汽車知識(shí)課堂：什么是可變氣門升程、可變氣門正時(shí)？

發(fā)動(dòng)機(jī)就和我們的呼吸一樣，在不同的工況下我們要調(diào)整它的“呼吸”頻率。而可變氣門正時(shí)系統(tǒng)、可變氣門升程技術(shù)都是為此而服務(wù)的。

傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門升程是固定不可變的，也就是凸輪軸的凸輪型線只有一種，這就造成了該升程不可能使發(fā)動(dòng)機(jī)在高速區(qū)和低速區(qū)都得到良好響應(yīng)。傳統(tǒng)汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門升程——凸輪型線設(shè)計(jì)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在全工況下的平衡性選擇。其結(jié)果是發(fā)動(dòng)機(jī)既得不到最佳的高速效率，也得不到最佳的低速扭矩。但得到了全工況下最平衡的性能。簡(jiǎn)單的說，就是可以控制氣門開啟大小，從而控制進(jìn)排氣量。

我們知道所謂的可變氣門正時(shí)技術(shù)，其功能主要是改變發(fā)動(dòng)機(jī)氣門開啟和閉合的時(shí)間，以達(dá)到更合理的控制相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所需的空氣量，作用主要還是為了降低油耗，提高經(jīng)濟(jì)性。而發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)質(zhì)動(dòng)力表現(xiàn)卻是和單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入到汽缸內(nèi)的氧氣量有關(guān)，可變氣門正時(shí)系統(tǒng)無法有效改變這一點(diǎn)，因此它對(duì)動(dòng)力的提升幫助不大?？勺儦忾T升程正是利用控制氣門開啟大小，進(jìn)而控制進(jìn)氣量，滿足不同工況下對(duì)氧氣量的需求。改善發(fā)動(dòng)機(jī)高速功率和低速扭矩。

氣門正時(shí)是指發(fā)動(dòng)機(jī)氣門開啟的時(shí)間，而可變氣門正時(shí)可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)氣門開啟時(shí)間，是一種用于汽車活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中的技術(shù)。VVT技術(shù)可以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣排氣系統(tǒng)的重疊時(shí)間與正時(shí)（其中一部分或者全部），降低油耗并提升效率。那么VVT（可變氣門正時(shí)）技術(shù)是如何工作的呢？它又是怎樣達(dá)到提升效率、節(jié)約燃油的效果呢？

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處在高轉(zhuǎn)速區(qū)間時(shí)，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作沖程僅需千分之幾秒，這么短的時(shí)間往往會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣不足和排氣不凈，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。因此，就需要通過氣門的早開和晚關(guān)，來彌補(bǔ)進(jìn)氣不足和排氣不凈的缺憾。這種情況下，必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)進(jìn)氣門和排氣門同時(shí)開啟的時(shí)刻，配氣相位上稱為“氣門重疊角”。

氣門重疊的角度往往對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能產(chǎn)生較大的影響，那么這個(gè)角度多大為宜呢？我們知道，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，每個(gè)氣缸一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)留給吸氣和排氣的絕對(duì)時(shí)間也越短，因此要達(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。顯然，當(dāng)轉(zhuǎn)速越高時(shí)，要求的氣門重疊角度越大。但在低轉(zhuǎn)速工況下，過大的氣門重疊角則會(huì)使得廢氣過多的瀉入進(jìn)氣端，吸氣量反而會(huì)下降，氣缸內(nèi)氣流也會(huì)紊亂，此時(shí)ECU也會(huì)難以對(duì)空燃比進(jìn)行精確的控制，從而導(dǎo)致怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機(jī)構(gòu)只對(duì)低轉(zhuǎn)速工況進(jìn)行優(yōu)化，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的就無法在高轉(zhuǎn)速下達(dá)到較高的峰值功率。所以為了解決這個(gè)問題，就要求配氣相位可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和工況的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，高低轉(zhuǎn)速下都能獲得理想的進(jìn)、排氣效率，這就是可變氣門正時(shí)技術(shù)開發(fā)的初衷。

雖然可變氣門正時(shí)技術(shù)在各個(gè)廠商的稱謂略有不同，但是實(shí)現(xiàn)的方式卻大同小異。以豐田的VVT-i技術(shù)為例，其工作原理為：該系統(tǒng)由ECU協(xié)調(diào)控制，發(fā)動(dòng)機(jī)各部位的傳感器實(shí)時(shí)向ECU報(bào)告運(yùn)轉(zhuǎn)情況。由于在ECU中儲(chǔ)存有氣門最佳正時(shí)參數(shù)，所以ECU會(huì)隨時(shí)對(duì)正時(shí)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而改變氣門的開啟和關(guān)閉時(shí)間，或提前、或滯后、或保持不變。簡(jiǎn)單的說，VVT系統(tǒng)就是通過在凸輪軸的傳動(dòng)端加裝一套液力機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)凸輪軸在一定范圍內(nèi)的角度調(diào)節(jié)，也就相當(dāng)于對(duì)氣門的開啟和關(guān)閉時(shí)刻進(jìn)行了調(diào)整。

目前，可變氣門正時(shí)技術(shù)幾乎已成為當(dāng)今發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，為了進(jìn)一步挖掘傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的潛力，工程人員又在此基礎(chǔ)上研發(fā)出可變氣門升程技術(shù)，即可以控制氣門開啟角度。當(dāng)二者有效的結(jié)合起來時(shí)，則為發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況和轉(zhuǎn)速下提供了更高的進(jìn)、排氣效率。進(jìn)一步提升動(dòng)力和降低油耗。

可變氣門正時(shí)和升程技術(shù)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的“呼吸”更為順暢自然。發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門通常由凸輪軸帶動(dòng)，對(duì)于沒有可變氣門正時(shí)技術(shù)的普通發(fā)動(dòng)機(jī)而言，進(jìn)、排氣們開閉的時(shí)間都是固定的，但是這種固定不變的氣門正時(shí)卻很難顧及到發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和工況時(shí)的需要。前面說過發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣的過程猶如人體的呼吸，不過固定不變的“呼吸”節(jié)奏卻阻礙了發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提升。

如果你參加過長(zhǎng)跑比賽，就能深刻體會(huì)到呼吸節(jié)奏的把握對(duì)體能發(fā)揮的重要性——太急促或刻意的屏息都可能增加疲勞感，使奔跑欲望降低。所以，我們?cè)陂L(zhǎng)跑比賽時(shí)往往需要不斷按照奔跑步伐來調(diào)整呼吸頻率，以便時(shí)刻為身體提供充足的氧氣。對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)而言，這個(gè)道理同樣適用?？勺儦忾T正時(shí)和升程技術(shù)就是為了讓發(fā)動(dòng)機(jī)在各種負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下自由調(diào)整“呼吸”，從而提升動(dòng)力表現(xiàn)，提高燃燒效率。

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