汽車發動機的可變氣門技術探討

摘要：汽車發動機可變氣門技術是當今汽車發動機普遍配置的設備系統。該系統可以對發動機凸輪的相位或者氣門的升程進行有效的調節，從而使汽車發動機的配氣過程得到優化。因為汽車發動機在高轉速和低轉速狀態下，氣門的正時角對發動機的經濟性以及動力有所影響，從而提高進氣量以及掃氣效率，如今的汽車發動機普遍應用這項技術。

關鍵詞：汽車發動機；可變氣門技術；氣門正時技術；氣門升程技術；配氣過程 文獻標識碼：A

中圖分類號：U472 文章編號：1009-2374（2016）02-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.039

在汽車發動機的運行過程中，如果發動機在運行過程中，隨著發動機氣門數量的增多和發動機轉速的提高，氣門正時和氣門升程不能隨之改變，那么當汽車發動機處于轉速過低、轉速過高或者功率輸出的狀況下，就很難保證燃油的消耗問題。如果汽車發動機使用的是單個氣門，在對燃油供給方進行控制時，對這個問題解決起來就會很難。但是如果換一種方式，如使用“可變性能”對其進行“綜合處理”，那么這樣的問題就很容易被解決。

1 氣門正時技術

氣門正時也就是汽車發動機在運轉過程中氣門打開的時間。其功能是活塞運動到一定位置時，對氣門的開啟和關閉時間進行控制。一般情況下，發動機進氣門的活塞運動程序應當從下向上，當氣門開始排氣時，氣門打開；當活塞到達氣門的上止點時，一個排氣運動周期完成，氣門關閉。這個過程中，因為運動的空氣存在慣性，因此需要一定的時間進行反應。進行排氣的過程中，為了讓更多的空氣進入氣缸，更多的廢氣排出氣缸，就要在活塞到達之前打開，并且在活塞運動到下止點之下關閉；發動機的排氣門運用同樣的原理，排氣門應該在活塞開始向下運動之前打開，在活塞運動到下止點之后再關閉。在活塞運動的過程中，排氣門和進氣門可能會在一定的時間范圍內同時打開，這叫做氣門疊加，在氣門疊加現象產生時，曲軸會產生一定角度的轉動，這個角度是氣門疊加角，圖1是汽車發動機氣門配氣相關結構圖。

發動機的轉速處于不同狀態時，對于氣門疊加角的要求也有所不同，在發動機低轉速時，其氣門疊加角就越小，發送機轉速高，所產生的氣門疊加角就會越大。如汽車發動機沒有運用氣門正時技術，這兩個要求就很難同時得到滿足，傳統的汽車發動機工作原理主要是：當汽車發動機處于低速轉動狀態時，其中凸輪的轉速也非常慢，因此氣門的進氣速度也隨之減慢，當氣門打開時，需要的時間較長，但是氣門的開度很小。如果汽車行駛的速度達到120km/h時，發動機的轉速一般為3000～4000rpm，有可能會達到更高水平，此時汽車發動機氣門的開啟和關閉速度加快，氣缸空氣進入的速度開始加快，在這一運動過程中，雖然其進氣量很大，但是發動機氣門的開啟時間非常短，這會在一定程度上降低氧氣含量，導致燃油燃燒所需氧氣不足，從而使燃油燃燒不夠充分。因此可以在這樣的發動機上引入可變氣門技術，這一技術可以有效解決以上提到的問題，從而大大改善發動機的燃油效率。在運行過程中，對凸輪進行改造，并且對相關的傳感信號進行充分收集，汽車發動機如果處于轉速非常低的情況下，這時發動機中正時技術就可以對其進行很好的控制；當汽車發動機處于高速運轉狀態時，可以對氣門的開度進行較為科學的調整。

