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发动机基础知识储备之气门您该知道的那些事

2020-07-14 07:47    艾森ECUballbet贝博(北京运营中心)

自发动机的问世人们就没有停歇对他的改进,而我们也看到了一代又一代的新式发动机,排量从大到小各式各样,随着车辆的增加我们的迎来了可怕的能源危机,石油这个非可再生资源也被我们日复一日的掘取而慢慢枯竭,作为当代的我们也不的不为能源问题考虑,不的不为下一代留些资源。在工程是的努力下我们研发出了新型的节能型发动机,也带来了更多的节油技术,今天我们就为大家分享一下可变气门正时系统给我们带来的好处。

 

 

 

 

 

 

影响缸内充气的部件除了节气门和涡轮(或机增)外,还有气门。

通常所说的可变气门,包括了几种不同的可变:进气侧可变正时、进气侧可变升程、排气侧可变正时、排气侧可变升程。有些引擎只有其中的一种可变,有些引擎同时拥有其中的多种可变。所以不同引擎的“可变进气”技术,从结构上说并不一定相同。

可变气门正时的原理

  我们所熟悉的四冲程汽油机的工作原理。吸、压、功、排、四个工作行程,发动机的不断循环做功的大小跟节气门的开闭时间有着密不可分的作用。大家都知道,气门是由发动机的曲轴通过凸轮轴带动的,气门的配气正时取决于凸轮轴的转角。在普通的发动机上,进气门和排气门的开闭时间是固定不变的,这种固定不变的正时很难兼顾到发动机不同转速的工作需求,我们为了使发动机达到更高的效率通常我们是修改凸轮轴的α倾角以改变节气门的开闭时间,达到最快的做功时间从而产生更大的动能,而现在我们又有了可变气门正时就是更容易的解决这一的技术。

  可变气门正时技术在整个可变配气技术里,属于结构简单成本低的机构系统,它通过液压和齿轮传动机构,根据发动机的需要动态调节气门正时。可变气门正时不能改变气门开启持续时间,只能控制气门提前打开或推迟关闭的时刻。同时,它也不能像可变凸轮轴一样控制气门开启行程,所以它对提升发动机的性能所起的作用有限。



  在可变气门正时方面HONDA发动机具有一定得领先性他的发动机在低负荷运转情况下,小活塞在原位置上,三根摇臂分离,主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂,控制两个进气门的开闭,气门升量较少,其情形好像普通的发动机。虽然中间凸轮也推动中间摇臂,但由于摇臂之间已分离,其它两根摇臂不受它的控制,所以不会影响气门的开闭状态。但当发动机达到某一个设定的高转速(例如3500转/分时,本田S2000型跑车要达到5500转/分),电脑即会指令电磁阀启动液压系统,推动摇臂内的小活塞,使三根摇臂锁成一体,一起由中间凸轮驱动,由于中间凸轮比其它凸轮都高,升程大,所以进气门开启时间延长,升程也增大了。当发动机转速降低到某一个设定的低转速时,摇臂内的液压也随之降低,活塞在回位弹簧作用下退回原位,三根摇臂分开。这样一来就保证了您在低转速时对油耗的控制,同时满足你在发动机处于高转速下澎湃动力输出的需要。整个VTEC系统由发动机主电脑(ECU)控制,ECU接收发动机传感器(包括转速、进气压力、车速、水温等)的参数并进行处理,输出相应的控制信号,通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统,从而使发动机在不同的转速下由不同的凸轮控制,影响进气门的开度和时间。从而产生出您最希望获取的动力输出。

 


  自上世纪七八十年代意大利的阿尔法罗密欧率先将气门正时技术应用在量产车中。作为第一个开发出了双凸轮轴量产发动机的厂商,他们用两根不同的凸轮轴来控制进气气门和排气气门的开闭时间,从而达到了比单凸轮轴更为有效的效果。这家车厂一名叫Giampaolo Garcea的工程师发明了一个装置,就是在进气凸轮轴的主动链轮里加上一个设备,并由螺旋键槽将其与凸轮相连接,来改变气门的正时效果。它设计的发动机标准重叠时间为16度,但在发动机高速运转的时候,它可以将开启时间增加32度,从而使重叠时间扩大到48度。

