菲亚特Multiair电磁液压进气系统解析

20世纪60年代，菲亚特开发出了第一套可变气门正时系统，而它旗下的阿尔法罗密欧则在80年代成为首个将VVT可变气门正时技术运用在量产车上的厂商，它开创性地使用了两根不同的凸轮轴来控制进气气门和排气气门的开闭时间，并在此基础上成功研发了可变气门正时系统。

进入90年代之后，作为VVT先驱的菲亚特则看到了传统机械结构的VVT技术在机动性和响应性上的不足，研究的重点转向了控制更为灵活精准的电液控制系统。在克服了众多难关之后，在2009年日内瓦车展上，菲亚特正式发布了其在可变气门技术上的研究成果——Multiair电控液压进气系统。

（1）Multiair技术的结构 普通发动机的配气机构由凸轮轴上的凸轮驱动，气门以机械节奏开启和关闭，加速踏板则借由进气歧管内的节气门来调整空气的流量。对于使用了气门正时和升程技术的发动机，气门开启的大小（行程）、时机（正时）可以由凸轮轴和相关控制机构来决定。

Multiair最大的特点就是开创性地使用电控液压控制系统驱动气门正时和升程，它通过一套由凸轮轴驱动的电磁液压阀，实现了进气门的升程和正时的无级可调，虽然依旧是每缸四气门的结构，但是却取消了进气门一侧凸轮轴，只保留了排气门一侧的凸轮轴来驱动进排气门，排气门侧的凸轮轴通过液压机构来驱动进气门，其结构如图1-65所示。由于气门的开度和开启时间都实现了任意可调，所以这套系统和宝马的Valvetronic一样，可以直接由气门的开闭大小来控制空气的流量，也取消了节气门。另外这套进气控制系统采用了完全标准化的设计方案，可以任意组合成双缸、四缸、六缸或者八缸的结构。

图1-65 Multiair电控液压进气系统的结构

与宝马的Valvetronic和英菲尼迪的VVEL的结构相比，菲亚特的Multiair电控液压进气系统比较复杂，而且复杂的配气机构也会在一定程度上增加制造成本。然而菲亚特的Mul-tiair电控液压进气系统却采用了一种相对独特的手段实现了气门升程的无级调节，在技术上可谓另辟蹊径。

从图1-66上看，Multiair系统的结构非常简单，气门上方设计有一个液压腔，液压腔一端与电磁阀相连，电磁阀则通过ECU信号，根据工况的不同适时调节流向液压腔内的油量。由凸轮轴驱动的活塞通过推动液压腔内的油液，控制气门的开启。

图1-66 Multiair电控液压进气系统的控制机理

从图1-67 Multiair简化结构图上能更清晰地看出系统的整个工作过程，但是在实际结构中，凸轮轴和活塞其实被设计在排气门一侧凸轮轴上的。实际结构中，凸轮通过摇臂推动活塞，而活塞通过液压腔的密封油液打开进气门。

图1-67 Multiair简化结构图

（2）Multiair技术工作原理 当工作开始时，电磁阀通过ECU信号向液压腔内供给适量的油量，然后电磁阀关闭。这时，液压腔内的油的体积恒定，与液压腔相连的活塞就可以将排气凸轮轴施加的压力传递到进气门，从而完成气门的开启。气门的开度大小则取决于流向液压腔内的油量（图1-68）。

当电磁阀开启时，液压腔内的油液就会顺高压油腔进入低压油腔。气门则不再跟随排气凸轮轴运动，而是在气门弹簧的作用下完成关闭。阀门关闭的最后一步，则由专用的液压制动装置控制，从而使得气门的每次闭合过程都能做到舒缓而规律。

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图1-68 Multiair技术工作原理

为了让发动机达到更高的效率，气门升程可以通过发动机的进气需求和不同转速进行适时调整。主要有下列几种不同的进气策略：气门全开（fulllift），进气门早关（IEVC），进气门晚开（LIVO）和同一冲程内多起开启气门（Mulilift）多重升程模式。从图1-69上可以清晰地看出Multiair在不同工况下的进气策略。

