可变气门正时技术

可变气门正时技术 在细说发动机可变气门正时技术之前 我们得明白引擎配气机构的基本原理 现代引 擎多采用 DOHC 双顶置式凸轮轴 的缸盖设计 两根凸轮轴被设置在发动机顶部 通过齿 形带轮或链条从曲轴端取力 并以 2 1 的速度驱动凸轮轴 此时凸轮轴商凸轮的旋转推动 气门进行上下往复运动 从而控制气门的开启和闭合 而我们今天要关注的 其实就是气 门开合的问题 上图 引擎配气机构图 为什么要 可变气门行程 活塞式四冲程发动机都由进气 压缩 做功 排气 4 个冲程完成 这是了解汽车的人 都知道的 但我们关注的是气门开启程度对发动机进气的问题 气缸进气的基本原理是 负压 也就是气缸内外的气体压强差 在发动机低速运转时 气门的开启程度切不可过 大 这样容易造成气缸内外压力均衡 负压减小 从而进气不够充分 对于气门的工作而 言 这个 小程度开启 需要短行程的方式加以控制 而高速恰恰相反 转速动辄 5000rpm 倘若气门依然羞羞答答不肯打开 发动机的进气必然受阻 所以 我们需要长行 程的气门升程 往往 工程师们既要兼顾引擎在低速区的扭矩特性 有想榨取高速区的功 率特性 只能采取一条 折中 的思路 到头来发动机高速没功率 低速缺扭矩 所以在这样的情况下 就需要一种对气门升程进行调节的装置 也就是我们今天要说 的 可变气门正时技术 该技术既能保证低速高扭矩 又能获得高速高功率 对引擎而 言是一个极大的突破 80 年代 诸多企业开始投入了可变气门正时的研究 1989 年本田首次发布了 可变气 门配气相位和气门升程电子控制系统 英文全称 Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System 也就是我们常见的 VTEC 此后 各家企业不断发展该 技术 到今天已经非常成熟 丰田也开发了 VVT i 保时捷开发了 Variocam 现代开发了 DVVT 几乎每家企业都有了自己的可变气门正时技术 一系列可变气门技术虽然商品名 各异 但其设计思想却极为相似 可变气门正时技术之一 保时捷 Variocam 上图 保时捷 911 跑车引擎采用的可变气门正时技术 Variocam 通过气门我们可以发现其两个位置 图中每个进气门分别有 2 种最大行程 绿色位置 显然是高速时气门能够达到的最大行程 控制气门行程变化的 是两组凸轮控制 一组是 高速凸轮 既红色部分的凸轮 另一组是低速凸轮 既高速凸轮之间的凸轮 当发动机在低转速工况时 气门座顶端的黄色的控制活塞落在气门座内 这样高速凸 轮只能驱动气门座向下行程而不能带动整个气门动作 整个气门由低速凸轮驱动气门顶向 下行程 这样获得的气门开度就较小 反之当发动机在高转速工况时 控制活塞在液压的 驱动下从气门座推入到气门顶中 把气门座和气门刚性的连接 高速凸轮驱动气门座时就 能带动气门向下行程获得较大的气门开度 可变气门正时技术之二 本田 VTEC 上图 本田奥德赛 MPV 引擎采用的可变气门正时技术 VETC 与保时捷 Variocam 略有相同 本田的 VTEC 原理接近 而控制方式不同 凸轮轴上依然布置有高速凸轮与低速凸轮 但由于本田发动机的气门由摇臂驱动 所 以不能像保时捷一样紧凑 控制高低速凸轮切换的是一组结构复杂的摇臂 通过传感器测 出发动机转速 传送到 ECU 进行控制 并由 ECU 发出指令控制摇臂 简单地说 就是这套摇臂能够根据转速不同自动选取 1 进 1 排的 2 气门工作或者 2 进 2 排的 4 气门工作 从而让发动机在高低速工况下都能顺畅自如 通常 转速低于 3500rpm 时 各有一支进气 排气凸轮工作 此时发动机近似为一台 2 气门发动机 这样的好处是 能够增加负压 利于进气 转速超过 3500rpm 时 液压系 伺服系统接到发动机中央控制器 ECU 指令 对摇臂内机油加压 压力机油推动定时柱塞移 动 使得同步柱塞将高速摇臂与主副摇臂刚性连接 此时低速凸轮虽然转动 但处于空转 状态 并不参与工