  80年代,诸多企业开始投入了可变气门正时的研究,1989年本田首次发布了“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”,英文全称“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System,也就是我们常见的VTEC。此后,各家企业不断发展该技术,到今天已经非常成熟,丰田也开发了VVT-i,保时捷开发了Variocam,现代开发了DVVT几乎每家企业都有了自己的可变气门正时技术。一系列可变气门技术虽然商品名各异,但其设计思想却极为相似。
 


 可变升程 -

“可变升程”只表明了升程是可变的,并没有表明极限动力性能就一定比不可变的更好。

升程可能是两段可变,可能是三段可变,也可能是连续可变,由凸轮轴的形状决定,后期不可调。 每一段的具体升程是多少至关重要。 某一固定的升程值和正时值,只能在一个小范围内达到较好的容积效率(VE)、新气消耗率和比油耗。

通常来说,可变升程的设计初衷多是为了兼顾高、低转速,让扭矩平台更宽泛一些,让综合油耗和排放更低一些。

比如:老款不可变升程引擎的扭矩平台(假设取最大扭矩的90%)在3500-4300转。在新款可变升程的引擎上,低段的升程小于老款升程,高段的升程大于老款升程。

这样可以让扭矩平台两段都延伸一些,比如2500-4800转。

在中低转速范围内,较小的进气门升程(气门开口)可以让进气流速稍微高一些,利于歧管喷射引擎油气的混合。

在中高转速范围内,较大的气门升程可以减小泵气损失,并在高转速较短的进气时段内,让进气量尽量大一些。

- 可变正时 -

“可变正时”相比于“可变升程”来说,更灵活一些,其作用也更重要一些。

和升程一样,正时也影响着进气管路内压力波的频率和振幅。而且还起着匹配气门升程和控制缸内残余温度等任务。 一根凸轮轴的正时,是由其皮带(或链条)端的正时轮控制的,多为可在一定范围内随时连续调整。

 

 

 

仅以双凸轮轴引擎来说,对于同一根凸轮轴上的进(或排)气门来说,开始打开和开始关闭之间的曲轴角度差是固定的,不可改变,除非换凸轮轴。

所以,早打开就以为着早关闭,迟闭也就意味着迟开。

ECU根据计算出的负载、转速、歧管压力等诸多数据控制着进、排气的正时,旨在平衡多种数据的均衡适度。
其中的控制目标很多,逻辑和各个目标在不同工况下的权重比也是比较复杂的。所以,什么时候ECU会将什么样的指令值送至正时轮上的控制器阀,是个不太容易在文章中完全说清楚的。

常见的一些控制逻辑如下

低转速时,进气门会偏晚一些打开(关闭),以便让废气充分排出,减少废气向进气道内的回流,减少下一次燃烧时的残留废气和残余温度。这种策略可以让怠速和油耗都更低一些。
 2  高转速时,进气门会偏晚一些关闭(打开),以便让活塞在到达下止点(BDC)后还有一些新气可以冲入缸内。

 3  中等转速时,活塞到达下止点(BDC)后再冲入缸内的新气并不多,所以进气门会偏早一些关闭(打开),以减少活塞经过下止点后,新气向进气门外的返吐量。

 4  让进气歧管内的压力波正压到达进气门位置时,进气门已打开了一定的升程,而不是刚开始打开,这样可以让活塞下行抽吸新气的阻力更小些。

 5  让活塞刚开始从下止点上移时,排气门已打开了一定的升程,而不是刚开始打开,这样可以让废气向缸外排出时的阻力更小些。这样,对其它几个缸的运行阻力也会更小些。

 6  出现了爆震之后,进、排气门的重叠角更大一些,以将部分新气流经缸内后不参与燃烧,直接排出缸外,降低缸温。

 7  适度的气门重叠角有利于降低排放。其原理和废气再循环(EGR)类似,让部分废气参与到下一次燃烧过程中,降低燃烧时的峰值温度,减少氮氧化物。同时节气门开度也会适度加大,降低进气阻力。



推陈出新是每个厂家占领市场的主要手段,但是面对当今的能源危机新的皆有技术才是主要的砝码,各大厂家也在不遗余力的为节油下足本钱,发动机的各种节能技术层出不穷,可变气门正时技术只是众多中的一种,除了上述的这些技术之外,其他许多厂家也都有类似的可变气门正时技术,都是为了一个目的,只是原理有些大同小异。

 

 

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