汽车发动机的可变气门技术探讨

摘要：汽车发动机可变气门技术是当今汽车发动机普遍配置的设备系统。该系统可以对发动机凸轮的相位或者气门的升程进行有效的调节，从而使汽车发动机的配气过程得到优化。因为汽车发动机在高转速和低转速状态下，气门的正时角对发动机的经济性以及动力有所影响，从而提高进气量以及扫气效率，如今的汽车发动机普遍应用这项技术。

关键词：汽车发动机；可变气门技术；气门正时技术；气门升程技术；配气过程 文献标识码：A

中图分类号：U472 文章编号：1009-2374（2016）02-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.039

在汽车发动机的运行过程中，如果发动机在运行过程中，随着发动机气门数量的增多和发动机转速的提高，气门正时和气门升程不能随之改变，那么当汽车发动机处于转速过低、转速过高或者功率输出的状况下，就很难保证燃油的消耗问题。如果汽车发动机使用的是单个气门，在对燃油供给方进行控制时，对这个问题解决起来就会很难。但是如果换一种方式，如使用“可变性能”对其进行“综合处理”，那么这样的问题就很容易被解决。

1 气门正时技术

气门正时也就是汽车发动机在运转过程中气门打开的时间。其功能是活塞运动到一定位置时，对气门的开启和关闭时间进行控制。一般情况下，发动机进气门的活塞运动程序应当从下向上，当气门开始排气时，气门打开；当活塞到达气门的上止点时，一个排气运动周期完成，气门关闭。这个过程中，因为运动的空气存在惯性，因此需要一定的时间进行反应。进行排气的过程中，为了让更多的空气进入气缸，更多的废气排出气缸，就要在活塞到达之前打开，并且在活塞运动到下止点之下关闭；发动机的排气门运用同样的原理，排气门应该在活塞开始向下运动之前打开，在活塞运动到下止点之后再关闭。在活塞运动的过程中，排气门和进气门可能会在一定的时间范围内同时打开，这叫做气门叠加，在气门叠加现象产生时，曲轴会产生一定角度的转动，这个角度是气门叠加角，图1是汽车发动机气门配气相关结构图。

发动机的转速处于不同状态时，对于气门叠加角的要求也有所不同，在发动机低转速时，其气门叠加角就越小，发送机转速高，所产生的气门叠加角就会越大。如汽车发动机没有运用气门正时技术，这两个要求就很难同时得到满足，传统的汽车发动机工作原理主要是：当汽车发动机处于低速转动状态时，其中凸轮的转速也非常慢，因此气门的进气速度也随之减慢，当气门打开时，需要的时间较长，但是气门的开度很小。如果汽车行驶的速度达到120km/h时，发动机的转速一般为3000～4000rpm，有可能会达到更高水平，此时汽车发动机气门的开启和关闭速度加快，气缸空气进入的速度开始加快，在这一运动过程中，虽然其进气量很大，但是发动机气门的开启时间非常短，这会在一定程度上降低氧气含量，导致燃油燃烧所需氧气不足，从而使燃油燃烧不够充分。因此可以在这样的发动机上引入可变气门技术，这一技术可以有效解决以上提到的问题，从而大大改善发动机的燃油效率。在运行过程中，对凸轮进行改造，并且对相关的传感信号进行充分收集，汽车发动机如果处于转速非常低的情况下，这时发动机中正时技术就可以对其进行很好的控制；当汽车发动机处于高速运转状态时，可以对气门的开度进行较为科学的调整。

