汽車(chē)發(fā)動(dòng)機可變氣門(mén)技術(shù)淺析

改革開(kāi)放至今40 年，時(shí)光如川奔流，市場(chǎng)紛繁多變，在這40 年的光輝歲月里，中國的汽車(chē)行業(yè)親身經(jīng)歷和見(jiàn)證這一過(guò)程，并且從中受益頗深、不斷進(jìn)步成長(cháng)。但同時(shí)不可避免的是，在推進(jìn)中國汽車(chē)行業(yè)進(jìn)步的同時(shí)，也涌現了許多問(wèn)題。其中難以攻關(guān)的就是關(guān)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機燃油系統問(wèn)題，質(zhì)量較差的發(fā)動(dòng)機性能不好，耗油量大，對消費者來(lái)說(shuō)經(jīng)濟成本高，廠(chǎng)家就難以銷(xiāo)售，終其產(chǎn)品就會(huì )被淘汰。同時(shí)多次強調建設生態(tài)中國，堅持可持續發(fā)展，環(huán)境保護意識已經(jīng)深入人心，逐漸成為全民共識。為了國民與政府的需求，發(fā)動(dòng)機燃油的缺陷必須亟待解決。雖然中國在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機方面一直落后于其他發(fā)達國家，但唯有砥礪前行，方可成功。本文總結了當前的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機可變氣門(mén)技術(shù)（目前比較有效的改善發(fā)動(dòng)機燃油系統的技術(shù)）為中國創(chuàng )造提供一些理論支撐，因此本文在理論上和現實(shí)上具有雙重意義。
1 可變氣門(mén)技術(shù)
1.1 可變氣門(mén)技術(shù)的發(fā)展歷史
為了能夠順利地運行發(fā)動(dòng)機燃油系統，發(fā)動(dòng)機氣門(mén)需要加強對相關(guān)零件的有力控制和有效管理。如果一個(gè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機只裝置一個(gè)氣門(mén)的話(huà)，解決汽車(chē)發(fā)動(dòng)機內的燃油供給問(wèn)題就顯得很困難和繁雜。有工程師嘗試通過(guò)可變氣門(mén)的使用來(lái)處理這一問(wèn)題，發(fā)現對汽車(chē)有效果*的性能提升作用，可以很好地促進(jìn)發(fā)動(dòng)機及汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，于是研究發(fā)動(dòng)機可變氣門(mén)已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機工程師的不變課題。
從發(fā)動(dòng)機研制之初汽車(chē)發(fā)動(dòng)機工程師們苦苦探索與追求對發(fā)動(dòng)機的可變氣門(mén)控制，早在1880 年，英國工程師Dugald Clerk 先生就研制出一種發(fā)動(dòng)機可變機構，但不足的地方也很明顯，它只用于改善煤氣發(fā)動(dòng)機，使用范圍小。
后來(lái)的一百年間，各國汽車(chē)電動(dòng)機發(fā)明家陸續申請了許多項發(fā)明，但可惜很多都無(wú)法用于實(shí)際操作中。直到1983 年，Alfa Romeo 公司研制出支持支持雙凸輪軸兩氣門(mén)發(fā)動(dòng)機使用的兩點(diǎn)式可變氣門(mén)發(fā)動(dòng)機，并且將其批量投入生產(chǎn)。后人也將自己的技術(shù)成果投入實(shí)際應用，但效果還不是特別令人滿(mǎn)意，主要表現在制造費用高、操作自由性和范圍小、復雜程度高、高速駕駛時(shí)效果差等方面。
在科技水平與理論知識的雙重支持下，可變氣門(mén)正式技術(shù)克服難題，逐漸在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機市場(chǎng)占主導地位。目前，可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)在*都已經(jīng)廣泛使用，它成為設計發(fā)動(dòng)機氣門(mén)的標配。但精益求精，發(fā)動(dòng)機工程師們繼續研究，更上一層樓，更深地挖掘了內燃機的潛力，發(fā)明了可變電氣門(mén)升程技術(shù)。一般采用兩種技術(shù)相結合，其使用效果更佳。
1.2 可變氣門(mén)技術(shù)的實(shí)現途徑
可變氣門(mén)技術(shù)的實(shí)現途徑比較多，為了理解簡(jiǎn)單，可以用不同的分類(lèi)標準。
以有無(wú)凸輪軸為標準，可以分類(lèi)為基于凸輪軸、無(wú)凸輪軸。
以控制的位置為標準，可以分類(lèi)為六類(lèi)可變氣門(mén)機構。類(lèi)能夠改變皮帶或鏈條輕松緊邊長(cháng)度的曲軸與鏈輪間機構、第二類(lèi)控制鏈輪與凸輪軸間機構、第三類(lèi)控制凸輪軸機構、第四類(lèi)控制凸輪軸與從動(dòng)件機構、第五類(lèi)控制從動(dòng)件機構，以及后第六類(lèi)以電磁、電液、電氣或電機驅動(dòng)的無(wú)凸輪軸機構。
1.3 可變氣門(mén)技術(shù)的分類(lèi)
根據不同的控制參數，將多種多樣的可變氣門(mén)技術(shù)總分為兩大類(lèi)，即可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)與可變氣門(mén)升程技術(shù)。在實(shí)際行駛過(guò)程中，為了提升動(dòng)力性能，更好地節省燃油和費用，正時(shí)和升程是可以變化使用的，這就是可變氣門(mén)的可變意義。
