可變氣門(mén)升程技術(shù)教學(xué)探討

李銘

摘要：本文介紹了氣門(mén)升程系統(tǒng)和可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)，不斷改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位以及進(jìn)排氣系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際性能不斷提高。要達(dá)到更高的充氣效率，就需要延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣和排氣時(shí)間。發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)都會(huì)選擇一個(gè)折衷的方案，不可能在兩種截然不同的工況下都達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)可變氣門(mén)正時(shí)；故障；維修

中圖分類(lèi)號(hào)：G718 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-1578（2017）04-0184-01

傳統(tǒng)的VVT技術(shù)通過(guò)合理的分配氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間確實(shí)可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和燃油經(jīng)濟(jì)性，但是這項(xiàng)技術(shù)也有局限性和自身的瓶頸。發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)的動(dòng)力表現(xiàn)是取決于單位時(shí)間內(nèi)氣缸的進(jìn)氣量。前面說(shuō)過(guò)，氣門(mén)正時(shí)代表了氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間，而氣門(mén)升程則代表了氣門(mén)開(kāi)啟的大小。從原理上看，可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)也是通過(guò)改變進(jìn)氣量來(lái)改善動(dòng)力表現(xiàn)的，但是氣門(mén)正時(shí)只能提前或者推遲氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間，并不能有效改善氣缸內(nèi)單位時(shí)間的進(jìn)氣量，因此對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的幫助是有限的。如果氣門(mén)升程大小也可以針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的工況和轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的話(huà)，那么就能提升發(fā)動(dòng)機(jī)在各種情況下的動(dòng)力性能。

1.可變氣門(mén)升程技術(shù)的作用

可變氣門(mén)升程技術(shù)可以在發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下匹配合適的氣門(mén)升程，使得低轉(zhuǎn)速下扭矩充沛，而高轉(zhuǎn)速時(shí)馬力強(qiáng)勁。低轉(zhuǎn)速時(shí)系統(tǒng)使用較小的氣門(mén)升程，這樣有利于增加缸內(nèi)紊流提高燃燒速度，增加發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭矩，而高轉(zhuǎn)速時(shí)使用較大的氣門(mén)升程則可以顯著提高進(jìn)氣量，進(jìn)而提升高轉(zhuǎn)速時(shí)的功率輸出。

2.可變氣門(mén)升程技術(shù)的應(yīng)用

（1）本田I-VTEC。本田是最早將氣門(mén)升程技術(shù)應(yīng)用到車(chē)載發(fā)動(dòng)機(jī)的廠(chǎng)商，本田的可變氣門(mén)升程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理并不復(fù)雜，工程師利用第三根搖臂和第三個(gè)凸輪即實(shí)現(xiàn)了看似復(fù)雜的氣門(mén)升程變化。

VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸都有與普通氣門(mén)一樣動(dòng)作的4個(gè)氣門(mén)（1個(gè)主進(jìn)氣門(mén)，1個(gè)副進(jìn)氣門(mén)，2個(gè)排氣門(mén)），凸輪軸除原有控制2個(gè)氣門(mén)的一對(duì)凸輪外，還增設(shè)了1個(gè)高位凸輪，3個(gè)凸輪的輪廓各不相同，中凸輪按雙進(jìn)、雙排氣門(mén)最佳工況設(shè)計(jì)，升程最大；主凸輪按單進(jìn)、雙排氣門(mén)開(kāi)閉，低速工況設(shè)計(jì)，升程小于中間凸輪；次凸輪按怠速工況設(shè)計(jì)，升程最小，稍高于基圓，由次搖臂控制。氣門(mén)搖臂也分成并列排在一起的主搖臂、中間搖臂和輔助搖臂。主搖臂內(nèi)有一油道與搖臂軸油道相通主搖臂腔內(nèi)有一正時(shí)活塞，輔助搖臂腔內(nèi)有同步活塞A和B，由油壓控制。在正時(shí)活塞和同步活塞之間有一正時(shí)彈簧，主搖臂上設(shè)有一個(gè)正時(shí)板。VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)主要由電控單元ECM、VTEC電磁閥總成和壓力開(kāi)關(guān)等組成。

