周 恒

（肇慶汽車技工學(xué)校，廣東 肇慶 526000）

關(guān)于汽車發(fā)動機(jī)的可變氣門技術(shù)的探討

周 恒

（肇慶汽車技工學(xué)校，廣東 肇慶 526000）

汽車發(fā)動機(jī)作為核心零部件，其可變氣門技術(shù)已經(jīng)成為普遍化配置設(shè)備，借助該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)相位、氣門的升程等進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，進(jìn)而保證發(fā)動機(jī)配氣環(huán)節(jié)滿足基本要求。原因在于發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下，借助氣門調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，是提高進(jìn)氣量、掃氣效率的關(guān)鍵。

汽車發(fā)動機(jī)；可變氣門技術(shù)；氣門正時技術(shù)；轉(zhuǎn)速

CLC NO.:U461 Document Code: A Article ID:1671-7988(2016)13-102-02

引言

發(fā)動機(jī)氣門作為保障燃油系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件，其重要性不容忽視。如果發(fā)動機(jī)僅存在一個氣門，無法充分應(yīng)對燃油供給出現(xiàn)的各種問題，為了避免該問題發(fā)生帶來的危害，可采取可變氣門，借助可變氣門可以提高燃油控制效率。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)中，氣門數(shù)量多，對應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，氣門正時、升程將會發(fā)生變化，產(chǎn)生結(jié)果為：轉(zhuǎn)速過低、過高狀況下，汽車燃油消耗成為主要矛盾。借助可變氣門技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)燃油系統(tǒng)的升級，具有優(yōu)化系統(tǒng)的效果，可充分提高發(fā)動機(jī)工作效果?，F(xiàn)階段，可變氣門技術(shù)較多，對應(yīng)工作原理有所差異，需要針對氣門正時技術(shù)、升程技術(shù)進(jìn)行全面合理分析。

1 發(fā)動機(jī)可變氣門作用

1.1 氣門正時技術(shù)

氣門正時技術(shù)，即發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，氣門打開時間。該技術(shù)的作用在于活塞運(yùn)動中合理控制氣門開啟、關(guān)閉時間。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門的活塞需要有下至上運(yùn)動，氣門排氣時打開；當(dāng)活塞到達(dá)氣門的上止點(diǎn)時，一個排氣運(yùn)動周期完成，氣門關(guān)閉。該環(huán)節(jié)中，受空氣慣性影響，一般需要一段反應(yīng)時間。為了保證排氣環(huán)節(jié)中進(jìn)入氣缸的進(jìn)入空氣、排出廢氣滿足要求，需要在打開活塞前進(jìn)行關(guān)閉處理；對應(yīng)排氣門使用原理大體類似，活塞運(yùn)動之前一般排氣門即會打開，運(yùn)動到下止點(diǎn)后氣門關(guān)閉。整個運(yùn)動中，排氣門、進(jìn)氣門可能存在同時開啟的狀況，屬于氣門疊加狀況，該現(xiàn)象發(fā)生狀況下曲軸會形成轉(zhuǎn)動角度，即氣門疊加角。

理論上分析，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不一致狀況下，氣門疊加角有所差異。低轉(zhuǎn)速狀況下，該角度?。桓咿D(zhuǎn)速下，該轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)速越高、疊加角越大。如果氣門正時技術(shù)無法合理運(yùn)用，無法保證上述要求得到全面滿足。傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)工作中：低轉(zhuǎn)速狀況下，凸輪轉(zhuǎn)速小，氣門進(jìn)氣速度小，氣門打開所需時間較長，但是整體開啟角度一般較小。舉個例子，汽車時速120Km/h狀況下，轉(zhuǎn)速為4000rpm左右，對應(yīng)氣門的開關(guān)速度提升，氣缸內(nèi)部空氣進(jìn)入速度增加。該運(yùn)動環(huán)節(jié)中，需要考慮進(jìn)氣量的影響，氣門開啟時間不足會引起氣缸內(nèi)部氧氣含量不足，無法保證燃油充分燃燒，借助該技術(shù)可充分解決上述問題不足，提高燃油利用效率。運(yùn)行環(huán)節(jié)中國，凸輪改造較為關(guān)鍵，可實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備傳輸信號的合理收集。低轉(zhuǎn)速狀況下，發(fā)動機(jī)一般處于正時技術(shù)，控制效果良好。

