變配氣正時技術

  變配氣正時技術
    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等標號，這些標號的含義代表了汽車先進技術發(fā)展的一個里程碑——可變配氣定時技術。
    可變配氣技術，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)動機只匹配可變氣門正時，如豐田的VVT-i發(fā)動機；有些發(fā)動機只匹配了可變氣門行程，如本田的VTEC；有些發(fā)動機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)動機配氣機構，大家都知道氣門是由發(fā)動機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角。在發(fā)動機運轉的時候，我們需要讓更多的新鮮空氣進入到燃燒室，讓廢氣能盡可能的排出燃燒室，最好的解決方法就是讓進氣門提前打開，讓排氣門推遲關閉。這樣，在進氣行程和排氣行程之間，就會發(fā)生進氣門和排氣門同時打開的情況，這種進排氣門之間的重疊被稱為氣門疊加角。在普通的發(fā)動機上，進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)動機運轉過程中是不能改變的。然而發(fā)動機轉速的高低對進，排氣流動以及氣缸內(nèi)燃燒過程是有影響的。轉速高時，進氣氣流流速高，慣性能量大，所以希望進氣門早些打開，晚些關閉，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)動機轉速較低時，進氣流速低，流動慣性能量也小，如果進氣門過早開啟，由于此時活塞正上行排氣，很容易把新鮮空氣擠出氣缸，使進氣反而少了，發(fā)動機工作不穩(wěn)定。因此，沒有任何一種固定的氣門疊加角設置能讓發(fā)動機在高低轉速時都能完美輸出的，如果沒有可變氣門正時技術，發(fā)動機只能根據(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)動機一般都采用較小的氣門疊加角，以有利于高轉速時候的動力輸出。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，但在低轉速和高轉速時會損失很多動力。而可變氣門正時技術，就是通過技術手段，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—升程的控制機構，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機構：一般發(fā)動機每缸氣門組只由一組凸輪驅(qū)動，而VTEC系統(tǒng)的發(fā)動機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，進行自動轉換。采用VTEC系統(tǒng)，保證了發(fā)動機中低速與高速不同的配氣相位及進氣量的要求，使發(fā)動機無論在何速率運轉都達到動力性、經(jīng)濟性與低排放的統(tǒng)一和極佳狀態(tài)。需要說明的是，發(fā)動機采用可變配氣定時技術獲得上述好處的同時，沒有任何負面影響，換句話說，就是沒有對于發(fā)動機的工作強度提出更高的要求。
    VTEC的設計就好像采用了兩根不同的凸輪軸似的，一根用于低轉速，一根用于高轉速，但是VTEC發(fā)動機的不同之處就在于將這樣兩種不同的凸輪軸設計在了一根凸輪軸上。
    本田發(fā)動機進氣凸輪軸中，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，控制兩個進氣門的開閉，氣門升量較少，情形好像普通的發(fā)動機。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)動機達到某一個設定的高轉速時，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，所以進氣門開啟時間延長，升程也增大了。當發(fā)動機轉速降低到某一個設定的低轉速時，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)動機電子控制單元（ECU）控制，ECU接收發(fā)動機傳感器（包括轉速、進氣壓力、車速、水溫等）的參數(shù)并進行處理，輸出相應的控制信號，通過電磁閥調(diào)節(jié)搖臂活塞液壓系統(tǒng)，從而使發(fā)動機在不同的轉速工況下由不同的凸輪控制，影響進氣門的開度和時間。 　　本田的VTEC發(fā)動機技術已經(jīng)推出了十年左右了，事實也證明這種設計是可靠的。它可以提高發(fā)動機在各種轉速下的性能，無論是低速下的燃油經(jīng)濟性和運轉平順性還是高速下的加速性。可以說，在電子控制閥門機構代替?zhèn)鹘y(tǒng)的凸輪機構之前，本田的VTEC技術在目前可以說是一種很好的方法.使汽車技術的高科技含量增大，是汽車飛速發(fā)展的又一里程碑。