2 氣門升程技術

氣門升程技術指的是對氣門開啟的開度大小進行控制的技術。當發動機在運行過程中，氣門行程較遠的情況下，所進氣截面的面積就會隨之增大，因此對進氣產生的阻力會降低，從而使得氣缸的進氣更加通暢，這樣的運行狀態比較適合汽車在高速行駛的狀態下。如果在汽車行駛速度較慢的情況下，就會導致進氣時達不到要求的負壓，從而導致汽車處于低速形式的狀態下時，產生運轉無力或者不夠平穩的現象。如果氣門很小，汽車發動機在慢速運轉過程中，所需的負壓會得到滿足，保證氧氣的充足和燃油的充分燃燒。然而當汽車處于高速行駛的狀況下時，空氣的流速就會加快，氣阻也會增大，這些情況的出現就會導致氣門在進氣和排氣的過程不夠暢通。在汽車發動機中運用可變氣門技術，就可以對這兩方面的問題進行權衡。氣門正時技術只能夠對汽車發送機中氣門開啟的時間進行控制，對于氣門開啟的開度無法控制。因此要在汽車發動機中運用可變氣門的升程技術，這樣才能進一步提高汽燃油的燃耗效率，提高汽車經濟性能。

3 典型的可變氣門升程技術控制為主的發動機技術

3.1 本田汽車中的“VTEC”系統應用

“VTEC”可以同時對發動機氣門開度和氣門開啟時間進行控制的系統，對“VTEC”進行控制的系統主要是“ECU”，它通過發動機中各個傳感器，其中包括氣缸進氣壓力傳感器、發動機轉速傳感器、車輛行駛速度傳感器、水溫傳感器等，根據其產生的信號，進行相應指令的發送，同時可以控制凸輪在特定的范圍內運轉，以此對氣門的開閉時間和開閉開度進行合理控制。一般的汽車發動機中，每個汽缸只配備一個凸輪對其進行驅動，但是本田汽車中VTEC系統發動機內含有兩個凸輪對其進行驅動，即中低速、高度運轉兩個組合，通過對電子系統的運用，使其自行進行操縱，從而達成自動轉換目標。本田汽車發動機中利用的VTEC系統，可以同時對發動機的低速運轉和高速運轉中氣門的開閉進行時間和開度的控制，這樣就能同時達成汽車的動力性和經濟性。

本田“VTEC”與其他汽車發動機不同的地方主要是凸輪和搖臂的數目和控制方法。其是世界上第一個能夠對氣門的開閉時間以及升程兩個性能同時控制的氣門控制系統。其系統通過計算機對氣門的正時和升程進行控制，可以在很大程度上提高汽車燃油效率，本田公司幾乎在所有車檔中均運用了“VTEC”系統。

3.2 豐田汽車VVT-i智能可變氣門系統

VVT-i系統是豐田汽車中發動機可變氣門系統，當前這項技術已經在豐田汽車中普遍使用。VVT-i系統可以對發動機氣門運動進行連續的正時調節，但是對氣門的開度大小不能控制。這項技術的工作原理主要是：當汽車的運行速度由低到高運行時，“ECU”就會向凸輪控制下小渦輪內擠壓機油，從而使小渦輪進行運轉，其運轉是相對凸輪進行的，這樣就使得凸輪在60。范圍內前后旋轉，這樣就會對氣門的開啟和閉合時間有所控制，從而實現氣門的連續這時目標。這項技術的最大特點是，可以根據汽車發動機所處狀態對凸輪進行合理控制，對凸輪軸的轉角進行合理的調整，從而優化配氣時機，保證對燃油的配氣達到最佳狀態，以此來幫助燃油充分燃燒，并且提高汽車扭矩，提升汽車的各項性能。

4 結語

在汽車發動機可變氣門技術中，升程系統主要控制氣門的開度，而正時系統是控制氣門開閉的時間。它們均決定了發動機進氣量的大小，同屬于汽車發送機可變氣門控制系統。如今可變氣門技術發展得越來越快，這項技術在汽車發動機中的使用可以說是汽車領域發展的一個里程碑，可以看出未來的汽車技術將向著越來越先進的方向發展。

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基金項目：安徽省2013年高等學校省級質量工程專業綜合改革試點，汽車技術服務與營銷（2013zy175）；安徽省2013年高等學校省級質量工程精品資源共享課程，發動機系統檢修（2013gxk116）。

作者簡介：賈慧利（1981-），女，蕪湖職業技術學院講師，碩士，研究方向：車輛工程。

（責任編輯：秦遜玉）