關(guān)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的可變氣門(mén)技術(shù)的探討

周 恒

（肇慶汽車技工學(xué)校，廣東 肇慶 526000）

關(guān)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的可變氣門(mén)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(dòng)機(jī)作為核心零部件，其可變氣門(mén)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相位、氣門(mén)的升程等進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，進(jìn)而保證發(fā)動(dòng)機(jī)配氣環(huán)節(jié)滿足基本要求。原因在于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下，借助氣門(mén)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)；可變氣門(mén)技術(shù)；氣門(mén)正時(shí)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(dòng)機(jī)氣門(mén)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(dòng)機(jī)僅存在一個(gè)氣門(mén)，無(wú)法充分應(yīng)對(duì)燃油供給出現(xiàn)的各種問(wèn)題，為了避免該問(wèn)題發(fā)生帶來(lái)的危害，可采取可變氣門(mén)，借助可變氣門(mén)可以提高燃油控制效率。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)中，氣門(mén)數(shù)量多，對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，氣門(mén)正時(shí)、升程將會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生結(jié)果為：轉(zhuǎn)速過(guò)低、過(guò)高狀況下，汽車燃油消耗成為主要矛盾。借助可變氣門(mén)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)燃油系統(tǒng)的升級(jí)，具有優(yōu)化系統(tǒng)的效果，可充分提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效果?，F(xiàn)階段，可變氣門(mén)技術(shù)較多，對(duì)應(yīng)工作原理有所差異，需要針對(duì)氣門(mén)正時(shí)技術(shù)、升程技術(shù)進(jìn)行全面合理分析。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)作用

1.1 氣門(mén)正時(shí)技術(shù)

氣門(mén)正時(shí)技術(shù)，即發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，氣門(mén)打開(kāi)時(shí)間。該技術(shù)的作用在于活塞運(yùn)動(dòng)中合理控制氣門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)的活塞需要有下至上運(yùn)動(dòng)，氣門(mén)排氣時(shí)打開(kāi)；當(dāng)活塞到達(dá)氣門(mén)的上止點(diǎn)時(shí)，一個(gè)排氣運(yùn)動(dòng)周期完成，氣門(mén)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(shí)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(kāi)活塞前進(jìn)行關(guān)閉處理；對(duì)應(yīng)排氣門(mén)使用原理大體類似，活塞運(yùn)動(dòng)之前一般排氣門(mén)即會(huì)打開(kāi)，運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)后氣門(mén)關(guān)閉。整個(gè)運(yùn)動(dòng)中，排氣門(mén)、進(jìn)氣門(mén)可能存在同時(shí)開(kāi)啟的狀況，屬于氣門(mén)疊加狀況，該現(xiàn)象發(fā)生狀況下曲軸會(huì)形成轉(zhuǎn)動(dòng)角度，即氣門(mén)疊加角。

理論上分析，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不一致?tīng)顩r下，氣門(mén)疊加角有所差異。低轉(zhuǎn)速狀況下，該角度小；高轉(zhuǎn)速下，該轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)速越高、疊加角越大。如果氣門(mén)正時(shí)技術(shù)無(wú)法合理運(yùn)用，無(wú)法保證上述要求得到全面滿足。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作中：低轉(zhuǎn)速狀況下，凸輪轉(zhuǎn)速小，氣門(mén)進(jìn)氣速度小，氣門(mén)打開(kāi)所需時(shí)間較長(zhǎng)，但是整體開(kāi)啟角度一般較小。舉個(gè)例子，汽車時(shí)速120Km/h狀況下，轉(zhuǎn)速為4000rpm左右，對(duì)應(yīng)氣門(mén)的開(kāi)關(guān)速度提升，氣缸內(nèi)部空氣進(jìn)入速度增加。該運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)中，需要考慮進(jìn)氣量的影響，氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間不足會(huì)引起氣缸內(nèi)部氧氣含量不足，無(wú)法保證燃油充分燃燒，借助該技術(shù)可充分解決上述問(wèn)題不足，提高燃油利用效率。運(yùn)行環(huán)節(jié)中國(guó)，凸輪改造較為關(guān)鍵，可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備傳輸信號(hào)的合理收集。低轉(zhuǎn)速狀況下，發(fā)動(dòng)機(jī)一般處于正時(shí)技術(shù)，控制效果良好。

1.2 氣門(mén)升程技術(shù)

