可變氣門(mén)升程技術(shù)的研究

葉鵬

摘 要：可變氣門(mén)升程技術(shù)的使用，可以保證在各種工況的過(guò)程中合理的選擇適合發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)升降模式，能夠在一定程度上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能有所提高，同時(shí)也能夠使汽車(chē)的燃油效率更高，除此之外，還有一定的環(huán)保作用。本文重點(diǎn)針對(duì)可變氣門(mén)升降技術(shù)進(jìn)行研究，分析具體的選擇類(lèi)型，已經(jīng)在具體使用過(guò)程中的情況，對(duì)相關(guān)的工作原理進(jìn)行研究，提高可變氣門(mén)升降技術(shù)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：可變氣門(mén)升程;技術(shù)現(xiàn)狀;性能特點(diǎn)

1 引言

在汽車(chē)中使用可變氣門(mén)升降這一技術(shù)，讓不同工作情況下的發(fā)動(dòng)機(jī)有更多的氣門(mén)升降模式可以選擇，這可以使得汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高動(dòng)力性，當(dāng)前的可變氣門(mén)升降機(jī)構(gòu)里面，有很多可以改變氣門(mén)運(yùn)行情況的影響因素，必須合理的控制各種因素，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用經(jīng)濟(jì)性。因此，對(duì)可變氣門(mén)的升降技術(shù)研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 可變氣門(mén)升程的技術(shù)類(lèi)型

可變氣門(mén)升程技術(shù)VVL（Variable Valve Lift），在進(jìn)行分類(lèi)的時(shí)候，主要是根據(jù)對(duì)氣門(mén)正時(shí)以及開(kāi)啟持續(xù)期來(lái)進(jìn)行，具體可以分為兩種類(lèi)型：

（1）可變氣門(mén)升程與正時(shí)VLT（Variable Liftand Timing），氣門(mén)升降發(fā)生變化的時(shí)候，氣門(mén)正時(shí)以及開(kāi)啟持續(xù)期也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，如圖1。

（2）單獨(dú)可變氣門(mén)升程。也就氣門(mén)的定時(shí)以及開(kāi)啟持續(xù)期沒(méi)有發(fā)聲變化的基礎(chǔ)上，氣門(mén)的最大升降發(fā)生了變化，如圖2。

在氣門(mén)升程發(fā)生單獨(dú)變化的時(shí)候，因?yàn)椴煌霓D(zhuǎn)速下，進(jìn)、排氣流通具有不一樣的情況，所以，當(dāng)前基本上沒(méi)有投入產(chǎn)品的實(shí)際使用中。就當(dāng)前來(lái)看，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上通常普遍使用的是VLT可變升程與定時(shí)。

3 如何實(shí)現(xiàn)可變氣門(mén)升程技術(shù)

3.1 基于凸輪軸的氣門(mén)升程技術(shù)

基于凸輪軸的氣門(mén)升程技術(shù)，在具體設(shè)計(jì)的時(shí)候，是按照以往的發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)而來(lái)，實(shí)現(xiàn)凸輪型線可變或凸輪從動(dòng)件可變，然后在此基礎(chǔ)上控制氣門(mén)的升降，見(jiàn)圖3。

3.1.1 凸輪型線可變

例如：奧迪AVS可變氣門(mén)升程系統(tǒng)

奧迪AVS可變氣門(mén)升程系統(tǒng)在進(jìn)行氣門(mén)升降改變的時(shí)候，使用的方法也是同一根凸輪軸上合理匹配兩個(gè)角度不一樣的凸輪，這種匹配方式在凸輪轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，使用的方式比較特別。AVS系統(tǒng)在設(shè)計(jì)凸輪的時(shí)候，針對(duì)不同的進(jìn)氣門(mén)設(shè)計(jì)的角度有差異，而且，凸輪軸上面，還將螺旋溝槽套筒安裝上去。對(duì)螺旋溝槽套筒進(jìn)行控制的時(shí)候，是通過(guò)電磁驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要是為了靈活的切換兩種類(lèi)型的凸輪，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣門(mén)升降的改變，如圖4所示。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)正在進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)處于一種高負(fù)載的狀態(tài)下，位置在右邊的電磁驅(qū)動(dòng)器就會(huì)對(duì)活塞銷(xiāo)有推動(dòng)作用，將其推入螺旋溝槽里面，然后在凸輪軸的旋轉(zhuǎn)作用下會(huì)對(duì)套筒產(chǎn)生向右的推動(dòng)力，一直到套筒處于一個(gè)比較固定的位置為止，這時(shí)候活塞銷(xiāo)就會(huì)重新縮回，同時(shí)具有較大升降的凸輪就可以將氣門(mén)推動(dòng)，確保燃燒室的進(jìn)氣流量以及進(jìn)氣流速處于一個(gè)最佳狀態(tài)，輸出的動(dòng)力也就更強(qiáng);如果發(fā)動(dòng)機(jī)正在進(jìn)行低速運(yùn)轉(zhuǎn)處于一種低負(fù)載的狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)并且負(fù)載比較低的時(shí)候，位置在左邊電磁驅(qū)動(dòng)器就會(huì)位置在右邊的電磁驅(qū)動(dòng)器就會(huì)對(duì)活塞銷(xiāo)有推動(dòng)作用，將其推入螺旋溝槽里面，然后在凸輪軸的旋轉(zhuǎn)作用下會(huì)對(duì)套筒產(chǎn)生向右的推動(dòng)力，一直到套筒處于一個(gè)比較固定的位置為止，這時(shí)候活塞銷(xiāo)就會(huì)重新縮回，同時(shí)，具有較小升降的凸輪就能夠?qū)忾T(mén)產(chǎn)生推動(dòng)力，可以有效的節(jié)約汽油。

