前言

随着排放法規越來越嚴格，尤其是國六排放實施的最後期限逼近，提高發動機熱效率和減少排放是各大汽車公司需要迫切解決的主要問題，而問題的關鍵所在就是發動機技術的革新。發動機燃燒所産生的動能通過傳動機構轉化為汽車的驅動力，如何提高動力、提高燃油經濟性和減少尾氣排放是所有發動機研發人員需要投入大量精力研究的重要課題。可變氣門正時技術（Variable Valve Timing，簡稱VVT）是發動機技術革新過程中的關鍵技術，其原理是根據發動機的運行情況，通過控制進排氣門的開閉時間和角度，調整進排氣流量，使進入燃燒室的空氣量達到最佳，油氣混合氣燃燒更充分，燃燒過程更平穩，熱效率更高，排放物更少。

技術介紹

可變氣門正時技術可分為連續可變正時技術和非連續可變正時兩大類，包括可變氣門相位和可變氣門升程兩種，按照控制形式可分為機械控制和電子控制（Valvetronic，如圖1所示）兩種方式，市面上車型常見的是VVT、VVT-i、VCT、CVCT、CVVT 、VVL、VVTL-i等稱謂，這些車型都采用可變正時技術，但是VVL和VVTL-i也采用了可變氣門升程技術。本文主要講電子氣門控制技術（Valvetronic）。

Valeo e-Valve系統

Valeo公司開發出了沒有凸輪軸的可變氣門正時機構——e-Valve系統，改變了傳統的氣門控制機構，隻保留了進排氣氣門，開啟和關閉氣門不再由凸輪軸控制，而是由電磁控制系統依靠曲軸的位置信号單獨控制每一個氣門，該系統結構如圖1所示，這種彈性的氣門控制系統可以無限調整氣門開啟正時和氣門打開的時間長短，其主要優勢是像日産的VVEL系統那樣通過控制氣門升程控制進氣。對于采用e-Valve系統的發動機不但可以按照駕駛者的需求來發揮發動機的最大動力性，同時還可以提高燃油經濟性，降低NO_x 、CO₂和 HC排放，使廢氣再循環更加容易。在綜合工況下，Valeo的e-Valve技術可使車輛油耗和排放降低5%-20%，同時還可以顯著提高發動機低轉速時的扭矩，改善低速駕駛操縱性。

圖1 e-Valve系統

e-Valve系統的工作原理是：每個氣門由兩個彈簧和兩個磁體控制，兩個彈簧通過反向的相互作用力，控制氣門的開啟和關閉。兩個磁體控制氣門杆上的控制盤，下面的磁體負責開啟氣門，上面的磁體負責關閉氣門。每個氣門都由氣門控制單元控制，包括2/42V轉換器和冷卻系統組成的電子管理系統。發動機可以通過氣門的開啟和關閉控制進排氣量，取消節氣門，從而減小或完全消除發動機在低轉速運轉時進氣過程中的負壓，降低燃油消耗；同時，發動機的怠速轉速可以變得更低。e-Valve 系統更加精确和方便地控制發動機氣門開啟和關閉，提高低速扭矩和燃油經濟性，降低排放。大排量發動機采用e-valve系統的同時如果結合斷缸技術，在更經濟的模式下運行時關閉相應氣缸的氣門，可實現更高的發動機燃燒效率和燃油經濟性。

e-Valve 系統的每個氣門通過獨立的磁體和彈簧控制氣門。在氣門開啟時，氣門被上部磁體釋放，然後氣門被上部彈簧的能量打開；下部磁體使氣門保持打開在需要的時間長度，并完全壓縮下部彈簧。利用相反的步驟關閉氣門，氣門被鎖止在關閉位置，以減少磁體消耗的能量。在發動機低轉速運轉時氣門的開關速度要快于凸輪軸控制，可以減少進氣損失；當發動機不工作時氣門同樣被保持在關閉的位置。缺點是氣門在到達行程上下點時會産生噪聲，噪聲取決于控制氣門運動的速度。氣門控制單元通過發動機自身的冷卻系統來冷卻，和标準的2V電源控制（通過變壓器将42V轉換為2V）。e-Valve系統不僅提升了發動機的燃燒效率，增加進氣量，減少尾氣排放，而且由于取消了凸輪軸配氣機構，可以有效降低發動機體積和重量，使發動機艙更容易更容易布置。

