傳統(tǒng)的內燃機（泛指汽油機和柴油機）配氣機構組成部件較多，而且其機械結構對動力輸出和排放的影響也較大。早期因為電子技術還未發(fā)展起來，所以工程師能想到最直接有效的改善方式，便是透過配氣機構本身的機械特性來改善進氣效率。比如大家熟悉的VVT（Variable Valve Timing）可變氣門正時技術，最早實際上是在1982年由菲亞特第一次投入使用的，現(xiàn)在菲亞特改用”空氣閥門“技術，就像是發(fā)起了配氣機構的二次革命

配氣機構一般包含進排氣兩根凸輪軸、氣門推桿、液壓挺柱、搖臂、氣門等部件，凸輪軸是是整個配氣機構的控制主體，它又由皮帶連接曲軸產生動力。而在這些組成部件中，氣門搖臂和推桿已經不再出現(xiàn)在時下的小型化、輕量化發(fā)動機中，所以也越來越難看到這些部件了。那一下個即將消失的配氣機構部件是什么呢？大概會是凸輪軸吧，而且是進排氣凸輪軸一起消失。

本田R18A發(fā)動機，單頂置凸輪軸機構相當復雜

發(fā)動機配氣機構上一次大革命是在80年代。大家熟悉的VVT（Variable Valve Timing）可變氣門正時技術，最早實際上是在1982年由菲亞特第一次投入使用的。再往前追溯，VVT是一位叫Giovanni Torazza的工程師在60年代末期開發(fā)的技術。

在菲亞特之后，1987年日產在其DOHC結構的VG系列汽油機上使用了名為NVCS的電子可變氣門正時（相位）技術。日產這項技術不同之處在于進氣凸輪軸不再由機械（油壓）控制，轉而使用電子液壓驅動結構，透過發(fā)動機ECU的信號進行氣門開閉相位控制。

豐田1NR-FE 1.3升四缸汽油機

馬自達2.3 MZR DISI增壓汽油機，DOHC結構

緊接著日產的步伐，本田在1989年發(fā)布了VTEC技術，豐田則有了VVT-i技術。這些氣門正時的控制技術都是沖著改善動力和燃油經濟性來的，只需依舊ECU的信息控制氣門開閉時間，就可以提高發(fā)動機進氣效率和燃燒效率。不過本田比較例外，它的VTEC會在發(fā)動機高轉速運轉時切換到單獨的凸輪（高速凸輪），以提高峰值功率，那時候的本田CRX、Civic以及Integra都側重動力表現(xiàn)，轉速表底動不動就是9000rpm。

菲亞特的二次革命

菲亞特第二次改變配氣機構的技術格局是在2009年，當年在日內瓦車展上，阿爾法·羅密歐MiTo亮相，這臺車搭載的1.4升發(fā)動機配備了由舍弗勒開發(fā)的“Uniair”技術，不過在菲亞特這邊被稱為了MultiAir。

MultiAir的 電磁液壓控制機構組件

Schaeffler Uniair氣門室配氣機構

其實MultiAir也可以看作是一種VVT技術，只不過機械結構里的氣門由凸輪軸控制變?yōu)榱穗姶乓簤嚎刂疲粊砜梢杂行Ы档桶l(fā)動機的體積和重量，此外還能實現(xiàn)發(fā)動機氣門相位和升程的無級控制調節(jié)。MultiAir技術最早由德國舍弗勒集團在2001年開發(fā)，隨后菲亞特透過技術轉讓方式在2002年獲得了專利。在經過長達七年的試驗、驗證后，最終于2009年形成了商品化，并裝車發(fā)售。

阿爾法·羅密歐MiTo

阿爾法·羅密歐MiTo的MultiAir渦輪增壓發(fā)動機

菲亞特的MultiAir技術構建在DOHC、16氣門結構基礎上，進氣凸輪由電磁閥、液壓伺服機構取代，而排氣凸輪依舊存在，所以也可以稱其為SOHC單頂置凸輪軸結構。MultiAir的巧妙之處在于進氣側氣門由電磁閥驅動液壓活塞控制氣門，那么它實際上可以根據(jù)當前車況實現(xiàn)無級調節(jié)相位和升程，其靈活性很高。裝備在MiTo上的1.4升汽油機功率和扭矩分別提升了10%、15%，二氧化碳降低了10%，燃油經濟性提高了20%，隨后還獲得了“歐洲年度發(fā)動機獎”。

