汽車發(fā)動機(jī)的可變氣門技術(shù)探討

摘要：汽車發(fā)動機(jī)可變氣門技術(shù)是當(dāng)今汽車發(fā)動機(jī)普遍配置的設(shè)備系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對發(fā)動機(jī)凸輪的相位或者氣門的升程進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，從而使汽車發(fā)動機(jī)的配氣過程得到優(yōu)化。因?yàn)槠嚢l(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，氣門的正時角對發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性以及動力有所影響，從而提高進(jìn)氣量以及掃氣效率，如今的汽車發(fā)動機(jī)普遍應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機(jī)；可變氣門技術(shù)；氣門正時技術(shù)；氣門升程技術(shù)；配氣過程 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U472 文章編號：1009-2374（2016）02-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.039

在汽車發(fā)動機(jī)的運(yùn)行過程中，如果發(fā)動機(jī)在運(yùn)行過程中，隨著發(fā)動機(jī)氣門數(shù)量的增多和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，氣門正時和氣門升程不能隨之改變，那么當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)處于轉(zhuǎn)速過低、轉(zhuǎn)速過高或者功率輸出的狀況下，就很難保證燃油的消耗問題。如果汽車發(fā)動機(jī)使用的是單個氣門，在對燃油供給方進(jìn)行控制時，對這個問題解決起來就會很難。但是如果換一種方式，如使用“可變性能”對其進(jìn)行“綜合處理”，那么這樣的問題就很容易被解決。

1 氣門正時技術(shù)

氣門正時也就是汽車發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中氣門打開的時間。其功能是活塞運(yùn)動到一定位置時，對氣門的開啟和關(guān)閉時間進(jìn)行控制。一般情況下，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門的活塞運(yùn)動程序應(yīng)當(dāng)從下向上，當(dāng)氣門開始排氣時，氣門打開；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。這個過程中，因?yàn)檫\(yùn)動的空氣存在慣性，因此需要一定的時間進(jìn)行反應(yīng)。進(jìn)行排氣的過程中，為了讓更多的空氣進(jìn)入氣缸，更多的廢氣排出氣缸，就要在活塞到達(dá)之前打開，并且在活塞運(yùn)動到下止點(diǎn)之下關(guān)閉；發(fā)動機(jī)的排氣門運(yùn)用同樣的原理，排氣門應(yīng)該在活塞開始向下運(yùn)動之前打開，在活塞運(yùn)動到下止點(diǎn)之后再關(guān)閉。在活塞運(yùn)動的過程中，排氣門和進(jìn)氣門可能會在一定的時間范圍內(nèi)同時打開，這叫做氣門疊加，在氣門疊加現(xiàn)象產(chǎn)生時，曲軸會產(chǎn)生一定角度的轉(zhuǎn)動，這個角度是氣門疊加角，圖1是汽車發(fā)動機(jī)氣門配氣相關(guān)結(jié)構(gòu)圖。

發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速處于不同狀態(tài)時，對于氣門疊加角的要求也有所不同，在發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速時，其氣門疊加角就越小，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)速高，所產(chǎn)生的氣門疊加角就會越大。如汽車發(fā)動機(jī)沒有運(yùn)用氣門正時技術(shù)，這兩個要求就很難同時得到滿足，傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機(jī)工作原理主要是：當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)處于低速轉(zhuǎn)動狀態(tài)時，其中凸輪的轉(zhuǎn)速也非常慢，因此氣門的進(jìn)氣速度也隨之減慢，當(dāng)氣門打開時，需要的時間較長，但是氣門的開度很小。如果汽車行駛的速度達(dá)到120km/h時，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速一般為3000～4000rpm，有可能會達(dá)到更高水平，此時汽車發(fā)動機(jī)氣門的開啟和關(guān)閉速度加快，氣缸空氣進(jìn)入的速度開始加快，在這一運(yùn)動過程中，雖然其進(jìn)氣量很大，但是發(fā)動機(jī)氣門的開啟時間非常短，這會在一定程度上降低氧氣含量，導(dǎo)致燃油燃燒所需氧氣不足，從而使燃油燃燒不夠充分。因此可以在這樣的發(fā)動機(jī)上引入可變氣門技術(shù)，這一技術(shù)可以有效解決以上提到的問題，從而大大改善發(fā)動機(jī)的燃油效率。在運(yùn)行過程中，對凸輪進(jìn)行改造，并且對相關(guān)的傳感信號進(jìn)行充分收集，汽車發(fā)動機(jī)如果處于轉(zhuǎn)速非常低的情況下，這時發(fā)動機(jī)中正時技術(shù)就可以對其進(jìn)行很好的控制；當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時，可以對氣門的開度進(jìn)行較為科學(xué)的調(diào)整。

2 氣門升程技術(shù)

