提升動(dòng)力降低油耗 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門技術(shù)解析

傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)都配備了氣門式配氣機(jī)構(gòu)，按照發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作順序和工作循環(huán)，定時(shí)的開(kāi)啟關(guān)閉進(jìn)排氣門。進(jìn)氣量的多少直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。如何保證進(jìn)氣量足夠多，又要保證排氣夠干凈，因此在配氣這個(gè)環(huán)節(jié)有很多的技術(shù)。

首先我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下配氣定時(shí)，以曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門開(kāi)閉時(shí)刻及其開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間稱作配氣定時(shí)。一般情況下，進(jìn)氣門會(huì)早開(kāi)，目的是為了在進(jìn)氣開(kāi)始進(jìn)氣門能有較大的開(kāi)度或者較大的進(jìn)氣通過(guò)面，從而減小進(jìn)氣阻力，使進(jìn)氣順暢，相應(yīng)的，而進(jìn)氣門晚關(guān)是為了充分利用進(jìn)氣的慣性增大進(jìn)氣量。相應(yīng)的排氣門早開(kāi)是為了在氣壓較大時(shí)排干凈，而排氣門晚關(guān)也是為了利用慣性排氣。由于進(jìn)氣門早開(kāi)和排氣門晚關(guān)，致使活塞在上止點(diǎn)附近出現(xiàn)進(jìn)、排氣門同時(shí)開(kāi)啟的現(xiàn)象，稱其為氣門重疊。

氣門重疊顯示圖

發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速需要的配氣定時(shí)也不同。這是因?yàn)楫?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，進(jìn)氣流和排氣流也隨著改變，所以一直采用不變的氣門開(kāi)關(guān)時(shí)間將會(huì)影響燃油的燃燒效率，一般情況下，隨著轉(zhuǎn)速的升高，氣門重疊角和氣門升程隨著增加，這樣講有利于獲得更好的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，以便更好的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。

雙頂置凸輪軸

但是也不能一味的增大氣門重疊角和升程，這能能夠?qū)е碌氖菑U氣混入進(jìn)氣管以及未燃燒的混合氣隨排氣管流失的情況。因此可變氣門正時(shí)和可變氣門升程就顯得很重要了。

發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)

可變進(jìn)氣系統(tǒng)可以分為兩類：多氣門投入工作以及可變進(jìn)氣道系統(tǒng)。多氣門可以通過(guò)凸輪或者搖臂控制氣門在設(shè)定的工況下開(kāi)關(guān)，或者在進(jìn)氣道上設(shè)置閥門在特定工況下開(kāi)關(guān)；而可變進(jìn)氣道系統(tǒng)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速使用不同長(zhǎng)度和容積的進(jìn)氣管向氣缸充氣。

目前應(yīng)用可變氣門系統(tǒng)的廠家很多，以時(shí)間比較久遠(yuǎn)的本田VTEC為例，本田就是通過(guò)凸輪軸布置高速、低速兩種不同夾角和升程的凸輪，控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速利用油壓使氣門切換到不同凸輪以改變氣門相位和升程。

本田i-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)

VTEC系統(tǒng)對(duì)于配氣相位的改變是階段性的，只能在高速低速的狀態(tài)下跳躍，而不是連續(xù)線性改變，因此在這個(gè)基礎(chǔ)上本田又推出了i-VTEC系統(tǒng)，這套系統(tǒng)較VTEC增加了VTC可變正時(shí)控制裝置，也就是一組進(jìn)氣門凸輪軸正時(shí)可變的控制機(jī)構(gòu)。

排氣歧管一般的形狀都比較怪異，就是為了排氣時(shí)互不影響

除了上面提到的靠改變氣門正時(shí)和氣門升程來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同情況下的進(jìn)氣需求外，可變進(jìn)氣歧管以及可變進(jìn)氣道也可達(dá)到相同的效果。發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道是連接進(jìn)氣門和進(jìn)氣總管的，進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)的形狀也能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

粗、短、直的進(jìn)氣歧管對(duì)于進(jìn)氣流的阻力較小因此在高速過(guò)程中響應(yīng)較快，氣流速度也較快，長(zhǎng)、細(xì)、彎的進(jìn)氣歧管則有利于進(jìn)氣歧管中油與氣的混合，因此較短的進(jìn)氣歧管更適合于高轉(zhuǎn)速，而較長(zhǎng)的進(jìn)氣歧管則更適合于低轉(zhuǎn)速。 因此就出現(xiàn)了可變進(jìn)氣歧管這項(xiàng)技術(shù)。通過(guò)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)其進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度在不同轉(zhuǎn)速的時(shí)候可以變化，從而兼顧高低轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)氣需求。下面我們來(lái)看看目前已有的可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度技術(shù)。這種技術(shù)分為兩種，分段可調(diào)與無(wú)極可調(diào)。

如果有長(zhǎng)短兩根進(jìn)氣歧管，在低轉(zhuǎn)速時(shí)短進(jìn)氣歧管關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)使用長(zhǎng)進(jìn)氣歧管進(jìn)氣；高轉(zhuǎn)速時(shí)則關(guān)閉長(zhǎng)進(jìn)氣歧管，使用短管進(jìn)氣；或者在進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)置閥門，通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制歧管內(nèi)的閥門，以此來(lái)控制進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度，分段可調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)多種長(zhǎng)度，更能后適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的要求。