3.1.2 凸輪從動(dòng)件可變

下圖為寶馬Valvetronic連續(xù)可變氣門(mén)升程系統(tǒng)這一結(jié)構(gòu)的展示以及在進(jìn)行工作的時(shí)候使用的原理，如圖5。

這種機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣凸輪軸以及搖臂中間有一個(gè)推桿，而且，另一個(gè)比較特別的地方在于凸輪軸以及傳統(tǒng)搖臂的中間還存在偏心軸。如果汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)有改變氣門(mén)升降的具體需求，這個(gè)時(shí)候ECU可以按照油門(mén)所發(fā)出的信號(hào)來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行有效的控制，步進(jìn)電機(jī)會(huì)對(duì)渦輪螺桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定的驅(qū)動(dòng)力，確保偏心軸在0～170℃A的空間之內(nèi)實(shí)現(xiàn)具有連貫性的調(diào)節(jié)。偏心軸會(huì)將推桿上端推動(dòng)去讓凸輪與推桿的位置發(fā)生變化，這時(shí)候推桿下面擺動(dòng)的幅度就會(huì)和之前不同，這一系列的變化會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣門(mén)的升降發(fā)展發(fā)生變化，保證其能夠在0.18～9.80mm之間發(fā)生連續(xù)性變化。這一機(jī)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)300ms以?xún)?nèi)的氣門(mén)升降，使其從怠速轉(zhuǎn)變到全負(fù)荷，可以有效的達(dá)到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)節(jié)氣負(fù)荷的合理控制，最大程度的降低因?yàn)闅忾T(mén)產(chǎn)生的泵氣損失，除此之外，還可以有效的提升燃油的經(jīng)濟(jì)性，減少空氣中的有害物質(zhì)，最終使得怠速具有更好的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以有效的降低轉(zhuǎn)速。

3.2 無(wú)凸輪軸可變氣門(mén)升程技術(shù)

無(wú)凸輪軸可變氣門(mén)升程技術(shù)將以往的凸輪軸和凸輪軸從動(dòng)件這些部件取消了，取而代之的是通過(guò)電磁、電液以及電氣等這樣的方法來(lái)使得氣門(mén)被直接驅(qū)動(dòng)。在系統(tǒng)中合理的設(shè)置了電子控制單元，用來(lái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況的檢查，對(duì)傳感器發(fā)出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行接收和處理，并且按照MAP圖來(lái)進(jìn)行正確的控制信號(hào)的發(fā)送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)排進(jìn)氣門(mén)進(jìn)行有效的開(kāi)閉時(shí)刻以及升降控制。因?yàn)橄到y(tǒng)不需要受到凸輪型線的相關(guān)限制，因此可以實(shí)現(xiàn)具有靈活性并且單獨(dú)控制氣門(mén)的具體參數(shù)。

例如：菲亞特MultiAir電控液壓進(jìn)氣系統(tǒng)，如圖6。

菲亞特 MultiAir 電控液壓進(jìn)氣系統(tǒng)，可以最大程度的實(shí)現(xiàn)氣門(mén)升程以及正時(shí)連續(xù)性的可變這個(gè)目標(biāo)。在這一系統(tǒng)中，針對(duì)每一個(gè)汽缸進(jìn)氣門(mén)位置都會(huì)設(shè)置相應(yīng)的液壓機(jī)構(gòu)，液壓機(jī)構(gòu)具體由 ECU 來(lái)控制，通過(guò)這種方式來(lái)對(duì)進(jìn)氣門(mén)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而進(jìn)氣門(mén)正時(shí)和升程就會(huì)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)可調(diào)。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)看，雖然在汽車(chē)的可變氣門(mén)升程機(jī)構(gòu)中，存在不同形式的參數(shù)，以及能夠通過(guò)各種渠道來(lái)對(duì)氣門(mén)運(yùn)行的參數(shù)有一定的改變，然而，改變的最終目標(biāo)相同，都是為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)可以在各種工作情況下實(shí)現(xiàn)氣門(mén)升降的最佳狀態(tài)，進(jìn)而使得發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性不斷改善，提升其動(dòng)力性。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐濤，詹樟松，吳學(xué)松，鐘睿.可變氣門(mén)升程技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].內(nèi)燃機(jī)，2013（6）：1-5.

[2] 張超.寶馬第三代連續(xù)可變氣門(mén)升程技術(shù)淺析[J].價(jià)值工程，2015.34（3）：60-61.