汽車發動機氣門正時的機構和技術,也叫連續可變氣門正時系統,當今高性能發動機普遍配備該系統。該系統通過配備的控制及執行系統,對發動機凸輪的相位或者氣門升程進行調節,從而達到優化發動機配氣過程的目的。

汽車發動機氣門正時的機構和技術,也叫連續可變氣門正時系統,當今高性能發動機普遍配備該系統。該系統通過配備的控制及執行系統,對發動機凸輪的相位或者氣門升程進行調節,從而達到優化發動機配氣過程的目的。

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可變氣門正時技術幾乎已成為當今發動機的標準配置,為了進一步挖掘傳統內燃機的潛力,工程人員又在此基礎上研發出可變氣門升程技術,當二者有效的結合起來時,則為發動機在各種工況和轉速下提供了更高的進、排氣效率。提升動力的同時,也降低了油耗水平。

因為高轉速下與低轉速下,氣門的正時角對發動機經濟性和動力的影響是明顯的,高轉速下可以充分利用進氣慣性而提高進氣量和掃氣效率,所以氣門早開晚閉,低轉速反之,現在的發動機大多有這個技術。

活塞式四沖程引擎都由進氣、壓縮、做功、排氣4個沖程完成,我們關注的是氣門開啟程度對引擎進氣的問題。氣缸進氣的基本原理是“負壓”,也就是氣缸內外的氣體壓強差。在引擎低速運轉時,氣門的開啟程度切不可過大,這樣容易造成氣缸內外壓力均衡,負壓減小,從而進氣不夠充分,對于氣門的工作而言,這個“小程度開啟”需要短行程的方式加以控制;而高速恰恰相反,轉速動輒5000rpm,倘若氣門依然羞羞答答不肯打開,引擎的進氣必然受阻,所以,我們需要長行程的氣門升程。往往,工程師們既要兼顧引擎在低速區的扭矩特性,又想榨取高速區的功率特性,只能采取一條“折中”的思路,到頭來引擎高速沒功率,低速缺扭矩。

所以在這樣的情況下,就需要一種對氣門升程進行調節的裝置,也就是我們要說的“可變氣門正時技術”。該技術既能保證低速高扭矩,又能獲得高速高功率,對引擎而言是一個極大的突破。

80年代,諸多企業開始投入了可變氣門正時的研究,1989年本田首次發布了“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統”,英文全稱“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System,也就是我們常見的VTEC。此后,各家企業不斷發展該技術,到今天已經非常成熟,豐田也開發了VVT-i,保時捷開發了Variocam,現代開發了DVVT……幾乎每家企業都有了自己的可變氣門正時技術。一系列可變氣門技術雖然商品名各異,但其設計思想卻極為相似。

我們都知道,發動機的配氣相位機構負責向氣缸提供汽油燃燒做功所必須的新鮮空氣,并將燃燒后的廢氣排出,這一套動作可以看做是人體吸氣和呼氣的過程。從工作原理上講,配氣相位機構的主要功能是按照一定的時限來開啟和關閉各氣缸的進、排氣門,從而實現發動機氣缸換氣補給的整個過程。

那么氣門的原理和作用又應該怎么理解呢?我們可以將發動機的氣門比作是一扇門,門開啟的大小和時間長短,決定了進出的人流量。門開啟的角度越大,開啟的時間越長,進出的人流量越大,反之亦然。同樣的道理用于發動機上,就產生了氣門升程和正時的概念。氣門升程就好象門開啟的角度,氣門正時就好象門開啟的時間。以立體的思維觀點看問題,角度加時間就是一個空間的大小,它也決定了在單位時間內的進、排氣量。

發動機的氣門通常由凸輪軸帶動,對于沒有可變氣門正時技術的普通發動機而言,進、排氣們開閉的時間都是固定的,但是這種固定不變的氣門正時卻很難顧及到發動機在不同轉速和工況時的需要。前面說過發動機進、排氣的過程猶如人體的呼吸,不過固定不變的“呼吸”節奏卻阻礙了發動機效率的提升。

如果你參加過長跑比賽,就能深刻體會到呼吸節奏的把握對體能發揮的重要性——太急促或刻意的屏息都可能增加疲勞感,使奔跑欲望降低。所以,我們在長跑比賽時往往需要不斷按照奔跑步伐來調整呼吸頻率,以便時刻為身體提供充足的氧氣。對于汽車發動機而言,這個道理同樣適用??勺儦忾T正時和升程技術就是為了讓發動機在各種負荷和轉速下自由調整“呼吸”,從而提升動力表現,提高燃燒效率。

責任編輯:余偉楚
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