汽车发动机可变气门正时及升程技术.pdfVIP

谈谈汽车发动机可变气门正时及升程技术 VVTi ，i-Vtec和VVEL等各种可变气门技术相信大家都有所了解，基本上，目前市面上 新车所搭载的绝大部分发动机都或多或少的使用了可变气门技术。可能大家也都知道可变气 门技术都可以有效提升发动机动力并节省油耗，但是它们都是通过什么原理实现的呢？ 我们都知道，发动机的配气机构负责向汽缸提供汽油燃烧做功做必须的新鲜空气，并将 燃烧后的废气排除出去，这一套动作的工作原理可以看做是动物呼吸器官的吸气和呼气。从 工作原理上讲，配气机构的主要功能是按照一定时限自动开启和关闭各气缸的进、排气门， 从而使空气及时通过进气门向气缸内供给新鲜空气或者可燃混合气，并且及时将燃烧做功后 形成的废气从排气门排出，实现发动机气缸换气补给的整个过程。 但在低转速工况下，过大的重叠角则会使得废气过多的泻入进气岐管，吸气量反而会下降， 气缸内气流也会紊乱，此时ECU也会难以对空燃比进行精确的控制，从而导致怠速不稳，低 速扭矩偏低。相反，如果配气机构只对低转速工况优化，发动机的就无法在高转速下达到较 高的峰值功率。所以传统的发动机都是一个折衷方案，不可能在两种截然不同的工况下都达 到最优状态。 所以为了解决这个问题，就要求配气相位角大小可以根据转速和负载的不同进行调节， 高低转速下都可以获得理想的进气量从而提升发动机燃烧效率，这就是可变气门正时技术开 发的初衷。在低速和怠速工况下，系统缩小进排气时间使得配气相位的重叠角减小，从而改 善低速下的扭矩表现，而高速下则适当增加配气相位重叠角以提高提升马力。 虽然可变气门正时技术在各个厂商的称谓都各不相同，但是实现的方式大多大同小异， 以丰田的VVT-i技术为例，其工作原理为：系统由ECU协调控制，来自发动机各部位的传感 器随时向ECU报告运转工况。由于在ECU 中储存有气门最佳正时参数，所以ECU会随时控制 凸轮轴正时控制液压阀，根据发动机转速调整气门的开启时间，或提前，或滞后，或保持不 变。 市面上的大部分气门正时系统都可以实现进气门气门正时在一定范围内无级可调，而少数 发动机还在排气门也配备了VVT系统，从而在进排气门都实现气门正时无级可调（就是 D-VVT ，双VVT技术），进一步优化了燃烧效率。 传统的VVT技术通过合理的分配气门开启的时间确实可以有效提高发动机效率和经济 性，但是对发动机性能的提升却作用不大，下面将要介绍的可变气门升程技术则可以弥补这 个不足。 我们都知道，发动机的实质动力表现是取决与单位时间内汽缸的进气量的，前面说过，气 门正时代表了气门开启的时间，而气门升程则代表了气门开启的大小，从原理上看，可变气 门正时技术也是通过改变进气量来改善动力表现的，但是气门正时只能增加或者缩小气门开 启时间，并不能有效改善汽缸内单位时间的进气量，因此对于发动机动力性的帮助并不大。 而如果气门开启大小（气门升程）也可以时间可变调节的话，那么就可以针对不同的转 速使用合适的气门升程，从而提升发动机在各个转速内的动力性能，这就是和VVT技术相 辅相承的可变气门升程技术。 可变气门升程技术可以在发动机不同转速下匹配合适的气门升程，使得低转速下扭矩充 沛，而高转速时马力强劲。低转速时系统使用较小的气门升程，这样有利于增加缸内紊流提 高燃烧速度，增加发动机低速输出扭矩，而高转速时使用较大的气门升程则可以显著提高进 气量，进而提升高转速时的功率输出。 我们最熟悉的可变气门升程系统无疑就是本田的i-vtec技术了，本田也是最早将可变气门 升程技术发扬光大的厂商。本田的可变气门升程系统结构和工作原理并不复杂，工程师利用 第三根摇臂和第三个凸轮即实现了看似复杂的气门升程变化。 当发动机达到一定转速时，系统就会控制连杆将两个进气摇臂和那个特殊摇臂连接为一 体，此时三个摇臂就会同时被高角度凸轮驱动，而气门升程也会随之加大，单位时间内的进 气量更大，从而发动机动力更强。这种在一定转速后突然的动力爆发也能够增加驾驶乐趣， 缺点则是动力输出不够线性。 而随后像奥迪，三菱和丰田等厂商也都研发出了自己的可变气门升程技术，它同样是通 过增加凸轮轴上的凸轮来实现了气门升程的分段可调。 而在近几年，日产和宝马则以更为精巧的设计率先推出了自己的连续可变气门升程技术， 实现了气门升程的无级可调。日产的VVEL技术为例，工程师在驱动气门运动的摇臂增加了 一组螺杆（螺栓）和螺套（螺母），螺套由一根连杆与控制杆相连，连杆又和一个摇臂和控 制杆相连带动气门顶端的凸轮。 螺套的横向移动可以带动控制杆转动，控制杆转动时上面的摇臂随之转动，而