寶馬Double-VANOS/Valvetronic技術

寶馬Double-VANOS雙凸輪軸可變氣門正時系統，是應用在BMW M3上的世界首創技術。VANOS系統是一個由發動機管理系統操縱的液壓和機械相結合的凸輪軸控制系統。該系統的優點是可以根據發動機運行狀态，通過調整凸輪軸與曲軸相對位置對進排氣門正時進行無級調節，并且不受油門踏闆開度和發動機轉速的影響。采用該系統不僅可以提高低速扭矩，而且可以在高速達到最佳功率。此外，VANOS系統增加了對進排氣凸輪軸的精确控制，可極大地減少未燃燒的殘餘氣體，改善發動機的怠速性能。

VANOS系統根據發動機轉速和加速踏闆位置來操作調節進氣凸輪軸與曲軸的相對位置，是具有可變進氣門升程控制功能的氣門驅動系統，發動機的進氣完全由無級可變進氣門升程控制，不再需要傳統發動機所必需的節氣門。在發動機低速運轉時，進氣門将延遲開啟以改善怠速穩定性；中等轉速時，提前開啟進氣門增大進氣量，提高動力性，使廢氣在燃燒室中進行再循環，從而降低燃油消耗和尾氣排放；高速運轉時，推遲進氣門開啟，從而發出最大功率。

相比傳統發動機以油門控制節氣門的方式，該系統在踩下油門踏闆時，可以快速響應，通過直接控制進氣門開啟升程，增加進入氣缸的進氣量，輸出所需的動力。電子氣門發動機進氣閥門開啟深度最淺0.25mm，最深可以到9.7mm，相差近40倍，整個調節過程所需要的反應時間大約隻要0.3s。

在VANOS系統中，曲軸驅動排氣凸輪上的鍊輪，鍊輪固定在排氣凸輪軸上，第二套齒輪驅動穿過進氣凸輪的第二根鍊條，進氣凸輪上的鍊輪沒有固定在凸輪上，因為其中間孔内有一套螺旋形的齒，在凸輪一端的外側有螺旋形的齒輪，由于尺寸太小，無法與大鍊輪内側的齒輪相連接。有一小塊杯狀帶有螺旋形齒輪的金屬，其内側與凸輪相配合，外側與鍊輪配合。該系統的可變性就是源于齒輪的螺旋形，杯狀裝置EMS控制系統調節液壓機構内部的油壓驅動。

使用雙VANOS系統，氣門升程增加了0.9毫米，使得進氣門的開啟時間因而延遲了12度。為迅速而精确的調整凸輪軸，雙VANOS系統需要非常高的油壓，以确保在發動機低轉速下能提供更大的扭矩，在高轉速時有更大的功率。随着不完全燃燒氣體的減少，發動機怠速得到了改善。

雙VANOS系統改善了低速扭矩，使扭矩曲線趨于平緩并能為該組凸輪軸擴展功率帶。雙VANOS系統發動機的扭矩峰值比單VANOS低450轉，功率峰值高200轉/分，1500-3800轉/分下的扭矩曲線也得到了改善。同時，扭矩下降的速度不會超過功率峰值。

雙VANOS系統的優點在于在各種工作狀态下，使得廢氣中的可用成分再次進入氣缸進行再循環，降低排放，提高燃油經濟性。

在發動機加熱過程中，VANOS系統改善了油/氣混合氣，并有助于快速将催化轉化器加熱至正常工作溫度。當發動機怠速時，系統能夠保持怠速轉速的平穩和連貫，這歸功于廢氣再循環被減少到了最低程度。在部分負載條件下，廢氣再循環提高到更高水平，允許發動機在更大的蝶形氣門開啟角度下工作以獲得更佳的燃油經濟性。全負荷件下，系統恢複較低的再循環容量以為各缸提供盡可能多的氧氣。

從動力性方面來說，由于寶馬的VANOS系統通過一些列電子裝置的管理，基本實現了發動機無段的線形輸出，因此它也是得到全球廣泛性能迷們承認與喜愛的一項技術，在寶馬的各系車中都能看到它的身影；但同時，相比于i-VTEC等比較偏重機械控制的技術，由于其采用了比較多的電控設備，因此成本上也要高出一塊。

結束語

本文通過詳細的闡述了Valeoe-Valve系統和BMW的Double-VANOS技術，讓大家對電子氣門技術有了更加深入的了解，後續短文會對可變氣門正時技術進行更加詳細的介紹。