2 气门升程技术

气门升程技术指的是对气门开启的开度大小进行控制的技术。当发动机在运行过程中，气门行程较远的情况下，所进气截面的面积就会随之增大，因此对进气产生的阻力会降低，从而使得气缸的进气更加通畅，这样的运行状态比较适合汽车在高速行驶的状态下。如果在汽车行驶速度较慢的情况下，就会导致进气时达不到要求的负压，从而导致汽车处于低速形式的状态下时，产生运转无力或者不够平稳的现象。如果气门很小，汽车发动机在慢速运转过程中，所需的负压会得到满足，保证氧气的充足和燃油的充分燃烧。然而当汽车处于高速行驶的状况下时，空气的流速就会加快，气阻也会增大，这些情况的出现就会导致气门在进气和排气的过程不够畅通。在汽车发动机中运用可变气门技术，就可以对这两方面的问题进行权衡。气门正时技术只能够对汽车发送机中气门开启的时间进行控制，对于气门开启的开度无法控制。因此要在汽车发动机中运用可变气门的升程技术，这样才能进一步提高汽燃油的燃耗效率，提高汽车经济性能。

3 典型的可变气门升程技术控制为主的发动机技术

3.1 本田汽车中的“VTEC”系统应用

“VTEC”可以同时对发动机气门开度和气门开启时间进行控制的系统，对“VTEC”进行控制的系统主要是“ECU”，它通过发动机中各个传感器，其中包括气缸进气压力传感器、发动机转速传感器、车辆行驶速度传感器、水温传感器等，根据其产生的信号，进行相应指令的发送，同时可以控制凸轮在特定的范围内运转，以此对气门的开闭时间和开闭开度进行合理控制。一般的汽车发动机中，每个汽缸只配备一个凸轮对其进行驱动，但是本田汽车中VTEC系统发动机内含有两个凸轮对其进行驱动，即中低速、高度运转两个组合，通过对电子系统的运用，使其自行进行操纵，从而达成自动转换目标。本田汽车发动机中利用的VTEC系统，可以同时对发动机的低速运转和高速运转中气门的开闭进行时间和开度的控制，这样就能同时达成汽车的动力性和经济性。

本田“VTEC”与其他汽车发动机不同的地方主要是凸轮和摇臂的数目和控制方法。其是世界上第一个能够对气门的开闭时间以及升程两个性能同时控制的气门控制系统。其系统通过计算机对气门的正时和升程进行控制，可以在很大程度上提高汽车燃油效率，本田公司几乎在所有车档中均运用了“VTEC”系统。

3.2 丰田汽车VVT-i智能可变气门系统

VVT-i系统是丰田汽车中发动机可变气门系统，当前这项技术已经在丰田汽车中普遍使用。VVT-i系统可以对发动机气门运动进行连续的正时调节，但是对气门的开度大小不能控制。这项技术的工作原理主要是：当汽车的运行速度由低到高运行时，“ECU”就會向凸轮控制下小涡轮内挤压机油，从而使小涡轮进行运转，其运转是相对凸轮进行的，这样就使得凸轮在60。范围内前后旋转，这样就会对气门的开启和闭合时间有所控制，从而实现气门的连续这时目标。这项技术的最大特点是，可以根据汽车发动机所处状态对凸轮进行合理控制，对凸轮轴的转角进行合理的调整，从而优化配气时机，保证对燃油的配气达到最佳状态，以此来帮助燃油充分燃烧，并且提高汽车扭矩，提升汽车的各项性能。

4 结语

在汽车发动机可变气门技术中，升程系统主要控制气门的开度，而正时系统是控制气门开闭的时间。它们均决定了发动机进气量的大小，同属于汽车发送机可变气门控制系统。如今可变气门技术发展得越来越快，这项技术在汽车发动机中的使用可以说是汽车领域发展的一个里程碑，可以看出未来的汽车技术将向着越来越先进的方向发展。

参考文献

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基金项目：安徽省2013年高等学校省级质量工程专业综合改革试点，汽车技术服务与营销（2013zy175）；安徽省2013年高等学校省级质量工程精品资源共享课程，发动机系统检修（2013gxk116）。

作者简介：贾慧利（1981-），女，芜湖职业技术学院讲师，硕士，研究方向：车辆工程。

（责任编辑：秦逊玉）