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宝马3系论坛 >  【诺诺汽车课堂】BMW的Valvetronic技术扫盲

发表于 2014-03-31 23:29    IP属地:未知

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【诺诺汽车课堂】BMW的Valvetronic技术扫盲

    BMW的发动机技术一直代表着当今汽车发动机技术的前沿标杆,BMW不断的将各种新奇点子运用于量产发动机,改善性能、动力、响应和燃油经济性,其中大名鼎鼎额Valvetronic技术首当其冲,它让BMW发动机在上个世纪后期出类拔萃,让其他竞争对手黯然失色,令BMW无愧于飞机发动机制造商的家族历史。


    以前我在论坛里写过帖子介绍BMW的Valvetronic技术,国内俗称“电子气门”或“气门升程可变系统”。我呢,总是过一段时间就爱回顾一下自己的老段子,往往总能找到不少地方值得改进和完善,今天又是按耐不住,打算重新写一个帖子介绍Valvetronic,力求更加系统、详尽,且便于理解。如果这篇帖子可以让更多的汽车爱好者理解Valvetronic,或者每当国人谈到这个话题时,就会想起去网上翻诺诺的这篇帖子,那我就很满足了。


[ 本帖最后由 zhouhanlu 于 2014-3-31 23:29 编辑 ]
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发表于 2014-03-31 23:29    IP属地:未知

    首先简短的普及一下发动机。目前的发动机主流技术,还是烧油的,简称内燃机。内燃机都有“缸”这个概念,每个缸就是一个燃烧室,都有进气气门和排气气门。燃油和空气的混合物在进气门打开后,会吸入缸内,被压缩点燃爆炸,推动发动机旋转,废气再从排气门里面排出去,就完成了一次工作循环,工程师设法让这样的循环不断重复发生,发动机就会一直旋转下去。



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发表于 2014-03-31 23:30    IP属地:未知

     为了控制发动机的动力输出(汽油机),发动机工程师在进气道里装了一个阀门,用来控制气流的大小,叫做“节气门”,踩下油门,阀门就增加开度,发动机的进气量就多,电脑也会相应多喷燃油,让发动机输出动力提升。这个东西相信好多人都知道,因为经常出现在维修费用清单里面等你埋单(清洗节气门),大多数司机们都会记得它。


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发表于 2014-03-31 23:30    IP属地:未知

    BMW总是在想标新立异,工程师设计了一个通过电机驱动的机械机构,可以让进气门打开的幅度在0.25mm~9.70mm内任意调节,专业的说法是“气门升程可变”,这样也起到了控制进气量的效果,燃油喷射相应配合后,就可以调节发动机的输出动力了。



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发表于 2014-03-31 23:31    IP属地:未知

(接下来这一段的难度略微提高,要讲一下这套系统的结构,供一些发烧读者鉴赏,大众读者如果读不懂,也不会影响后面的阅读。)

    配气系统其实就是一套凸轮杠杆机构,结构原理不难理解。常规的配气系统,凸轮轴直接驱动气门上下运动,造成气门的不断开闭。在Valvetronic系统里,增加了一个中间推杆,凸轮轴通过这个中间推杆去驱动气门上下运动。这个中间推杆的初始位置可以被一个偏心轴控制,这样一来,最终执行出来的气门开闭幅度就会随中间推杆的几何位置而变化。


    偏心轴上有一个齿扇结构,一个带蜗杆的电机通过这个齿扇驱动偏心轴,让中间推杆工作在不同的位置,获得不同的气门升程,和开启时间,配合VVT机构(可变气门正时)气门打开时刻也可以得到控制。这样,BMW就建立了一套无敌的气门管理体系,因为气门的升程、开启时长、打开时刻,统统都是可以调节的变量。发动机标定工程师不需要再对一些工况做妥协,完全可以任意摆布进气系统,让发动机始终工作在最佳的工作点。



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发表于 2014-03-31 23:32    IP属地:未知

    为了系统精确控制气门升程,电脑必须知道当前的偏心轴角度,因此就用到了一个偏心轴位置传感器,这是一个靠磁力线工作的霍尔传感器,通过检查偏心轴端部的磁轮角度,告诉电脑当前的气门升程,电脑会和期望值对比,如果有差异,电脑就会立刻发出指令,通过电机进行调整修正,目的是始终让气门升程位于一个最佳值。



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发表于 2014-03-31 23:32    IP属地:未知

    不过这样的系统也有不爽的地方,除了硬件成本增加之外,就是发动机的软件开发费用和周期,至少相当于一台没有Valvetronic的发动机的5~6倍。因为可管理的变量多了,标定工作和数据变得异常庞大,虽然标定工程师有了一个实现完美的机会,但要真正做到完美无缺,是相当耗时耗脑的。



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发表于 2014-03-31 23:33    IP属地:未知

(好,现在难度回归,大众读者可以继续阅读。)

    同样都是调节发动机的进气量,为啥要整这么一套复杂的系统呢?BMW肯定不会傻到脱裤子放P,但又是啥原因呢?诺诺打个比方大家就懂了。


    我们都用鼻孔呼吸,如果你心平气和,身体就会减少耗氧量,呼吸也会放缓。如果我们通过外界干预的方法,人为让人体减少进气量,尝试以下两种方法。


    方法A(节气门模式):用手指头遮住一半的鼻孔,呼吸变得费劲,进气量的确减少了,但是人很憋闷,越呼吸越累。


    方法B(可变气门模式):还是用整个鼻孔呼吸,只是让吸气的时间变短,这样也可以减少进气量,却不如A累。


    这个例子,只要您试过就明白,节气门模式其实是在“拖累”发动机,尤其在节气门小开度的情况下,充气效率低下,发动机为了吸入气体,需要做不少的功,浪费能量。可变气门模式下,充气效率很高,发动机整体效率也高。



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发表于 2014-03-31 23:33    IP属地:未知

    而且试验数据显示,气门升程从最小增至最大,只需要不到0.3秒,这么短暂的时间内,您就可以命令发动机输出全部动力,响应之快!我们做过测试,驾驶员从小油门迅速踩到地板油(油门到底),这个过程最快也需要差不多0.2秒,也就是说,Valvetronic系统的实际滞后最多在0.1秒左右!

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发表于 2014-03-31 23:34    IP属地:未知

  节气门虽然从最小开到最大,需要的时间也差不多,但是节气门后面还有漫长的气道,气体是弹性可压缩的,节气门打开后,等到充气效率真正提高上来,进入缸内燃烧,还需要一段时间,动力的响应就要比可变气门模式至少慢2~3倍!

    还有,节气门在开度较小的情况下,类似一堵墙壁,连同发动机的进气门一起,会让气流在气道内行成“压力波”,来回反射,影响进气效率。



    此外,节气门是硬生生在进气道中插入的一个翻板阀门,就算它全部打开,也具有插入损耗,影响通气流场,结果同样是降低进行效率,增加燃油消耗。



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