提升動(dòng)力降低油耗 發(fā)動(dòng)機氣門(mén)技術(shù)解析

傳統的發(fā)動(dòng)機都配備了氣門(mén)式配氣機構，按照發(fā)動(dòng)機的動(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(mén)。進(jìn)氣量的多少直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機的功率和扭矩。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)節有很多的技術(shù)。

首先我們來(lái)認識一下配氣定時(shí)，以曲軸轉角表示的進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)刻及其開(kāi)啟的持續時(shí)間稱(chēng)作配氣定時(shí)。一般情況下，進(jìn)氣門(mén)會(huì )早開(kāi)，目的是為了在進(jìn)氣開(kāi)始進(jìn)氣門(mén)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，相應的，而進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)是為了充分利用進(jìn)氣的慣性增大進(jìn)氣量。相應的排氣門(mén)早開(kāi)是為了在氣壓較大時(shí)排干凈，而排氣門(mén)晚關(guān)也是為了利用慣性排氣。由于進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)和排氣門(mén)晚關(guān)，致使活塞在上止點(diǎn)附近出現進(jìn)、排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的現象，稱(chēng)其為氣門(mén)重疊。

氣門(mén)重疊顯示圖

發(fā)動(dòng)機不同轉速需要的配氣定時(shí)也不同。這是因為當發(fā)動(dòng)機轉速改變時(shí)，進(jìn)氣流和排氣流也隨著(zhù)改變，所以一直采用不變的氣門(mén)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(zhù)轉速的升高，氣門(mén)重疊角和氣門(mén)升程隨著(zhù)增加，這樣講有利于獲得更好的發(fā)動(dòng)機性能，以便更好的提高發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力輸出。

雙頂置凸輪軸

但是也不能一味的增大氣門(mén)重疊角和升程，這能能夠導致的是廢氣混入進(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(mén)正時(shí)和可變氣門(mén)升程就顯得很重要了。

發(fā)動(dòng)機正時(shí)系統

可變進(jìn)氣系統可以分為兩類(lèi)：多氣門(mén)投入工作以及可變進(jìn)氣道系統。多氣門(mén)可以通過(guò)凸輪或者搖臂控制氣門(mén)在設定的工況下開(kāi)關(guān)，或者在進(jìn)氣道上設置閥門(mén)在特定工況下開(kāi)關(guān)；而可變進(jìn)氣道系統是根據發(fā)動(dòng)機的不同轉速使用不同長(cháng)度和容積的進(jìn)氣管向氣缸充氣。

目前應用可變氣門(mén)系統的廠(chǎng)家很多，以時(shí)間比較久遠的本田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，控制系統根據發(fā)動(dòng)機的轉速利用油壓使氣門(mén)切換到不同凸輪以改變氣門(mén)相位和升程。

本田i-VTEC發(fā)動(dòng)機

VTEC系統對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，而不是連續線(xiàn)性改變，因此在這個(gè)基礎上本田又推出了i-VTEC系統，這套系統較VTEC增加了VTC可變正時(shí)控制裝置，也就是一組進(jìn)氣門(mén)凸輪軸正時(shí)可變的控制機構。

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(mén)正時(shí)和氣門(mén)升程來(lái)實(shí)現發(fā)動(dòng)機在不同情況下的進(jìn)氣需求外，可變進(jìn)氣歧管以及可變進(jìn)氣道也可達到相同的效果。發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣道是連接進(jìn)氣門(mén)和進(jìn)氣總管的，進(jìn)氣歧管設計的形狀也能直接影響發(fā)動(dòng)機的性能。

粗、短、直的進(jìn)氣歧管對于進(jìn)氣流的阻力較小因此在高速過(guò)程中響應較快，氣流速度也較快，長(cháng)、細、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速，而較長(cháng)的進(jìn)氣歧管則更適合于低轉速。 因此就出現了可變進(jìn)氣歧管這項技術(shù)。通過(guò)技術(shù)手段，實(shí)現其進(jìn)氣歧管長(cháng)度在不同轉速的時(shí)候可以變化，從而兼顧高低轉速時(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(cháng)度技術(shù)。這種技術(shù)分為兩種，分段可調與無(wú)極可調。

如果有長(cháng)短兩根進(jìn)氣歧管，在低轉速時(shí)短進(jìn)氣歧管關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機使用長(cháng)進(jìn)氣歧管進(jìn)氣；高轉速時(shí)則關(guān)閉長(cháng)進(jìn)氣歧管，使用短管進(jìn)氣；或者在進(jìn)氣歧管內設置閥門(mén)，通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制歧管內的閥門(mén)，以此來(lái)控制進(jìn)氣歧管的長(cháng)度，分段可調能夠實(shí)現多種長(cháng)度，更能后適應發(fā)動(dòng)機轉速的要求。