图1-69 Multiair在不同工况下的进气策略

1）气门全开（fulllift）：全负荷输出（fullload）的时候，电磁阀会保持关闭的状态，气门每次开启则会维持在最大开度，从而使发动机在高速运转时最大限度地提升功率和转矩。

2）进气门早关（IEVC）：电磁阀会在凸轮轴运动周期的末段打开，此时进气门则在气门弹簧作用下提前关闭。这样就能有效地减小气门重叠角，从而避免因废气过多泻入进气岐管而造成的充气不足和气流紊乱。

3）进气门晚开（LIVO）：电磁阀也会根据发动机所需的进气量，在凸轮轴开始运动之后关闭，使进气门推迟开启，从而改善起动性能并提高怠速稳定性。

4）当发动机部分负荷时，系统会结合进气门早关（IEVC）和进气门晚开（LIVO）两项进气策略，根据需要调整气门的打开和关闭时机，从而达到改变气门正时的目的。合理的进气门正时还能有效提升发动机低转速时的转矩表现。

5）Mulilift多重升程：指在一次冲程内多次开启气门，从而在负荷极低的情况下增加燃烧室内湍流，显著提高燃烧效率。这说明电磁液压控制系统在响应速度上要更优于传统的机械结构，这也是Multiair上独有的技术。在城市拥堵走走停停的状态下，Mulilift多重升程能够很好地改善燃油经济性。

（3）Multiair的优势与特点 Multiair最大的特点就是取消了进气凸轮轴和节气门，由气门直接开启来控制进入气缸的空气量。这个变化带来的优势显而易见：取消了进气凸轮轴，可以精简缸盖结构并减轻发动机自重；而取消了节气门之后，大大降低了泵气损失，并提高了发动机的响应速度。由于没有了进气迟滞的影响，配气和喷油精确性也会得到相应的提升。

传统发动机上，无论是拉线节气门还是电子节气门，其控制的都是节气门开度。在传统发动机上，进气流程都是空气首先经过空气滤清器，然后再通过空气节流阀（节气门）进入进气管，最后通过打开的气门进入燃烧室。当发动机在低负荷运转或者怠速时，节气门开度较小，甚至接近闭合的程度，但此时的活塞和气门并不会停止运转。这种情况下，若活塞动作往下拉，则会从接近关闭的进气管吸入空气，这时节气门和活塞之间的区域便会形成真空，此时节气门内外的压强差就会对活塞的动作形成很大的抵抗力，大大消耗能量。在怠速的时候，节气门接近闭合，此时造成的能量损失也是最大的。这就是常说的泵气损失。

节气门的这种特质，还会造成另一个问题。因为节气门的隔断，进气歧管内的会由于活塞的惯性而产生负压，造成节气门内外的气压的不平衡。当节气门打开时，通过节气门的空气就不能迅速地进入气缸内，而是有一个反应过程，这个过程直接体现为驾驶感受，就是踩下加速踏板以后，动力响应的迟滞。为解决这个缺陷，最有效的方法就是加大进气歧管内的气压，让节气门内外的压强差尽量小。对于一些主打性能的发动机，设计师会尽可能地将节气门设计在离气门较近的位置，从而降低节气门内外的气压差，进而提升发动机的响应速度。由于进气的迟滞，发动机的喷油和配气都很难做到精确的控制，所以发动机的经济性和效率都会受到影响。

而由于Mlutiair的进气歧管前少了节气门，气门和外界空气之间只剩下空气滤清器，不仅没有了泵气损失效应，进气阻力大大降低，而且由于进气歧管内与外界基本不存在压强差，气门上方可以维持恒定的气压，空气进入燃烧室的速度就不会受到影响，发动机的响应速度也就得到了大幅的提升。对于涡轮增压发动机而言，这个特性更能提升涡轮发动机的动力响应性。

另一方面，电磁控制系统的高速响应也是传统结构所不能比拟的。由于这个特点，Mul-tiair技术才能实现在一个冲程内多次开闭进气门的Mulilift多重升程技术，从而使极低负荷下，发动机同样可以拥有较高的燃烧效率。