正時(shí)指控制氣門(mén)的開(kāi)關(guān)及閉合，可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)可以再往下分類(lèi)，按氣門(mén)開(kāi)啟延續時(shí)間的變化狀況的不同可分為相位、相位與持續期這兩種可變氣門(mén)系統；升程是指控制氣門(mén)開(kāi)合程度即改變升程，可變氣門(mén)升程技術(shù)也可以向下再按定時(shí)與持續期可分類(lèi)為升程與定時(shí)、升程單獨可變這兩種可變氣門(mén)系統。
一般來(lái)說(shuō)，想要通過(guò)可變氣門(mén)提升動(dòng)力性能，從改變升程和正時(shí)切入，具體是把氣門(mén)升得更高一些，氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間延長(cháng)。在車(chē)輛慢速行駛的情況下，需要縮短氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間，并且把氣門(mén)的升程降低一些。
汽車(chē)行業(yè)的許多廠(chǎng)家可能采取各種不同的可變氣門(mén)機構，但都逃脫不開(kāi)基本的通過(guò)改變正時(shí)、升程、正時(shí)和升程來(lái)實(shí)現控制氣門(mén)的目的。因為無(wú)論是汽缸的進(jìn)氣量還是汽缸的排氣量都是與氣門(mén)的升程和正時(shí)息息相關(guān)，升程和正時(shí)對他們起決定性作用。
2 可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)與可變氣門(mén)升程技術(shù)
氣門(mén)正時(shí)和升程兩種技術(shù)，前者是對氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的技術(shù)控制，后者是對氣門(mén)開(kāi)度的技術(shù)控制。
2.1 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)
從許多實(shí)驗中觀(guān)察發(fā)現，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機運行時(shí)，氣門(mén)越多，發(fā)動(dòng)機開(kāi)啟的持續時(shí)間即正時(shí)和升程就會(huì )不斷變化，這種情況在低速駕駛或高速駕駛時(shí)都一樣，轉速會(huì )隨著(zhù)氣門(mén)增加而加快，汽車(chē)一直在輸出功率，消耗能量，使得汽車(chē)出現嚴重費油現象。但現在已經(jīng)廣泛使用可變氣門(mén)，較好地改變了這種情況，使得燃油系統經(jīng)濟效益更高，提升運行質(zhì)量和性能?？勺儦忾T(mén)的優(yōu)勢需要通過(guò)多種技術(shù)的結合才可以很好地展現出來(lái)。
汽車(chē)發(fā)動(dòng)機可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)具體運作方式是發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，打開(kāi)氣門(mén)，當活塞運動(dòng)快達到一個(gè)零界點(diǎn)時(shí)，執行排氣和進(jìn)氣系統，使得它能夠達到那一點(diǎn)，產(chǎn)生氣門(mén)疊加，疊加會(huì )形成一個(gè)與汽車(chē)轉速有正比關(guān)系的疊加角。
汽車(chē)開(kāi)啟時(shí)，氣門(mén)的開(kāi)啟持續較長(cháng)，如果轉速加快，會(huì )縮短開(kāi)啟時(shí)間，氣門(mén)開(kāi)閉速度變化將很快。汽車(chē)氧氣含量短時(shí)間內會(huì )降低，不利于穩定運行燃燒系統。通過(guò)利用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機正時(shí)技術(shù)，可以有效地解決和處理汽車(chē)的燃油系統問(wèn)題，汽車(chē)各項信息可以被實(shí)時(shí)監測，氣門(mén)開(kāi)閉可以被科學(xué)地控制，汽車(chē)可以正常駕駛。
2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機可變氣門(mén)升程技術(shù)
一些汽車(chē)氣門(mén)比較遠，使得發(fā)動(dòng)機在運行時(shí)由氣門(mén)產(chǎn)生的橫切面積就比較大，影響了進(jìn)氣效率，會(huì )導致車(chē)內氧氣不足，進(jìn)一步影響燃油的燃燒效率。慢速駕駛的汽車(chē)，進(jìn)氣不足的話(huà)，會(huì )影響運轉。因此即使在慢速時(shí)，也要保證氣門(mén)開(kāi)度夠大，更順暢地進(jìn)氣，引入充足氧氣，使燃油系統穩定運行。
3 發(fā)動(dòng)機可變氣門(mén)技術(shù)的現實(shí)應用
與國外相比，中國在這方面的研究成果與掌握的技術(shù)相對較弱，許多應用在國外品牌的汽車(chē)當中能看到的身影較多。例如保時(shí)捷911 的Variocam，寶馬的Valveronic，雷諾日產(chǎn)的連續可變氣門(mén)正時(shí)系統，英菲尼迪螺套與螺桿組合的VVEL 等等。
智能型的可變氣門(mén)在現實(shí)中也有應用。例如日本豐田汽車(chē)的VVT-i 型發(fā)動(dòng)機，它的智能體現在能夠靈活自如地操縱氣門(mén)開(kāi)閉，提高燃燒效率。但是它對氣門(mén)開(kāi)度的控制卻束手無(wú)策，因此要引入VTEC 系統給予幫助。這里就不多加贅述。
4 結語(yǔ)
綜上所述，低速駕駛氣門(mén)排氣少，反之高速駕駛氣門(mén)排氣多，通過(guò)可變氣門(mén)的這種科學(xué)調整，使氣門(mén)開(kāi)啟持續時(shí)間、氣門(mén)開(kāi)度可以被控制，使汽車(chē)燃油充分燃燒，汽車(chē)性能高度提升。實(shí)際中聯(lián)合使用這兩種常用技術(shù)，真正實(shí)現可變氣門(mén)的應用。