變配氣正時技術(shù)

  變配氣正時技術(shù)
    在今天大多數(shù)轎車上我們經(jīng)常可以看見VVT-i, VTEC, VVL, VVTL-i等標(biāo)號，這些標(biāo)號的含義代表了汽車先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的一個里程碑——可變配氣定時技術(shù)。
    可變配氣技術(shù)，從大類上分，包括可變氣門正時和可變氣門行程兩大類，有些發(fā)動機(jī)只匹配可變氣門正時，如豐田的VVT-i發(fā)動機(jī)；有些發(fā)動機(jī)只匹配了可變氣門行程，如本田的VTEC；有些發(fā)動機(jī)既匹配的可變氣門正時又匹配的可變氣門行程，如豐田的VVTL-i，本田的i-VTEC。
    首先談一下普通發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，大家都知道氣門是由發(fā)動機(jī)的曲軸通過凸輪軸帶動的，氣門的配氣正時取決于凸輪軸的轉(zhuǎn)角。在發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的時候，我們需要讓更多的新鮮空氣進(jìn)入到燃燒室，讓廢氣能盡可能的排出燃燒室，最好的解決方法就是讓進(jìn)氣門提前打開，讓排氣門推遲關(guān)閉。這樣，在進(jìn)氣行程和排氣行程之間，就會發(fā)生進(jìn)氣門和排氣門同時打開的情況，這種進(jìn)排氣門之間的重疊被稱為氣門疊加角。在普通的發(fā)動機(jī)上，進(jìn)氣門和排氣門的開閉時間是固定不變的，氣門疊加角也是固定不變的，是根據(jù)試驗而取得的最佳配氣定時，在發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)過程中是不能改變的。然而發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的高低對進(jìn)，排氣流動以及氣缸內(nèi)燃燒過程是有影響的。轉(zhuǎn)速高時，進(jìn)氣氣流流速高，慣性能量大，所以希望進(jìn)氣門早些打開，晚些關(guān)閉，使新鮮氣體順利充入氣缸，盡量多一些混合氣或空氣。反之在在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時，進(jìn)氣流速低，流動慣性能量也小，如果進(jìn)氣門過早開啟，由于此時活塞正上行排氣，很容易把新鮮空氣擠出氣缸，使進(jìn)氣反而少了，發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)定。因此，沒有任何一種固定的氣門疊加角設(shè)置能讓發(fā)動機(jī)在高低轉(zhuǎn)速時都能完美輸出的，如果沒有可變氣門正時技術(shù)，發(fā)動機(jī)只能根據(jù)其匹配車型的需求，選擇最優(yōu)化的固定的氣門疊加角。例如，賽車的發(fā)動機(jī)一般都采用較小的氣門疊加角，以有利于高轉(zhuǎn)速時候的動力輸出。而普通的民用車則采用適中的氣門疊加角，同時兼顧高速和低速是的動力輸出，但在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速時會損失很多動力。而可變氣門正時技術(shù)，就是通過技術(shù)手段，實現(xiàn)氣門疊加角的可變來解決這一矛盾。
    如90年代初，日本本田公司推出一種即可改變配氣定時，又能改變氣門運動規(guī)律的可變配氣定時—升程的控制機(jī)構(gòu)，是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程等兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。就是現(xiàn)在大家耳熟能詳?shù)腣TEC機(jī)構(gòu)：一般發(fā)動機(jī)每缸氣門組只由一組凸輪驅(qū)動，而VTEC系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)卻有中低速用和高速用兩組不同的氣門驅(qū)動凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的自動操縱，進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換。采用VTEC系統(tǒng)，保證了發(fā)動機(jī)中低速與高速不同的配氣相位及進(jìn)氣量的要求，使發(fā)動機(jī)無論在何速率運轉(zhuǎn)都達(dá)到動力性、經(jīng)濟(jì)性與低排放的統(tǒng)一和極佳狀態(tài)。需要說明的是，發(fā)動機(jī)采用可變配氣定時技術(shù)獲得上述好處的同時，沒有任何負(fù)面影響，換句話說，就是沒有對于發(fā)動機(jī)的工作強度提出更高的要求。
    VTEC的設(shè)計就好像采用了兩根不同的凸輪軸似的，一根用于低轉(zhuǎn)速，一根用于高轉(zhuǎn)速，但是VTEC發(fā)動機(jī)的不同之處就在于將這樣兩種不同的凸輪軸設(shè)計在了一根凸輪軸上。
    本田發(fā)動機(jī)進(jìn)氣凸輪軸中，除了原有控制兩個氣門的一對凸輪（主凸輪和次凸輪）和一對搖臂（主搖臂和次搖臂）外，還增加了一個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的小活塞。 　　發(fā)動機(jī)低速時，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主搖臂和次搖臂，控制兩個進(jìn)氣門的開閉，氣門升量較少，情形好像普通的發(fā)動機(jī)。雖然中間凸輪也推動中間搖臂，但由于搖臂之間已分離，其它兩根搖臂不受它的控制，所以不會影響氣門的開閉狀態(tài)。發(fā)動機(jī)達(dá)到某一個設(shè)定的高轉(zhuǎn)速時，電腦即會指令電磁閥啟動液壓系統(tǒng)，推動搖臂內(nèi)的小活塞，使三根搖臂鎖成一體，一起由中間凸輪c驅(qū)動，由于中間凸輪比其它凸輪都高，升程大，所以進(jìn)氣門開啟時間延長，升程也增大了。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低到某一個設(shè)定的低轉(zhuǎn)速時，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。 　　整個VTEC系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)電子控制單元（ECU）控制，ECU接收發(fā)動機(jī)傳感器（包括轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、車速、水溫等）的參數(shù)并進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的控制信號，通過電磁閥調(diào)節(jié)搖臂活塞液壓系統(tǒng)，從而使發(fā)動機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制，影響進(jìn)氣門的開度和時間。 　　本田的VTEC發(fā)動機(jī)技術(shù)已經(jīng)推出了十年左右了，事實也證明這種設(shè)計是可靠的。它可以提高發(fā)動機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下的性能，無論是低速下的燃油經(jīng)濟(jì)性和運轉(zhuǎn)平順性還是高速下的加速性。可以說，在電子控制閥門機(jī)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的凸輪機(jī)構(gòu)之前，本田的VTEC技術(shù)在目前可以說是一種很好的方法.使汽車技術(shù)的高科技含量增大，是汽車飛速發(fā)展的又一里程碑。