在中、低轉(zhuǎn)速時(shí)，三根搖臂處于分離狀態(tài)，普通凸輪推動(dòng)主搖臂和副搖臂來(lái)控制兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)閉，氣門(mén)升量較小。此時(shí)雖然中間凸輪也推動(dòng)中間搖臂，但由于搖臂之間是分離的，所以?xún)蛇叺膿u臂不受它控制，也不會(huì)影響氣門(mén)的開(kāi)閉狀態(tài)。

I-VTEC的設(shè)計(jì)就像采用了兩根不同的凸輪軸，一根用于中低轉(zhuǎn)速，一根用于中高轉(zhuǎn)速，但是VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)的不同之處就在于將這樣兩種不同的凸輪軸設(shè)計(jì)在了一根凸輪軸上。本田發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣凸輪軸中，除了原有控制兩個(gè)氣門(mén)的一對(duì)凸輪（主凸輪和次凸輪）和一對(duì)搖臂（主搖臂和次搖臂）外，還增加了一個(gè)較高的中間凸輪和相應(yīng)的搖臂（中間搖臂），三根搖臂內(nèi)部裝有由液壓控制移動(dòng)的小活塞。發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，小活塞在原位置上，三根搖臂分離，主凸輪和次凸輪分別推動(dòng)主搖臂和次搖臂，控制兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)閉，氣門(mén)升量較少。雖然中間凸輪也推動(dòng)中間搖臂，但由于搖臂之間已分離，其他兩根搖臂不受它的控制，所以不會(huì)影響氣門(mén)的開(kāi)閉狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到某一個(gè)設(shè)定的高轉(zhuǎn)速時(shí)，電腦即會(huì)指令電磁閥啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，推動(dòng)搖臂內(nèi)的小活塞，使三根搖臂鎖成一體，一起由中間凸輪驅(qū)動(dòng)，由于中間凸輪比其他凸輪都高，升程大，所以進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間延長(zhǎng)，升程也增大了。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到某一個(gè)設(shè)定的低轉(zhuǎn)速時(shí)，搖臂內(nèi)的液壓也隨之降低，活塞在回位彈簧作用下退回原位，三根搖臂分開(kāi)。

整個(gè)VTEC系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（ECU）控制，ECU接收發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器（包括轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、車(chē)速和水溫等）的參數(shù)并進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)電磁闊調(diào)節(jié)搖臂活塞液壓系統(tǒng)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制，影響進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)度和時(shí)間。

（2）奧迪AVS。奧迪的AVS可變氣門(mén)升程系統(tǒng)在設(shè)計(jì)理念上與本田的I-VTEC有著異曲同工之妙，只是在實(shí)施手段上略有不同。這套系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)氣門(mén)設(shè)計(jì)了兩組不同角度的凸輪，同時(shí)在凸輪軸上安裝有螺旋溝槽套筒，如圖2-5所示。螺旋溝槽套筒由電磁驅(qū)動(dòng)器加以控制，用以切換兩組不同的凸輪，從而改變進(jìn)氣門(mén)的升程。

發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)載的情況下，AVS系統(tǒng)將螺旋溝槽套筒向右推動(dòng)，使角度較大的凸輪得以推動(dòng)氣門(mén)程可達(dá)到11毫米，以提供燃燒室最佳的進(jìn)氣流量和進(jìn)氣流速，實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)勁的動(dòng)力輸出。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)載的情況下，為了追求發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)油性能，此時(shí)AVS系統(tǒng)則將凸輪推至左側(cè)，以較小的凸輪推動(dòng)氣門(mén)。

奧迪AVS可變氣門(mén)升程系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)700至4000轉(zhuǎn)之間工作，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于中間轉(zhuǎn)速區(qū)域進(jìn)行定速巡航時(shí)，AVS系統(tǒng)可以為車(chē)輛提供很好的節(jié)油效果。

相比兩段式的氣門(mén)升程系統(tǒng)，氣門(mén)升程無(wú)級(jí)可調(diào)技術(shù)則更為先進(jìn)，其最大優(yōu)勢(shì)就是可以利用氣門(mén)升程來(lái)控制進(jìn)氣量，這樣節(jié)氣門(mén)的作用就被弱化，大大降低了泵氣損失，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣遲滯的現(xiàn)象也會(huì)減輕，直接提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度。由于進(jìn)氣不存在遲滯，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)和配氣正時(shí)的配合也更為精確，最終發(fā)動(dòng)機(jī)的效率得到提升。

參考文獻(xiàn)：

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