氣門升程技術(shù)指的是對氣門開啟的開度大小進(jìn)行控制的技術(shù)。當(dāng)發(fā)動機(jī)在運(yùn)行過程中，氣門行程較遠(yuǎn)的情況下，所進(jìn)氣截面的面積就會隨之增大，因此對進(jìn)氣產(chǎn)生的阻力會降低，從而使得氣缸的進(jìn)氣更加通暢，這樣的運(yùn)行狀態(tài)比較適合汽車在高速行駛的狀態(tài)下。如果在汽車行駛速度較慢的情況下，就會導(dǎo)致進(jìn)氣時達(dá)不到要求的負(fù)壓，從而導(dǎo)致汽車處于低速形式的狀態(tài)下時，產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)無力或者不夠平穩(wěn)的現(xiàn)象。如果氣門很小，汽車發(fā)動機(jī)在慢速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，所需的負(fù)壓會得到滿足，保證氧氣的充足和燃油的充分燃燒。然而當(dāng)汽車處于高速行駛的狀況下時，空氣的流速就會加快，氣阻也會增大，這些情況的出現(xiàn)就會導(dǎo)致氣門在進(jìn)氣和排氣的過程不夠暢通。在汽車發(fā)動機(jī)中運(yùn)用可變氣門技術(shù)，就可以對這兩方面的問題進(jìn)行權(quán)衡。氣門正時技術(shù)只能夠?qū)ζ嚢l(fā)送機(jī)中氣門開啟的時間進(jìn)行控制，對于氣門開啟的開度無法控制。因此要在汽車發(fā)動機(jī)中運(yùn)用可變氣門的升程技術(shù)，這樣才能進(jìn)一步提高汽燃油的燃耗效率，提高汽車經(jīng)濟(jì)性能。

3 典型的可變氣門升程技術(shù)控制為主的發(fā)動機(jī)技術(shù)

3.1 本田汽車中的“VTEC”系統(tǒng)應(yīng)用

“VTEC”可以同時對發(fā)動機(jī)氣門開度和氣門開啟時間進(jìn)行控制的系統(tǒng)，對“VTEC”進(jìn)行控制的系統(tǒng)主要是“ECU”，它通過發(fā)動機(jī)中各個傳感器，其中包括氣缸進(jìn)氣壓力傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車輛行駛速度傳感器、水溫傳感器等，根據(jù)其產(chǎn)生的信號，進(jìn)行相應(yīng)指令的發(fā)送，同時可以控制凸輪在特定的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，以此對氣門的開閉時間和開閉開度進(jìn)行合理控制。一般的汽車發(fā)動機(jī)中，每個汽缸只配備一個凸輪對其進(jìn)行驅(qū)動，但是本田汽車中VTEC系統(tǒng)發(fā)動機(jī)內(nèi)含有兩個凸輪對其進(jìn)行驅(qū)動，即中低速、高度運(yùn)轉(zhuǎn)兩個組合，通過對電子系統(tǒng)的運(yùn)用，使其自行進(jìn)行操縱，從而達(dá)成自動轉(zhuǎn)換目標(biāo)。本田汽車發(fā)動機(jī)中利用的VTEC系統(tǒng)，可以同時對發(fā)動機(jī)的低速運(yùn)轉(zhuǎn)和高速運(yùn)轉(zhuǎn)中氣門的開閉進(jìn)行時間和開度的控制，這樣就能同時達(dá)成汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。

本田“VTEC”與其他汽車發(fā)動機(jī)不同的地方主要是凸輪和搖臂的數(shù)目和控制方法。其是世界上第一個能夠?qū)忾T的開閉時間以及升程兩個性能同時控制的氣門控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)通過計算機(jī)對氣門的正時和升程進(jìn)行控制，可以在很大程度上提高汽車燃油效率，本田公司幾乎在所有車檔中均運(yùn)用了“VTEC”系統(tǒng)。

3.2 豐田汽車VVT-i智能可變氣門系統(tǒng)

VVT-i系統(tǒng)是豐田汽車中發(fā)動機(jī)可變氣門系統(tǒng)，當(dāng)前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在豐田汽車中普遍使用。VVT-i系統(tǒng)可以對發(fā)動機(jī)氣門運(yùn)動進(jìn)行連續(xù)的正時調(diào)節(jié)，但是對氣門的開度大小不能控制。這項(xiàng)技術(shù)的工作原理主要是：當(dāng)汽車的運(yùn)行速度由低到高運(yùn)行時，“ECU”就會向凸輪控制下小渦輪內(nèi)擠壓機(jī)油，從而使小渦輪進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，其運(yùn)轉(zhuǎn)是相對凸輪進(jìn)行的，這樣就使得凸輪在60。范圍內(nèi)前后旋轉(zhuǎn)，這樣就會對氣門的開啟和閉合時間有所控制，從而實(shí)現(xiàn)氣門的連續(xù)這時目標(biāo)。這項(xiàng)技術(shù)的最大特點(diǎn)是，可以根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)所處狀態(tài)對凸輪進(jìn)行合理控制，對凸輪軸的轉(zhuǎn)角進(jìn)行合理的調(diào)整，從而優(yōu)化配氣時機(jī)，保證對燃油的配氣達(dá)到最佳狀態(tài)，以此來幫助燃油充分燃燒，并且提高汽車扭矩，提升汽車的各項(xiàng)性能。

4 結(jié)語

在汽車發(fā)動機(jī)可變氣門技術(shù)中，升程系統(tǒng)主要控制氣門的開度，而正時系統(tǒng)是控制氣門開閉的時間。它們均決定了發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量的大小，同屬于汽車發(fā)送機(jī)可變氣門控制系統(tǒng)。如今可變氣門技術(shù)發(fā)展得越來越快，這項(xiàng)技術(shù)在汽車發(fā)動機(jī)中的使用可以說是汽車領(lǐng)域發(fā)展的一個里程碑，可以看出未來的汽車技術(shù)將向著越來越先進(jìn)的方向發(fā)展。

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作者簡介：賈慧利（1981-），女，蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：車輛工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）