1.2 氣門升程技術(shù)

該技術(shù)是針對氣門開啟大小的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，氣門行程過高狀況下，截面面積增加，進(jìn)氣阻力下降，會導(dǎo)致氣缸內(nèi)部進(jìn)氣通暢度增加，該狀態(tài)對汽車高速運(yùn)行具有積極影響。汽車低速運(yùn)行中，可能導(dǎo)致汽車無法達(dá)到負(fù)壓要求的狀況，導(dǎo)致汽車低速行駛發(fā)生無力運(yùn)轉(zhuǎn)、不平穩(wěn)運(yùn)行的狀況。此時氣門如果較小，汽車運(yùn)行中，氣缸內(nèi)部的負(fù)壓狀況，可以提高燃油、氧氣的充分接觸，對應(yīng)燃燒較為充分。一旦汽車高速行駛，對應(yīng)空氣流速增加，阻力增加，可能會引起氣門在進(jìn)氣、排氣環(huán)節(jié)中發(fā)生不通暢狀況。借助可變氣門技術(shù)可有效解決上述問題。

1.3 可變氣門升程技術(shù)的作用

噴油量的多少直接決定著發(fā)動機(jī)的動力性能，單位時間內(nèi)進(jìn)入氣罐的空氣量越多，噴油量也會越大。發(fā)動機(jī)可變氣門正時技術(shù)只能控制時間，無法改變單位時間內(nèi)的進(jìn)氣量。但是可變氣門升程技術(shù)可直接解決該問題，它會直接改變發(fā)動機(jī)氣門開啟的深度，也就是氣門升程，從而提供發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速所需要的空氣量，直接滿足燃燒所需的氧氣。

2 可變氣門技術(shù)的發(fā)展

2.1 早期可變氣門技術(shù)

20世紀(jì)80年代，本田汽車公司推出VTEC形發(fā)動機(jī)，即可變氣門正時、升程控制系統(tǒng)，借助對動力模式的變換，實(shí)現(xiàn)了控制污染的目的。該控制系統(tǒng)的研發(fā)，可充分應(yīng)對根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)負(fù)荷差異、轉(zhuǎn)速和溫度差異等進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)整對應(yīng)正時、升程環(huán)節(jié)的控制。該系統(tǒng)中氣門驅(qū)動凸輪一般包括兩組，借助電子控制可以實(shí)現(xiàn)有效操縱，繼而實(shí)現(xiàn)在中速、高速之間合理切換，避免效率不足引起的動力差、經(jīng)濟(jì)性差等狀況，同時具有低排放的優(yōu)勢。

VTEC系統(tǒng)中，一般主要控制單元是ECU，即發(fā)動機(jī)電子控制部分，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)后，可輸出相應(yīng)的控制信號，結(jié)合發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，借助電磁閥進(jìn)行搖臂活塞液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)對進(jìn)氣門開度、時間的有效控制。

其次，寶馬可變凸輪軸控制系統(tǒng)，屬于針對凸輪軸、曲軸進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。已經(jīng)上市車輛中，BMW的M50系列屬于該系統(tǒng)的應(yīng)用典范。并且在雙VANOS上增加了凸輪調(diào)整機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)中針對凸輪軸進(jìn)行合理調(diào)整，結(jié)合發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、踏板位置等進(jìn)行有效操作。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速過低狀況下，進(jìn)氣門將會打開，針對氣體流速、穩(wěn)定性進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速在正常范圍狀況下時，進(jìn)氣門提前打開，保證廢氣循環(huán)燃燒，降低后期排放量以及燃油耗量。轉(zhuǎn)速過高狀況下，進(jìn)氣門將會延遲打開，從而保證運(yùn)轉(zhuǎn)功率最大化，滿足高轉(zhuǎn)速運(yùn)行需求。