菲亞特TwinAir發(fā)動機局部圖.，雙缸結構，排氣側仍然保留凸輪軸

舍弗勒將UniAir技術賣給菲亞特，便成了MultiAir，其最大特點在于進氣側凸輪軸由電磁閥和液壓機構替代，氣門相位和升程可以隨發(fā)動機工況無級調節(jié)

觀致緊隨其后推QamFree技術

眾多廠商在“空氣閥門”這條路上前赴后繼，新興的中國品牌觀致汽車也加入了進來。觀致和菲亞特的操作模式很像，它從柯尼塞格手中買到了相關技術的知識產權，并注冊了商品名：QamFree，拆分開來就是Qoros Cam Free技術——“觀致空氣閥門”，其實也就是無凸輪軸技術。

柯尼塞格是著名的HyperCar生產商，同時他們也在致力于新發(fā)動機的研發(fā)。在2003年的時候柯尼塞格與SAAB一起攜手研究新的方式來控制凸輪軸，但由于SAAB發(fā)生財務危機，這項研究被迫中止。后來在2009年，柯尼塞格看中了Cargine Engineering公司的無凸輪軸技術，并將其收購到麾下，同時還成立了FreeValve公司，專心致志地繼續(xù)研究無凸輪軸技術。

電磁閥配氣機構的構成示意圖

后來，Cargine Engineering的工程團隊都悉數(shù)轉往FreeValve繼續(xù)開發(fā)工作。FreeValve選用了電磁閥驅動液壓機構的進排氣門控制方案，可以實現(xiàn)相位和升程可控。比菲亞特一開始做的進氣門側無凸輪軸更進了一步，難度也增加了不少。在結構上還是利用了電磁閥、液壓機構、氣門這幾個必要零部件，不過FreeValve的開發(fā)邏輯更加清晰，即每缸四氣門結構中的任何一個氣門都可以單獨實現(xiàn)開閉。比如發(fā)動機高轉速時，四個氣門則全開，以此提高配氣效率；而在低轉速時，則關閉一個進氣、一個排氣門，以此保證充沛的扭矩。

對于觀致來說，無凸輪軸發(fā)動機是時下的一個突破方向，配合Hybrid系統(tǒng)，前景一片光明。觀致目前已將它的1.6T發(fā)動機改造成CamFree結構進行路試，經過測試，發(fā)動機的動力提升超過50%。另外，QamFree發(fā)動機長度減少70mm，高度降低50mm，重量更是減輕了25kg，由此實現(xiàn)油耗下降10%。盡管目前“QamFree”離正式量產投放市場還有段距離，至少市場已經看到了方向，或許還有更多的廠商會加入進來。

氣門控制機構

QamFree發(fā)動機的體積更小巧，重量更輕巧

Qoros 3 Qamfree概念車

博世、法雷奧都不甘示弱

事實上，在改進燃油發(fā)動機的配氣機構道路上，眾多廠商都在努力。早期福特拿出過一套名為EVA的電磁液壓氣門驅動機構，法國法雷奧和德國FEV也在開發(fā)電磁氣門技術，只是一直都沒有投入量產。此外，通用汽車早在1994年就開始了電磁閥驅動配氣機構的研究，提出了雙電磁鐵、雙彈簧的解決方案。

法雷奧的SVA技術最早是在2005年對外界公開的，它的電磁驅動閥門可以根據(jù)發(fā)動機轉速對氣門實施相位（開閉時間）或升程控制，還可以輕松實現(xiàn)氣缸間歇功能。據(jù)稱，燃耗和尾氣凈化性能可以提升兩倍，而低轉速時的扭矩還可以提高15-20%。根據(jù)需求不同，法雷奧當時還開發(fā)了對應進氣側和進排氣側兩種結構的電磁控制機構。算上電磁閥門、傳感器等部件，進排氣雙電磁閥機構重量為1.8kg，此外還需要一塊32位的CPU來作為控制單元。

其實配氣機構電氣化不僅可以服務于小型化的三缸機、四缸機，V型發(fā)動機也可以受益，尤其是具備斷缸技術的發(fā)動機，在擁有“空氣閥門”以后就可以進一步減輕發(fā)動機重量，提升進氣效率了。

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