什麼是可變氣門正時系統?

1.可變氣門正時系統

汽車發動機氣門正時的機構和技術,也叫連續可變氣門正時系統。

可變氣門正時系統。當今高性能發動機普遍配備該系統。該系統通過配備的控制及執行系統,對發動機凸輪的相位或者氣門生程進行調節,從而達到優化發動機配氣過程的目的。

因為高轉速下與低轉速下,氣門的正時角對發動機經濟性和動力的影響是明顯的,高轉速下可以充分利用進氣慣性而提就進氣量和掃氣效率,所以氣門早開晚閉,低轉速反之,現在的發動機大多有這個技術。

活塞式四沖程引擎都由進氣、壓縮、做功、排氣4個沖程完成,我們關註的是氣門開啟程度對引擎進氣的問題。氣缸進氣的基本原理是ldquo;負壓rdquo;,也就是氣缸內外的氣體壓強差。在引擎低速運轉時,氣門的開啟程度切不可過大,這樣容易造成氣缸內外壓力均衡,負壓減小,從而進氣不夠充分,對於氣門的工作而言,這個ldquo;小程度開啟rdquo;需要短行程的方式加以控制;而高速恰恰相反,轉速動輒5000rpm,倘若氣門依然羞羞答答不肯打開,引擎的進氣必然受阻,所以,我們需要長行程的氣門升程。往往,工程師們既要兼顧引擎在低速區的扭矩特性,又想榨取高速區的功率特性,隻能采取一條ldquo;折中rdquo;的思路,到頭來引擎高速沒功率,低速缺扭矩hellip;hellip;

所以在這樣的情況下,就需要一種對氣門升程進行調節的裝置,也就是我們要說的ldquo;可變氣門正時技術rdquo;。該技術既能保證低速高扭矩,又能獲得高速高功率,對引擎而言是一個極大的突破。
80年代,諸多企業開始投入瞭可變氣門正時的研究,1989年本田首次發佈瞭ldquo;可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統rdquo;,英文全稱ldquo;Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System,也就是我們常見的VTEC。此後,各傢企業不斷發展該技術,到今天已經非常成熟,豐田也開發瞭VVT-i,保時捷開發瞭Variocam,現代開發瞭DVVThellip;hellip;幾乎每傢企業都有瞭自己的可變氣門正時技術。一系列可變氣門技術雖然商品名各異,但其設計思想卻極為相似。

可變氣門 – 分類介紹

保時捷Variocam

保時捷911跑車引擎采用的可變氣門正時技術Variocam通過氣門我們可以發現其有兩個位置,每個進氣門分別有2種最大行程。控制氣門行程變化的,是兩組凸輪控制,一組是高速凸輪,既紅色部分的凸輪;另一組是低速凸輪,既高速凸輪之間的凸輪。

當引擎在低轉速工況時,氣門座頂端的黃色的控制活塞落在氣門座內。這樣高速凸輪隻能驅動氣門座向下行程而不能帶動整個氣門動作,整個氣門由低速凸輪驅動氣門頂向下行程,這樣獲得的氣門開度就較小。反之當發動機在高轉速工況時,控制活塞在液壓的驅動下從氣門座推入到氣門頂中,把氣門座和氣門剛性的連接,高速凸輪驅動氣門座時就能帶動氣門向下行程獲得較大的氣門開度。

本田VTEC

與保時捷Variocam略有相同,本田的VTEC原理接近,而控制方式不同。凸輪軸上依然佈置有高速凸輪與低速凸輪,但由於本田引擎的氣門由搖臂驅動,所以不能像保時捷一樣緊湊。控制高低速凸輪切換的是一組結構復雜的搖臂,通過傳感器測出引擎轉速,傳送到ECU進行控制,並由ECU發出指令控制搖臂。

簡單地說,就是這套搖臂能夠根據轉速不同自動選取1進1排的2氣門工作或者2進2排的4氣門工作,從而讓發動機在高低速工況下都能順暢自如。

通常,轉速低於3500rpm時,各有一支進氣、排氣凸輪工作,此時發動機近似為一臺2氣門發動機,這樣的好處是,能夠增加負壓,利於進氣;轉速超過3500rpm時,液壓系伺服系統接到發動機中央控制器ECU指令,對搖臂內機油加壓,壓力機油推動定時柱塞移動,使得同步柱塞將高速搖臂與主副搖臂剛性連接,此時低速凸輪雖然轉動,但處於空轉狀態,並不參與工作,從而4支活塞共同工作,以適應高速運轉。

寶馬Valvetronic

與保時捷Variocam、本田VTEC相同的技術還有很多,例如豐田VVT-i,通用ECOtec系列引擎的VVT等等,這些技術能夠改變氣門升程,但是局限性在於,這些技術都隻有ldquo;兩段式rdquo;可調,在氣門行程進行變化的一刻會感覺到頓挫感。由此,寶馬對氣門行程的調節煞費苦心,開發瞭一套可以連續可變的氣門正時技術,目前號稱最具科技含量的氣門正時技術。

與眾不同的是,寶馬采用的是電機驅動的方式,電機的周相運動通過蝸桿傳動齒輪,準變為搖臂的控制角度變化,然後在凸輪軸的驅動下由搖臂帶動氣門運動。通過改變搖臂的角度即可改變氣門的行程。由於采用瞭電機控制,在ECU指令下電機能夠ldquo;無極rdquo;變化角度,使得氣門升程的改變並不影響引擎工作,沒有頓挫感,也更能有針對性地對每個轉速范圍進行細致的配氣分析。

雷諾日產CVTC

雷諾、日產合並之後,多項技術都在集團內部進行共用。其中就包括日產潛心研究的CVTC連續可變氣門正時系統。其原理與本田VTEC接近,也是采用液壓作用改變凸輪軸同步齒形帶輪與凸輪軸末端的夾角,從而改變配氣正時角。

在凸輪軸與正時齒輪之間有高壓油區和低壓油區。隻要調節兩個油區之間的壓力差,就能改變配氣正時角瞭。兩個油區的油壓通過油壓控制閥調節的。當高壓油路(紅色的通道)接通時,整個油室處於加壓狀態,凸輪軸順時針偏轉一定角度,配氣正時被推遲,重疊角增大,適用於低轉速;當電磁閥控制黃色區域壓力高於紅色區域壓力時,凸輪軸逆時針偏轉一定角度,配氣正時被提前,這樣重疊角減小,適用於高轉速。

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