈。而如安在小型化的一起保证其功用就成为了轿车厂商的新课题。“小”意味着紧凑与节能,一起它还有必要更高效。涡轮增压、缸内直喷、可变气门正时(VVT)、可变凸轮正时(VCT)……这些都是整车厂当时比较喜爱的技能。比较之下,可变凸轮正时是信价比比较高的一类技能,它经过优化扭矩动摇、快速调理至最佳相位然后抵达进步发起机功用、节油等意图。

博格华纳在可变凸轮正时技能上有着其独特的专利技能。据工程师描绘,可变凸轮正时、EGR、可变气门升程是比较常用的节油手法。而可变凸轮正时技能因为其高信价比性价比,已被一些主机厂运用。依据不同客户的需求,博格华纳具有三种不同方式的可变凸轮正时技能,分别为油压驱动式(简称OPA)、扭矩辅佐式(简称TA)、曲轴扭矩驱动式(简称CTA)。在这三种方式的根底上,还可扩展参加中心方位锁止技能(MPL),使发起机完成更大的行程和更好的气流操控,然后进步燃油经济性、功用和功率。

三种方式的可变凸轮正时技能

1.OPA


油压驱动相位器

OPA运用机油压力驱动,并选用规范的机油操控阀(OCV),其相位调理速度与机油压力有关,油压越高,其调理速度越快,OPA的最大相位调理视点为62°。工程师介绍,OPA优势在于结构简略,本钱低;不过它对机油耗费量很大,机油泵发生的冲突功会添加,因而会发生附加的丢失,是三种可变凸轮正时技能中最根底的一种。现在,OPA技能已有多个量产项目,博格华纳估计到2017年OPA的产值将抵达250万个。

2.TA

扭矩辅佐相位器

TA则是运用机油压力和可获得的凸轮轴扭矩来驱动,因为选用的机油泵较小,因而其附加的功率丢失也比较小,凸轮轴上只需单油道给相位器供油。

四缸发起机中,每一缸敞开和封闭进程中必然会导致凸轮轴有一个减速和一个加快的进程,气门敞开时气门绷簧对凸轮轴施加力,构成扭矩,该扭矩和凸轮轴为顺时针方向转,然后发生一个逆时针扭矩,使凸轮轴做减速运动。此刻,链条要驱动凸轮轴运动,就需要添加力,让凸轮轴与曲轴同步。当凸轮轴气门敞开到极点,随后封闭进程中,它发生反向扭矩,和凸轮轴旋转方向相同,凸轮轴加快运动。

四缸机一个作业循环中,曲轴旋转720°,有四个正弦波。凸轮轴加快运动时,油路翻开,凸轮轴带着转子加快向前运动,这样相位会提早。凸轮轴减速运动时,链条带动链轮和曲轴同步,相位会滞后。TA便是运用了以上凸轮轴扭矩的特性来进步功用。

TA在1000rpm-5350rpm区间的相位角-扭矩图

关于四缸机而言,它还有个特色,在低速下有比较显着的正弦波,跟着转速升高,正炫波越来越不显着。工程师指出,发起机转速在2500rpm以下时,该技能最能发挥优势,而一般城市工况下发起机转速也不太会超越2500rpm,因而这项技能在绝大部分工况下,关于进步发起机功用十分有利。TA的油路特别短,主油道的油经过单向阀,再流经机油操控阀,抵达相位器,因而它的呼应功用十分好。

比较OPA,TA具有更快的相位调理速度,在高温、低温、低速时功用也更好。对整车厂而言,发起机油道规划更简略。一般情况下假如OCV装在正时罩盖或气门罩盖上,OCV邻近就需要3路油道;而运用TA,客户能够直接把凸轮轴前端轴颈的光滑油油道同主油道相连并加大流量即可,经过凸轮轴轴颈一路油道向VCT供油。据悉,TA方式是现在国内可变凸轮技能发展的趋势。

