汽車發動機可變氣門技術淺析

改革開放至今40 年，時光如川奔流，市場紛繁多變，在這40 年的光輝歲月里，中國的汽車行業親身經歷和見證這一過程，并且從中受益頗深、不斷進步成長。但同時不可避免的是，在推進中國汽車行業進步的同時，也涌現了許多問題。其中難以攻關的就是關于汽車發動機燃油系統問題，質量較差的發動機性能不好，耗油量大，對消費者來說經濟成本高，廠家就難以銷售，終其產品就會被淘汰。同時多次強調建設生態中國，堅持可持續發展，環境保護意識已經深入人心，逐漸成為全民共識。為了國民與政府的需求，發動機燃油的缺陷必須亟待解決。雖然中國在汽車發動機方面一直落后于其他發達國家，但唯有砥礪前行，方可成功。本文總結了當前的汽車發動機可變氣門技術（目前比較有效的改善發動機燃油系統的技術）為中國創造提供一些理論支撐，因此本文在理論上和現實上具有雙重意義。
1 可變氣門技術
1.1 可變氣門技術的發展歷史
為了能夠順利地運行發動機燃油系統，發動機氣門需要加強對相關零件的有力控制和有效管理。如果一個汽車發動機只裝置一個氣門的話，解決汽車發動機內的燃油供給問題就顯得很困難和繁雜。有工程師嘗試通過可變氣門的使用來處理這一問題，發現對汽車有效果*的性能提升作用，可以很好地促進發動機及汽車行業的發展，于是研究發動機可變氣門已經成為發動機工程師的不變課題。
從發動機研制之初汽車發動機工程師們苦苦探索與追求對發動機的可變氣門控制，早在1880 年，英國工程師Dugald Clerk 先生就研制出一種發動機可變機構，但不足的地方也很明顯，它只用于改善煤氣發動機，使用范圍小。
后來的一百年間，各國汽車電動機發明家陸續申請了許多項發明，但可惜很多都無法用于實際操作中。直到1983 年，Alfa Romeo 公司研制出支持支持雙凸輪軸兩氣門發動機使用的兩點式可變氣門發動機，并且將其批量投入生產。后人也將自己的技術成果投入實際應用，但效果還不是特別令人滿意，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，可變氣門正式技術克服難題，逐漸在汽車發動機市場占主導地位。目前，可變氣門正時技術在*都已經廣泛使用，它成為設計發動機氣門的標配。但精益求精，發動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，發明了可變電氣門升程技術。一般采用兩種技術相結合，其使用效果更佳。
1.2 可變氣門技術的實現途徑
可變氣門技術的實現途徑比較多，為了理解簡單，可以用不同的分類標準。
以有無凸輪軸為標準，可以分類為基于凸輪軸、無凸輪軸。
以控制的位置為標準，可以分類為六類可變氣門機構。類能夠改變皮帶或鏈條輕松緊邊長度的曲軸與鏈輪間機構、第二類控制鏈輪與凸輪軸間機構、第三類控制凸輪軸機構、第四類控制凸輪軸與從動件機構、第五類控制從動件機構，以及后第六類以電磁、電液、電氣或電機驅動的無凸輪軸機構。
1.3 可變氣門技術的分類
根據不同的控制參數，將多種多樣的可變氣門技術總分為兩大類，即可變氣門正時技術與可變氣門升程技術。在實際行駛過程中，為了提升動力性能，更好地節省燃油和費用，正時和升程是可以變化使用的，這就是可變氣門的可變意義。
正時指控制氣門的開關及閉合，可變氣門正時技術可以再往下分類，按氣門開啟延續時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系統；升程是指控制氣門開合程度即改變升程，可變氣門升程技術也可以向下再按定時與持續期可分類為升程與定時、升程單獨可變這兩種可變氣門系統。
一般來說，想要通過可變氣門提升動力性能，從改變升程和正時切入，具體是把氣門升得更高一些，氣門開啟時間延長。在車輛慢速行駛的情況下，需要縮短氣門的開啟時間，并且把氣門的升程降低一些。
汽車行業的許多廠家可能采取各種不同的可變氣門機構，但都逃脫不開基本的通過改變正時、升程、正時和升程來實現控制氣門的目的。因為無論是汽缸的進氣量還是汽缸的排氣量都是與氣門的升程和正時息息相關，升程和正時對他們起決定性作用。
2 可變氣門正時技術與可變氣門升程技術
氣門正時和升程兩種技術，前者是對氣門開啟和關閉的技術控制，后者是對氣門開度的技術控制。
2.1 汽車發動機可變氣門正時技術
從許多實驗中觀察發現，汽車發動機運行時，氣門越多，發動機開啟的持續時間即正時和升程就會不斷變化，這種情況在低速駕駛或高速駕駛時都一樣，轉速會隨著氣門增加而加快，汽車一直在輸出功率，消耗能量，使得汽車出現嚴重費油現象。但現在已經廣泛使用可變氣門，較好地改變了這種情況，使得燃油系統經濟效益更高，提升運行質量和性能?？勺儦忾T的優勢需要通過多種技術的結合才可以很好地展現出來。
汽車發動機可變氣門正時技術具體運作方式是發動機工作時，打開氣門，當活塞運動快達到一個零界點時，執行排氣和進氣系統，使得它能夠達到那一點，產生氣門疊加，疊加會形成一個與汽車轉速有正比關系的疊加角。
汽車開啟時，氣門的開啟持續較長，如果轉速加快，會縮短開啟時間，氣門開閉速度變化將很快。汽車氧氣含量短時間內會降低，不利于穩定運行燃燒系統。通過利用汽車發動機正時技術，可以有效地解決和處理汽車的燃油系統問題，汽車各項信息可以被實時監測，氣門開閉可以被科學地控制，汽車可以正常駕駛。
2.2 汽車發動機可變氣門升程技術
一些汽車氣門比較遠，使得發動機在運行時由氣門產生的橫切面積就比較大，影響了進氣效率，會導致車內氧氣不足，進一步影響燃油的燃燒效率。慢速駕駛的汽車，進氣不足的話，會影響運轉。因此即使在慢速時，也要保證氣門開度夠大，更順暢地進氣，引入充足氧氣，使燃油系統穩定運行。
3 發動機可變氣門技術的現實應用
與國外相比，中國在這方面的研究成果與掌握的技術相對較弱，許多應用在國外品牌的汽車當中能看到的身影較多。例如保時捷911 的Variocam，寶馬的Valveronic，雷諾日產的連續可變氣門正時系統，英菲尼迪螺套與螺桿組合的VVEL 等等。
智能型的可變氣門在現實中也有應用。例如日本豐田汽車的VVT-i 型發動機，它的智能體現在能夠靈活自如地操縱氣門開閉，提高燃燒效率。但是它對氣門開度的控制卻束手無策，因此要引入VTEC 系統給予幫助。這里就不多加贅述。
4 結語
綜上所述，低速駕駛氣門排氣少，反之高速駕駛氣門排氣多，通過可變氣門的這種科學調整，使氣門開啟持續時間、氣門開度可以被控制，使汽車燃油充分燃燒，汽車性能高度提升。實際中聯合使用這兩種常用技術，真正實現可變氣門的應用。