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可變氣門

汽車發(fā)動機氣門正時的機構(gòu)和技術(shù),也叫連續(xù)可變氣門正時系統(tǒng),當今高性能發(fā)動機普遍配備該系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過配備的控制及執(zhí)行系統(tǒng),對發(fā)動機凸輪的相位或者氣門升程進行調(diào)節(jié),從而達到優(yōu)化發(fā)動機配氣過程的目的。

1 可變氣門的名詞解釋

汽車發(fā)動機氣門正時的機構(gòu)和技術(shù),也叫連續(xù)可變氣門正時系統(tǒng),當今高性能發(fā)動機普遍配備該系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過配備的控制及執(zhí)行系統(tǒng),對發(fā)動機凸輪的相位或者氣門升程進行調(diào)節(jié),從而達到優(yōu)化發(fā)動機配氣過程的目的。

可變氣門正時技術(shù)幾乎已成為當今發(fā)動機的標準配置,為了進一步挖掘傳統(tǒng)內(nèi)燃機的潛力,工程人員又在此基礎(chǔ)上研發(fā)出可變氣門升程技術(shù),當二者有效的結(jié)合起來時,則為發(fā)動機在各種工況和轉(zhuǎn)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。

2 可變氣門的原理

因為高轉(zhuǎn)速下與低轉(zhuǎn)速下,氣門的正時角對發(fā)動機經(jīng)濟性和動力的影響是明顯的,高轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速反之,現(xiàn)在的發(fā)動機大多有這個技術(shù)。

3 可變氣門的起源

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(guān)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(nèi)外的氣體壓強差。在引擎低速運轉(zhuǎn)時,氣門的開啟程度切不可過大,這樣容易造成氣缸內(nèi)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(zhuǎn)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(qū)的扭矩特性,又想榨取高速區(qū)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(diào)節(jié)的裝置,也就是我們要說的“可變氣門正時技術(shù)”。該技術(shù)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(yè)開始投入了可變氣門正時的研究,1989年本田首次發(fā)布了“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)”,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(yè)不斷發(fā)展該技術(shù),到今天已經(jīng)非常成熟,豐田也開發(fā)了VVT-i,保時捷開發(fā)了Variocam,現(xiàn)代開發(fā)了DVVT……幾乎每家企業(yè)都有了自己的可變氣門正時技術(shù)。一系列可變氣門技術(shù)雖然商品名各異,但其設(shè)計思想?yún)s極為相似。

4 配氣相位機構(gòu)的原理和作用

我們都知道,發(fā)動機的配氣相位機構(gòu)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(gòu)的主要功能是按照一定的時限來開啟和關(guān)閉各氣缸的進、排氣門,從而實現(xiàn)發(fā)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(fā)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(fā)動機上,就產(chǎn)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(nèi)的進、排氣量。

5 可變氣門正時和升程技術(shù)的優(yōu)點

發(fā)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(shù)的普通發(fā)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(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速和工況時的需要。前面說過發(fā)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(jié)奏卻阻礙了發(fā)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(jié)奏的把握對體能發(fā)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(diào)整呼吸頻率,以便時刻為身體提供充足的氧氣。對于汽車發(fā)動機而言,這個道理同樣適用??勺儦忾T正時和升程技術(shù)就是為了讓發(fā)動機在各種負荷和轉(zhuǎn)速下自由調(diào)整“呼吸”,從而提升動力表現(xiàn),提高燃燒效率。

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