近年來，豐田VVT-i技術(shù)是新型技術(shù)的代表。借助發(fā)動機(jī)可變氣門技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)氣量的調(diào)節(jié)，并且可以連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時，但不能調(diào)節(jié)氣門升程。發(fā)動機(jī)從低速轉(zhuǎn)換成高速時，電子計(jì)算機(jī)會將機(jī)油壓入凸輪軸驅(qū)動齒輪內(nèi)的小渦輪，使其旋轉(zhuǎn)，凸輪軸會在60°的范圍內(nèi)前后旋轉(zhuǎn)，改變進(jìn)氣門的開啟時間，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時的目的。

2.2 現(xiàn)代可變氣門技術(shù)

VVT-i與VVTL-i的差異十分突出，是在原有凸輪軸的基礎(chǔ)之上增加一個新凸輪，實(shí)現(xiàn)對角度大小合理切換的目的，節(jié)主要壁位置進(jìn)行凸輪角度分析，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行發(fā)動機(jī)正時、升程的調(diào)節(jié)。VVTL-i 結(jié)合 VVT-i的連續(xù)可變正時與重疊角，與 VTEC 式凸輪軸進(jìn)行了切換，這是一個非常完美的系統(tǒng)。

豐田公司采用VVTL-i取代原有VTEC技術(shù)后，本田公司相繼推出i-VTEC系統(tǒng)，該系統(tǒng)借助可變正時系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，該系統(tǒng)作用下，排氣閥門可針對正時、開啟時間進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證發(fā)動機(jī)在任何轉(zhuǎn)速狀況下，對應(yīng)配氣相位滿足基本要求。該系統(tǒng)可充分優(yōu)化進(jìn)氣門、排氣門的重疊時間，通過對負(fù)荷狀況調(diào)節(jié)后，可實(shí)現(xiàn)對配氣相位的有效調(diào)節(jié)。與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)相比，VTC系統(tǒng)可提高功率，一般提高幅度為20%。扭矩合理區(qū)域范圍內(nèi)，借助VTC、VTEC系統(tǒng)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)增加輸出扭矩的效果。原因在于i-VTEC系統(tǒng)中，排氣管一般長度較小，借助催化器可提高溫度變化能力，對廢氣排放的控制效果大幅提升。

3 結(jié)語

汽車發(fā)動機(jī)可變氣門的控制中，升程系統(tǒng)主要針對氣門開啟狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，正時系統(tǒng)主要針對氣門開閉時間進(jìn)行控制，二者共同決定了進(jìn)氣能力、氣量大小，均屬于可變氣門控制系統(tǒng)。根據(jù)當(dāng)下可變氣門技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，及時進(jìn)行汽車行業(yè)的升級優(yōu)化，提高汽車相關(guān)技術(shù)的完善十分必要，將會帶領(lǐng)汽車技術(shù)向著更加高科技、智能化方向進(jìn)步。在充分提高汽車性能的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)降低尾氣排放量的目的，具有良好的社會效應(yīng)。

[1] 鄧明陽,孫旭.發(fā)動機(jī)全可變氣門升程技術(shù)現(xiàn)狀的分析與展望[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,（3）．

[2] 丁樹棟.基于可變氣門控制為主的汽車發(fā)動機(jī)特有技術(shù)研究[J].科研,2017,( 02) ∶ 145－146.

[3] 周玲,盧帥.發(fā)動機(jī)可變氣門正時系統(tǒng)冷試檢測原理及應(yīng)用[J]．裝備制造技術(shù),2015,( 09) ∶ 67－69.

The discussion of variable valve technology of car engine

Zhou Heng
( Zhaoqing auto Mechanic school, Guangdong Zhaoqing 526000 )

the automobile engine as the core components, the variable valve technology has become a generalized configuration equipment, using the technology can realize the engine phase, valve lift and so on carries on the reasonable adjustment, thus guarantee engine distribution link to meet the basic requirements. The reason is that under the condition of the engine, the purpose of the engine economy is adjusted by the valve adjustment, which is the key to improve the air quantity and the efficiency of the gas.

car engine; Variable valve technology; Valve timing technology; speed

U461

A

1671-7988(2016)13-102-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.034

周恒，就職于肇慶汽車技工學(xué)校。