氣門可變正時(shí)技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

姚博煒　翟克嬌　韋錦易

摘 要：深入研究氣門可變正時(shí)技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，并采取有效的優(yōu)化措施消除影響，既可提升發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，也能延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。文章就此展開了討論，先是分析了氣門可變正時(shí)技術(shù)的原理，然后結(jié)合實(shí)際分析了發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問題，最后就氣門可變正時(shí)技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)使用性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：氣門可變正時(shí);發(fā)動(dòng)機(jī)性能;影響

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)數(shù)量直線上升。為了給人們提供更好的使用體驗(yàn)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加大發(fā)動(dòng)機(jī)性能的研發(fā)力度。而氣門可變正時(shí)就是一種非常有效的優(yōu)化技術(shù)，可以大幅度提升發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能。但是技術(shù)人員在應(yīng)用氣門可變正時(shí)技術(shù)還需充分了解它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，以便能高效運(yùn)用該技術(shù)。

1 氣門可變正時(shí)技術(shù)原理

傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門正系統(tǒng)是氣門開啟、關(guān)閉無法變化的機(jī)械系統(tǒng)。這種機(jī)械系統(tǒng)很難滿足發(fā)動(dòng)機(jī)多工況的運(yùn)行需求，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供強(qiáng)勁的動(dòng)力。而氣門可變正則是一種可以實(shí)現(xiàn)氣門開啟、關(guān)閉時(shí)間變化的電控系統(tǒng)。具體來說是活塞從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)的過程中，進(jìn)氣門會(huì)提前開啟延遲關(guān)閉。而發(fā)送機(jī)完成做功后，活塞再次從下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)的過程中，排氣門則會(huì)提前開啟或延遲關(guān)閉。這樣就可以為發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)匹配合理的氣門開啟、關(guān)閉時(shí)間，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

如今，發(fā)動(dòng)機(jī)氣門可變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括凸軸輪和凸輪可變系統(tǒng)、氣門挺桿可變系統(tǒng)兩種。其中凸軸輪和凸輪可變系統(tǒng)的工作原理通過凸軸輪、凸輪的變化實(shí)現(xiàn)氣門升程。具體來說是改變凸輪軸對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角、改變?cè)鲈O(shè)的與凸輪相配的搖臂驅(qū)動(dòng)氣門升程。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中出現(xiàn)的問題

2.1 使用壽命問題

就現(xiàn)階段而言，隨著設(shè)備研發(fā)技術(shù)的不斷提升，設(shè)備對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求數(shù)量、強(qiáng)度也在不斷提高。與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命問題也越來越突出。比如在研發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)之時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命并不受技術(shù)人員的重視，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能在提升之時(shí)，使命壽命卻在下降。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示：現(xiàn)階段市場(chǎng)上存在壽命問題的發(fā)動(dòng)機(jī)超過三層。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命出現(xiàn)問題不僅僅導(dǎo)致設(shè)備使用性能受到影響，而且還有可能導(dǎo)致安全事故，造成人員傷亡。顯然，若不采取有效的措施解決發(fā)動(dòng)機(jī)壽命問題，會(huì)嚴(yán)重影響到設(shè)備行業(yè)的發(fā)展。

2.2 使用性能問題

從實(shí)際來看，發(fā)動(dòng)機(jī)性能對(duì)許多設(shè)備的影響都比較大。若是不改善發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能，那么就會(huì)導(dǎo)致許多設(shè)備的運(yùn)行性能無法得以提升，從而影響到我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。發(fā)動(dòng)機(jī)性能問題主要集中在以下兩個(gè)方面：第一，發(fā)動(dòng)機(jī)性能的完善多是依據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備資料、運(yùn)行信息來完成，而缺乏必要的市場(chǎng)調(diào)研，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升工作問題百出。第二，發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能得到了改善、優(yōu)化，但是其整體運(yùn)行體系尚不夠健全，仍存在許多漏洞。

2.3 使用安全問題

任何發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中都有可能出現(xiàn)安全問題。對(duì)此，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)高度發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全，并結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)開展研發(fā)工作。具體來說，發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全問題主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是老舊型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)仍未被淘汰。而這些老舊發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的存在就是一個(gè)安全隱患，隨時(shí)都有可能發(fā)生安全問題。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)安全問題也非常受到人們的廣泛關(guān)注。若是不能解決這些問題，勢(shì)必會(huì)影響到設(shè)備銷量。

3 氣門可變正時(shí)技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

目前，我國機(jī)械行業(yè)非常重視發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能的優(yōu)化，其投入了大量的人力、物力。經(jīng)過多年實(shí)踐發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能確實(shí)有所提升。比如發(fā)動(dòng)機(jī)安全事故突發(fā)頻率在不斷下降，發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性越來越穩(wěn)定，整體工作部署更加完善。與此同時(shí)，氣門可變正時(shí)技術(shù)也被廣泛應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)性能改善中，且發(fā)出了顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。具體來說，氣門可變正時(shí)技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能的影響體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 能有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)水平