3.CTA

CTA技能运用气门组织对凸轮轴发生的改动能量来调理凸轮轴相位,这与液压棘轮相相似。与传统的OPA相位器比较,CTA在更宽的发起机转速规模及温度规模下能以更快的调理速度作业,这样发起机能以更快的速度做出呼应并在一切转速下更有效地工作,其履行视点可抵达100°。

曲轴扭矩驱动相位器

CTA的优势首要体现在以下几个方面:

-运用凸轮轴扭矩驱动,凸轮轴上只需单油道给相位器供油

-在发起机全转速都能完成快速的调理速度,不受机油温度和压力巨细的影响

-十分低的机油耗费(约为OPA的10%)

发起机各种油温、油压下CTA的功用改动简直不变

依据试验剖析数据,CTA在一般的各种油温、油压条件下,功用简直没有发生改动。

中心方位锁止技能

中心方位锁止示意图

因为惯例可变气门相位体系初始相位的是相位器的角行程规模的一端,因而发起机低温发起功用、标定战略受限于在规划可变正时体系时规划的调理视点。例如阿特金森循环和米勒循环发起机中,在进气反流的时分需要把进气相位器的滞后视点进一步添加,这时分若仍是锁止在端面的话,就导致体系无法平衡热发起与冷发起的气门堆叠角。

博格华纳的中心方位锁止技能的初始方位设定在一个中心方位,这样答应更大的调理视点和更好的气流操控,然后进步了燃油经济性和功率。简直任何或许的发起机作业条件下,经过一个带专利的液压回路自动地将体系移至中心方位,完成牢靠的复位进程。中心方位锁止技能的优势总结如下:

-中心锁止可完成发起机阿特金森循环和米勒循环,并能锁止在客户所需的任何方位

-在发起机非正常关机时,相位器能自动回到锁止方位

-对发起机缸盖及缸体改动小或无需改动

电子相位器

电子相位器尺度

OPA、TA、CTA都归于液压相位器,在这之上,博格华纳还有适用于高端车型的电子相位器技能,其本钱较高,但功用更拔尖。博格华纳工程师介绍,其特色是能够完成模块化规划,相位器的履行视点比液压相位器更大。电子式相位器履行速度不受油压影响,且很好的进步了发起机低转速时的呼应。其次,它在不同发起机平台上均可运用相同的相位器,通用化强,且具有更大调理视点规模,并答应运用新的发起机标定战略。

电子相位器由链条带动外壳,外壳里边一套行星轮组织,中心是一个太阳轮组织和电机相连,中心的行星架和凸轮轴相连。链条和太阳轮两路输入,行星架一路输出。太阳轮有两道外齿圈,行星轮在与外齿圈啮合时发生速度差,完成相位调理——假如太阳轮加快旋转,那么相位就滞后,假如太阳轮减速旋转,那么相位就提早。

电子相位器结构图

下图是博格华纳电子相位器与竞品在马自达SkyActive发起机上的功用比照,博格华纳的产品(赤色)相位履行工作速度显着超越竞品(蓝色),仅在高速条件下(约5800-6000rpm),滞后方向的履行工作速度会略微比竞品慢一些。

博格华纳电子相位器与竞品在马自达SkyActive发起机上的功用比照

工程师指出,现在相位器行星轮组织功率现已得到进一步进步,尔后的产品会比图中的红线功用更好。其估计未来两年内,我国车企会对这项技能进行前期开发探究。

AirFinityVVA可变气门驱动技能

AirFinity技能可省去发起机的进气凸轮轴

“跟着未来节能法规进一步苛刻,或许这项技能将在5-6年后成为趋势”工程师估计。AirFinityVVA代表着现在最先进的可变气门驱动技能水平。据悉,它运用了博格华纳摩斯体系的气门操控和制作技能,选用螺栓装置式的模块化总成,无需进气凸轮轴,并供给全可变气门升程曲线以支撑多种操控战略,适用于一切活塞发起机。此外,它不单单是一个产品,而是一个系列,后几代的研制要点会放在更灵敏的接连可变气门升程规划上,会让发起机彻底不需要进排气凸轮轴。所以,AirFINITY能够完成最紧凑的直喷发起机安置。

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