可变气门行程和正时知识

发动机油耗可以通过一扇门的运动来说明。门开启的大小和时间长短,决定了进出入的人流量。门开启的角度越大,开启时间越长,进出入的人流量越大,门开启的角度越小,开启时间越短,进出入的人流量就越少。在剧院入场看戏,要一个一个观众验票进场,就要控制大门的开启角度,有些匣道还设置栏杆,象地铁出入口一样。在剧院散场时要尽快疏散观众,就要撤除匣道栏杆,将大门完全打开。大门开启角度和时间决定人流量,这非常容易理解。同样的道理用于发动机上,就产生了气门升程和正时的概念。气门升程就好象门开启的角度,正时就好象门开启的时间。以立体的思维观点看问题,角度加时间就是一个容积空间的大小,它的大小决定了耗油量。

在实际运行中,汽车的运行负荷不可能一成不变,随着路面、速度和控制油门力度的不同,发动机负荷总是处在一个经常变化的状态之中,这个变化中的负荷影响着发动机的耗油量。当负荷大时,耗油量大,反之就少。一般汽车发动机耗油量是由节气门控制,它好象一扇门,通过节气门开启的角度和时间来控制混合比。在燃油电喷系统中,进入气缸的空气流量由节气门控制,节气门则由油门踏板控制。节气门开度越大空气流量越多,电控单元(ECU)再根据节气门位置传感器及其它位置传感器反馈来的信号来控制喷油器的喷油量。

但是,随着发动机气门增多和转速的增高,发动机的气门升程和正时如果不随着变化,在一些工况下会出现难以解决的矛盾,例如如何保证低转速时的扭矩输出和高转速时的功率输出及在这些工况下的燃油消耗等问题,用单个节气门控制的燃油供给方式是难以完满解决的。最好的方式就是采用多种可变化的形式“综合治理”,因此就有可变进气管道、可变压缩比和可变气门的升程和正时来解决这个问题,其中可变气门的升程和正时也就是可变式气门驱动机构,是目前汽车常见的一种新技术。设计者为了令汽车省油,千方百计从气门升程和正时这两个关键上做文章。

气门的升程和正时互相关联但又是两件事情。升程是气门开度的问题,它是指气门开启的间隙有多大;正时是气门开启关闭的时间问题,它是指气门开启、关闭的时刻。它们都决定了进气量的大小,但气门的正时涉及到配气相位上的“重叠阶段”,即出现进气门和排气门同时开启的“重叠阶段”(见本栏目《气门可变驱动机构》),这在任何工况阶段都会出现。可变气门正时就是要按照负荷的变化控制气门进气时间由短到长呈线性变化,使发动机的动力输出顺畅平滑,减少油耗。

从形式上看,可变气门升程和正时系统有多种运行方式,例如本田的“i-VTEC”系统和丰田的“VVT-i”系统,都是可变气门升程和正时系统(这两种装置本栏目都有介绍)。还有一种“停阀”(气门停止工作)的方式,就是根据发动机负荷工况,停止部分气门工作。例如本田发动机中的“H-VTEC”装置,每缸4气门中各有2个进、排气门,其中各有1个进、排气门在低、中转速内停止工作,变为2气门发动机;而在高转速内4个气门全部工作,系统通过调节液压气门挺杆内的液压来控制气门的运动。

车汇通
2003年12月3日

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