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参数配置
连续可变气门正时系统

可变气门正时系统 汽车发动机气门正时的机构和技术,也叫连续可变气门正时系统。 

汽车发动机气门正时的机构和技术,也叫连续可变气门正时系统。

可变气门正时系统。当今高性能发动机普遍配备该系统。该系统通过配备的控制及执行系统,对发动机凸轮的相位或者气门生程进行调节,从而达到优化发动机配气过程的目的。

因为高转速下与低转速下,气门的正时角对发动机经济性和动力的影响是明显的,高转速下可以充分利用进气惯性而提高进气量和进气效率,所以气门早开晚闭,低转速反之,现在的发动机大多有这个技术。

活塞式四冲程引擎都由进气、压缩、做功、排气4个冲程完成,我们关注的是气门开启程度对引擎进气的问题。气缸进气的基本原理是“负压”,也就是气缸内外的气体压强差。在引擎低速运转时,气门的开启程度切不可过大,这样容易造成气缸内外压力均衡,负压减小,从而进气不够充分,对于气门的工作而言,这个“小程度开启”需要短行程的方式加以控制;而高速恰恰相反,转速动辄5000rpm,倘若气门依然羞羞答答不肯打开,引擎的进气必然受阻,所以,我们需要长行程的气门升程。往往,工程师们既要兼顾引擎在低速区的扭矩特性,又想榨取高速区的功率特性,只能采取一条“折中”的思路,到头来引擎高速没功率,低速缺扭矩……

所以在这样的情况下,就需要一种对气门升程进行调节的装置,也就是我们要说的“可变气门正时技术”。该技术既能保证低速高扭矩,又能获得高速高功率,对引擎而言是一个极大的突破。

80年代,诸多企业开始投入了可变气门正时的研究,1989年本田首次发布了“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”,英文全称“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System,也就是我们常见的VTEC。此后,各家企业不断发展该技术,到今天已经非常成熟,丰田也开发了VVT-i,保时捷开发了Variocam……几乎每家企业都有了自己的可变气门正时技术。一系列可变气门技术虽然商品名各异,但其设计思想却极为相似。

可变气门 - 分类介绍

保时捷Variocam


保时捷911跑车引擎采用的可变气门正时技术Variocam通过气门我们可以发现其有两个位置,每个进气门分别有2种最大行程。控制气门行程变化的,是两组凸轮控制,一组是高速凸轮,既红色部分的凸轮;另一组是低速凸轮,既高速凸轮之间的凸轮。

当引擎在低转速工况时,气门座顶端的黄色的控制活塞落在气门座内。这样高速凸轮只能驱动气门座向下行程而不能带动整个气门动作,整个气门由低速凸轮驱动气门顶向下行程,这样获得的气门开度就较小。反之当发动机在高转速工况时,控制活塞在液压的驱动下从气门座推入到气门顶中,把气门座和气门刚性的连接,高速凸轮驱动气门座时就能带动气门向下行程获得较大的气门开度。

本田VTEC


与保时捷Variocam略有相同,本田的VTEC原理接近,而控制方式不同。凸轮轴上依然布置有高速凸轮与低速凸轮,但由于本田引擎的气门由摇臂驱动,所以不能像保时捷一样紧凑。控制高低速凸轮切换的是一组结构复杂的摇臂,通过传感器测出引擎转速,传送到ECU进行控制,并由ECU发出指令控制摇臂。

简单地说,就是这套摇臂能够根据转速不同自动选取1进1排的2气门工作或者2进2排的4气门工作,从而让发动机在高低速工况下都能顺畅自如。

通常,转速低于3500rpm时,各有一支进气、排气凸轮工作,此时发动机近似为一台2气门发动机,这样的好处是,能够增加负压,利于进气;转速超过3500rpm时,液压系伺服系统接到发动机中央控制器ECU指令,对摇臂内机油加压,压力机油推动定时柱塞移动,使得同步柱塞将高速摇臂与主副摇臂刚性连接,此时低速凸轮虽然转动,但处于空转状态,并不参与工作,从而4支活塞共同工作,以适应高速运转。

宝马Valvetronic


与保时捷Variocam、本田VTEC相同的技术还有很多,例如丰田VVT-i,通用ECOtec系列引擎的VVT等等,这些技术能够改变气门升程,但是局限性在于,这些技术都只有“两段式”可调,在气门行程进行变化的一刻会感觉到顿挫感。由此,宝马对气门行程的调节煞费苦心,开发了一套可以连续可变的气门正时技术,目前号称最具科技含量的气门正时技术。

与众不同的是,宝马采用的是电机驱动的方式,电机的周相运动通过蜗杆传动齿轮,准变为摇臂的控制角度变化,然后在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。通过改变摇臂的角度即可改变气门的行程。由于采用了电机控制,在ECU指令下电机能够“无极”变化角度,使得气门升程的改变并不影响引擎工作,没有顿挫感,也更能有针对性地对每个转速范围进行细致的配气分析。

雷诺日产CVTC

雷诺、日产合并之后,多项技术都在集团内部进行共用。其中就包括日产潜心研究的CVTC连续可变气门正时系统。其原理与本田VTEC接近,也是采用液压作用改变凸轮轴同步齿形带轮与凸轮轴末端的夹角,从而改变配气正时角。

在凸轮轴与正时齿轮之间有高压油区和低压油区。只要调节两个油区之间的压力差,就能改变配气正时角了。两个油区的油压通过油压控制阀调节的。当高压油路(图中红色的通道)接通时,整个油室处于加压状态,凸轮轴顺时针偏转一定角度,配气正时被推迟,重叠角增大,适用于低转速;当电磁阀控制黄色区域压力高于红色区域压力时,凸轮轴逆时针偏转一定角度,配气正时被提前,这样重叠角减小,适用于高转速。

 
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