該技術(shù)是針對(duì)氣門(mén)開(kāi)啟大小的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，氣門(mén)行程過(guò)高狀況下，截面面積增加，進(jìn)氣阻力下降，會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)部進(jìn)氣通暢度增加，該狀態(tài)對(duì)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(wú)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(wú)力運(yùn)轉(zhuǎn)、不平穩(wěn)運(yùn)行的狀況。此時(shí)氣門(mén)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(duì)應(yīng)燃燒較為充分。一旦汽車高速行駛，對(duì)應(yīng)空氣流速增加，阻力增加，可能會(huì)引起氣門(mén)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(mén)技術(shù)可有效解決上述問(wèn)題。

1.3 可變氣門(mén)升程技術(shù)的作用

噴油量的多少直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入氣罐的空氣量越多，噴油量也會(huì)越大。發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)只能控制時(shí)間，無(wú)法改變單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)氣量。但是可變氣門(mén)升程技術(shù)可直接解決該問(wèn)題，它會(huì)直接改變發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)開(kāi)啟的深度，也就是氣門(mén)升程，從而提供發(fā)動(dòng)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(mén)技術(shù)的發(fā)展

2.1 早期可變氣門(mén)技術(shù)

20世紀(jì)80年代，本田汽車公司推出VTEC形發(fā)動(dòng)機(jī)，即可變氣門(mén)正時(shí)、升程控制系統(tǒng)，借助對(duì)動(dòng)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(duì)根據(jù)發(fā)動(dòng)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(duì)應(yīng)正時(shí)、升程環(huán)節(jié)的控制。該系統(tǒng)中氣門(mén)驅(qū)動(dòng)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(dòng)力差、經(jīng)濟(jì)性差等狀況，同時(shí)具有低排放的優(yōu)勢(shì)。

VTEC系統(tǒng)中，一般主要控制單元是ECU，即發(fā)動(dòng)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(hào)，結(jié)合發(fā)動(dòng)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(duì)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)度、時(shí)間的有效控制。

其次，寶馬可變凸輪軸控制系統(tǒng)，屬于針對(duì)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(duì)凸輪軸進(jìn)行合理調(diào)整，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、踏板位置等進(jìn)行有效操作。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低狀況下，進(jìn)氣門(mén)將會(huì)打開(kāi)，針對(duì)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(shí)，進(jìn)氣門(mén)提前打開(kāi)，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(guò)高狀況下，進(jìn)氣門(mén)將會(huì)延遲打開(kāi)，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(lái)，豐田VVT-i技術(shù)是新型技術(shù)的代表。借助發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)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(mén)正時(shí)，但不能調(diào)節(jié)氣門(mén)升程。發(fā)動(dòng)機(jī)從低速轉(zhuǎn)換成高速時(shí)，電子計(jì)算機(jī)會(huì)將機(jī)油壓入凸輪軸驅(qū)動(dòng)齒輪內(nèi)的小渦輪，使其旋轉(zhuǎn)，凸輪軸會(huì)在60°的范圍內(nèi)前后旋轉(zhuǎn)，改變進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)氣門(mén)正時(shí)的目的。

2.2 現(xiàn)代可變氣門(mén)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(gè)新凸輪，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)機(jī)正時(shí)、升程的調(diào)節(jié)。VVTL-i 結(jié)合 VVT-i的連續(xù)可變正時(shí)與重疊角，與 VTEC 式凸輪軸進(jìn)行了切換，這是一個(gè)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(shí)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，該系統(tǒng)作用下，排氣閥門(mén)可針對(duì)正時(shí)、開(kāi)啟時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在任何轉(zhuǎn)速狀況下，對(duì)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(mén)、排氣門(mén)的重疊時(shí)間，通過(guò)對(duì)負(fù)荷狀況調(diào)節(jié)后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)配氣相位的有效調(diào)節(jié)。與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)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(zhǎng)度較小，借助催化器可提高溫度變化能力，對(duì)廢氣排放的控制效果大幅提升。

3 結(jié)語(yǔ)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)的控制中，升程系統(tǒng)主要針對(duì)氣門(mén)開(kāi)啟狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，正時(shí)系統(tǒng)主要針對(duì)氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)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(mén)控制系統(tǒng)。根據(jù)當(dāng)下可變氣門(mén)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，及時(shí)進(jìn)行汽車行業(yè)的升級(jí)優(yōu)化，提高汽車相關(guān)技術(shù)的完善十分必要，將會(huì)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(huì)效應(yīng)。

[1] 鄧明陽(yáng),孫旭.發(fā)動(dòng)機(jī)全可變氣門(mén)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(shù)棟.基于可變氣門(mén)控制為主的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特有技術(shù)研究[J].科研,2017,( 02) ∶ 145－146.

[3] 周玲,盧帥.發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)冷試檢測(cè)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。