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汽车发动机可变气门技术浅析

发布时间:2018-09-06      点击次数:1200

改革开放至今40 年,时光如川奔流,市场纷繁多变,在这40 年的光辉岁月里,中国的汽车行业亲身经历和见证这一过程,并且从中受益颇深、不断进步成长。但同时不可避免的是,在推进中国汽车行业进步的同时,也涌现了许多问题。其中难以攻关的就是关于汽车发动机燃油系统问题,质量较差的发动机性能不好,耗油量大,对消费者来说经济成本高,厂家就难以销售,终其产品就会被淘汰。同时多次强调建设生态中国,坚持可持续发展,环境保护意识已经深入人心,逐渐成为全民共识。为了国民与政府的需求,发动机燃油的缺陷必须亟待解决。虽然中国在汽车发动机方面一直落后于其他发达国家,但唯有砥砺前行,方可成功。本文总结了当前的汽车发动机可变气门技术(目前比较有效的改善发动机燃油系统的技术)为中国创造提供一些理论支撑,因此本文在理论上和现实上具有双重意义。
1 可变气门技术
1.1 可变气门技术的发展历史
为了能够顺利地运行发动机燃油系统,发动机气门需要加强对相关零件的有力控制和有效管理。如果一个汽车发动机只装置一个气门的话,解决汽车发动机内的燃油供给问题就显得很困难和繁杂。有工程师尝试通过可变气门的使用来处理这一问题,发现对汽车有效果超强的性能提升作用,可以很好地促进发动机及汽车行业的发展,于是研究发动机可变气门已经成为发动机工程师的不变课题。
从发动机研制之初汽车发动机工程师们苦苦探索与追求对发动机的可变气门控制,早在1880 年,英国工程师Dugald Clerk 先生就研制出一种发动机可变机构,但不足的地方也很明显,它只用于改善煤气发动机,使用范围小。
后来的一百年间,各国汽车电动机发明家陆续申请了许多项发明,但可惜很多都无法用于实际操作中。直到1983 年,Alfa Romeo 公司研制出支持支持双凸轮轴两气门发动机使用的两点式可变气门发动机,并且将其批量投入生产。后人也将自己的技术成果投入实际应用,但效果还不是特别令人满意,主要表现在制造费用高、操作自由性和范围小、复杂程度高、高速驾驶时效果差等方面。
在科技水平与理论知识的双重支持下,可变气门正式技术克服难题,逐渐在汽车发动机市场占主导地位。目前,可变气门正时技术在*都已经广泛使用,它成为设计发动机气门的标配。但精益求精,发动机工程师们继续研究,更上一层楼,更深地挖掘了内燃机的潜力,发明了可变电气门升程技术。一般采用两种技术相结合,其使用效果更佳。
1.2 可变气门技术的实现途径
可变气门技术的实现途径比较多,为了理解简单,可以用不同的分类标准。
以有无凸轮轴为标准,可以分类为基于凸轮轴、无凸轮轴。
以控制的位置为标准,可以分类为六类可变气门机构。类能够改变皮带或链条轻松紧边长度的曲轴与链轮间机构、第二类控制链轮与凸轮轴间机构、第三类控制凸轮轴机构、第四类控制凸轮轴与从动件机构、第五类控制从动件机构,以及后第六类以电磁、电液、电气或电机驱动的无凸轮轴机构。
1.3 可变气门技术的分类
根据不同的控制参数,将多种多样的可变气门技术总分为两大类,即可变气门正时技术与可变气门升程技术。在实际行驶过程中,为了提升动力性能,更好地节省燃油和费用,正时和升程是可以变化使用的,这就是可变气门的可变意义。
正时指控制气门的开关及闭合,可变气门正时技术可以再往下分类,按气门开启延续时间的变化状况的不同可分为相位、相位与持续期这两种可变气门系统;升程是指控制气门开合程度即改变升程,可变气门升程技术也可以向下再按定时与持续期可分类为升程与定时、升程单独可变这两种可变气门系统。
一般来说,想要通过可变气门提升动力性能,从改变升程和正时切入,具体是把气门升得更高一些,气门开启时间延长。在车辆慢速行驶的情况下,需要缩短气门的开启时间,并且把气门的升程降低一些。
汽车行业的许多厂家可能采取各种不同的可变气门机构,但都逃脱不开基本的通过改变正时、升程、正时和升程来实现控制气门的目的。因为无论是汽缸的进气量还是汽缸的排气量都是与气门的升程和正时息息相关,升程和正时对他们起决定性作用。
2 可变气门正时技术与可变气门升程技术
气门正时和升程两种技术,前者是对气门开启和关闭的技术控制,后者是对气门开度的技术控制。
2.1 汽车发动机可变气门正时技术
从许多实验中观察发现,汽车发动机运行时,气门越多,发动机开启的持续时间即正时和升程就会不断变化,这种情况在低速驾驶或高速驾驶时都一样,转速会随着气门增加而加快,汽车一直在输出功率,消耗能量,使得汽车出现严重费油现象。但现在已经广泛使用可变气门,较好地改变了这种情况,使得燃油系统经济效益更高,提升运行质量和性能。可变气门的优势需要通过多种技术的结合才可以很好地展现出来。
汽车发动机可变气门正时技术具体运作方式是发动机工作时,打开气门,当活塞运动快达到一个零界点时,执行排气和进气系统,使得它能够达到那一点,产生气门叠加,叠加会形成一个与汽车转速有正比关系的叠加角。
汽车开启时,气门的开启持续较长,如果转速加快,会缩短开启时间,气门开闭速度变化将很快。汽车氧气含量短时间内会降低,不利于稳定运行燃烧系统。通过利用汽车发动机正时技术,可以有效地解决和处理汽车的燃油系统问题,汽车各项信息可以被实时监测,气门开闭可以被科学地控制,汽车可以正常驾驶。
2.2 汽车发动机可变气门升程技术
一些汽车气门比较远,使得发动机在运行时由气门产生的横切面积就比较大,影响了进气效率,会导致车内氧气不足,进一步影响燃油的燃烧效率。慢速驾驶的汽车,进气不足的话,会影响运转。因此即使在慢速时,也要保证气门开度够大,更顺畅地进气,引入充足氧气,使燃油系统稳定运行。
3 发动机可变气门技术的现实应用
与国外相比,中国在这方面的研究成果与掌握的技术相对较弱,许多应用在国外品牌的汽车当中能看到的身影较多。例如保时捷911 Variocam,宝马的Valveronic,雷诺日产的连续可变气门正时系统,英菲尼迪螺套与螺杆组合的VVEL 等等。
智能型的可变气门在现实中也有应用。例如日本丰田汽车的VVT-i 型发动机,它的智能体现在能够灵活自如地操纵气门开闭,提高燃烧效率。但是它对气门开度的控制却束手无策,因此要引入VTEC 系统给予帮助。这里就不多加赘述。
4 结语
综上所述,低速驾驶气门排气少,反之高速驾驶气门排气多,通过可变气门的这种科学调整,使气门开启持续时间、气门开度可以被控制,使汽车燃油充分燃烧,汽车性能高度提升。实际中联合使用这两种常用技术,真正实现可变气门的应用。

 

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