只有提高發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)水平，才能為設(shè)備運(yùn)行提供更強(qiáng)勁，且穩(wěn)定的動(dòng)力，從而有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的故障率。氣門可變正時(shí)技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)水平的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，應(yīng)用氣門可變正時(shí)技術(shù)可以進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的階段性測(cè)試，了解發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)。然后就可以進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整。比如現(xiàn)代汽車集團(tuán)在原有可變氣門控制技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)了首款連續(xù)可變氣門正時(shí)（CVVD）技術(shù)，并研發(fā)出了采用該技術(shù)的Smartstream G1.6T-GDi發(fā)動(dòng)機(jī)。從應(yīng)用效果來看，CVVD技術(shù)不僅優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)性能及燃油效率，而且還降低了排放量。最重要的是根據(jù)駕駛情況調(diào)節(jié)氣門開啟及關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間，可有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能及燃油效率，并有效降低了尾氣排放量。第二，可以優(yōu)化進(jìn)排氣氣門結(jié)構(gòu)，促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能的提升。自氣門可變正技術(shù)被提出以后，其研發(fā)工作從未停止，且取得了一系列的研究成果。比如摩托車的Cam-Phasing系統(tǒng)在凸輪軸普利盤部分設(shè)計(jì)了通過油壓來控制與改變的結(jié)構(gòu)，借此可變的設(shè)計(jì)使得凸輪軸與普利盤可以通過普利盤與凸輪軸相對(duì)位置的變化來改變氣門的工作。又如寶馬ShiftCam技術(shù)把氣門開啟時(shí)間與揚(yáng)程也一并納入可變的結(jié)構(gòu)條件。由此可見，運(yùn)用氣門可變正時(shí)技術(shù)可以有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)水平。

3.2 促進(jìn)氣門升程技術(shù)的研發(fā)

可以說，氣門可變正技時(shí)技術(shù)是順應(yīng)時(shí)代潮流發(fā)展的。但是科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展的，我們應(yīng)當(dāng)繼續(xù)創(chuàng)新氣門可變正時(shí)技術(shù)，從而進(jìn)一步推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)技術(shù)的發(fā)展。

氣門升程技術(shù)正是在氣門可變正時(shí)技術(shù)的推動(dòng)下有了更大的進(jìn)步。如發(fā)動(dòng)機(jī)在長時(shí)間的運(yùn)行過程中，氣門行程會(huì)變遠(yuǎn)。與此同時(shí)，進(jìn)氣截面積也會(huì)增大，其對(duì)進(jìn)氣產(chǎn)生的阻力就會(huì)下降，氣缸進(jìn)氣也會(huì)更加順暢。這種狀態(tài)是最適合發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行的。反之，如果發(fā)動(dòng)機(jī)處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，那么進(jìn)氣時(shí)的負(fù)壓不足，就會(huì)可能影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的低速運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)若能減少氣門，那么發(fā)動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的負(fù)壓就會(huì)得到滿足，燃油就會(huì)充分。從這方面來看，氣門升程技術(shù)就能得到提升。

3.3 可優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

在應(yīng)用氣門可變正時(shí)技術(shù)時(shí)，若想充分發(fā)揮出該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就采取有效的措施努力優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，使其能滿足氣門可變正時(shí)技術(shù)的應(yīng)用需求。比如本田研發(fā)的可變氣門正時(shí)與升程電子控制系統(tǒng)是世界上第一個(gè)對(duì)氣門開閉時(shí)間、升程性能同時(shí)進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)。這一控制系統(tǒng)不僅可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行氣門正時(shí)、升程進(jìn)行控制，而且還可以有效提升燃油率。

3.4 可進(jìn)行遠(yuǎn)程操控

在信息時(shí)代，融入氣門可變正時(shí)技術(shù)的思想、方法也應(yīng)當(dāng)?shù)靡詣?chuàng)新，盡可能地順應(yīng)時(shí)代潮流。比如加大氣門可變正時(shí)技術(shù)的智能化遠(yuǎn)程操作的研發(fā)，應(yīng)對(duì)智能化發(fā)展形勢(shì)。如豐田公司研發(fā)的智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)，就可據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，合理調(diào)整進(jìn)氣（排氣）的量，和氣門開合時(shí)間、角度，使進(jìn)入的空氣量達(dá)到最佳。另外，在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)不斷研發(fā)的背景下，技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)繼續(xù)深入研究與氣門可變正時(shí)技術(shù)對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程操控技術(shù)，以此提升發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能的提升。

綜上所述，氣門可變正時(shí)技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提升有著非常重要的促進(jìn)作用。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加大氣門可變正時(shí)技術(shù)的研究，創(chuàng)新其應(yīng)用方式、方法。尤其是要針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能問題，開展專項(xiàng)研究工作，從而有效提升氣門可變正時(shí)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

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