浅析发动机可变气门技术

【摘要】

现代汽车对发动机的动力性、经济性和环保性等性能要求越来越高。随着科技的发展，发动机的新技术也层出不穷，发动机可变控制技术的发展也日趋完善。技术的更新使发动机在燃油经济性和动力性之间找到了平衡点，使现代汽车的发动机在拥有良好的燃油经济性和环保性能的情况下，又不失动力性。本文通过对发动机可变控制技术中可变气门正时的现状、原理、特点进行研究，使我们能更好的认识发动机的可变气门正时控制系统，加强对可变气门正时技术研发的人力和资金投入，并进行合理的组织管理，支持国内品牌的研究开发工作，使我国相关产业技术水平达到甚至超过国际水平。

【关键词】

发动机 可变气门 研究

1. 导言

汽车作为人们的代步工具，它的发展史不过100多年。现代汽车发动机是集各种产业为一体，是现代科学技术的结晶。目前，汽车工业的发展正在面临着两个主要问题——能源的枯竭与环境的污染。满足当代社会的汽车，需要在不牺牲汽车动力学、经济性的同时，而且还要满足环保、安全等要求。为了达到这一目的，新的技术层出不穷，本文主要对发动机可变气门进行研究。在目前市售的主流家用车当中，发动机气门正时技术已经日渐普及，包括一些采用自主技术的厂家。追溯起来，最早在气门正时上做文章的汽车厂家是意大利的阿尔法罗密欧，他们率先采用了两根凸轮轴来分别控制进气和排气的气门，也就是我们今天说的DOHC双顶置轮轴。近四十年的发展历程中，可变配气技术已经不再是什么难题，各大厂商也都在这一技术领域取得了自己的成绩。

传统的发动机气门正时系统，是一种配气相位即气门开启和关闭都一成不变机械系统，这种配气系统很难满足发动机在多种工况对配气的需要，不能满足发动机在各种转速工况下均输出强劲的动力要求。而可变气门正时系统是一种改变气门开启时间或开启大小的电控系统，通过在不同的转速下为车辆匹配更合理的气门开启和关闭，来增强车辆扭矩输出的均衡性，提高发动机功率并降低车辆的油耗。

2. 可变气门技术气门驱动机构类型

可变气门正时机构按结构特点和驱动方式的不同，可分为凸轮驱动机构和无凸轮驱动机构两大类。凸轮驱动可变配气相位机构研究时间相对较长，机构相对简单可靠，在汽车上已广泛应用（无凸轮驱动多为全可变气门结构，目前还在研究阶段）。

3. 可变气门技术调节效果

从调节效果上看，可变配气定时技术可以分为只改变配气定时的正时类，只改变气门升程的升程类，以及配气定时—升程均改变的综合类。

4. 可变气门技术的发展趋势

在进、排气门开、闭的四个阶段中，进气门迟闭角和进、排气门叠开角对发动机的充气效率有较大的影响，以进气门迟闭角为例：当发动机转速较低时，进气门迟闭角过大，新鲜充量被向上止点运动的活塞推回到进气管，这是因为活塞到下止点时，缸内压力与进气管压力相近；当发动机转速高时，允许有较大的进气门迟闭角，这是因为活塞到下止点时缸内压力远低于进气管压力，可以获得较多的过后充量。

为了实现配气机构的最大可能的多自由度的可变，利用电磁阀进行驱动的开发也在进行中，这种系统能对气门开启角实现各种角度的可变，将来也可能实现批量生产，但从成本方面来说，可能还不能完全取代现行的可变配气机构。目前大多数发动机使用机械式气门系，这种驱动形式的有效性、可靠性强，但是缺点也很明显：不能改变气门正时、延续时间和进气门升程。随着汽油直喷式发动机、混合动力发动机的不断推出以及排放法规的强化等，为了解决上述问题，可变配气机构得到了广泛的应用。伴随着发动机的高性能化，可变配气机构作为一个重要的手段正变得越来越必要和不可缺少，连续可变配气凸轮轴相对于传统可变配气技术凸轮轴。

（1）无凸轮驱动

无凸轮驱动可变配气相位机构可分为电磁驱动可变配气相位机构、电液驱动可变配气相位机构、电气驱动可变配气相位机构以及其他驱动方式的可变配气相位机构。

（2）电磁驱动

电磁驱动可变配气相位机构是利用电磁铁产生的电磁力驱动气门；电液驱动可变配气相位机构是利用一种压缩性较小流体的弹性特征对气门的开启和关闭起加速和减速的作用，对内燃机气门正时、气门升程和气门运动速度提供了连续的可变控制；电气驱动可变配气相位机构与前者的工作原理相似，只不过所用的介质是空气。

在未来的发动机开发过程中，无凸轮轴可变气门正时技术将成为研究与应用的主流，它将集成在ECU中，高效可靠地发挥提高发动机输出功率和扭矩、降低排放和燃油消耗的双重作用。

5. 小结

节气门可变控制系统是以后汽车的发展必然趋势，由于我国可变气门正时技术的研发水平距离世界水平有较大的差距，使得国外产品占据了我国汽车市场几乎全部份额，这势必会影响我国汽车工业的健康发展。因此，我国有必要加强对可变气门正时技术研发的人力和资金投入，并进行合理的组织管理，支持国内品牌的研究开发工作，使我国相关产业技术水平达到甚至超过国际水平，为我国汽车工业的健康发展作出贡献。

参考文献

[1] 刘玉梅. 汽车节能技术与原理[M].北京：机械工业出版社，2010.3

[2] 于志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009.3

作者简介：

杜贵涛（1990-），男，河南周口人，从事汽车专业教学工作，研究方向为汽车检测。