汽車知識課堂：什么是可變氣門升程、可變氣門正時？

發(fā)動機就和我們的呼吸一樣，在不同的工況下我們要調(diào)整它的“呼吸”頻率。而可變氣門正時系統(tǒng)、可變氣門升程技術都是為此而服務的。

傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機的氣門升程是固定不可變的，也就是凸輪軸的凸輪型線只有一種，這就造成了該升程不可能使發(fā)動機在高速區(qū)和低速區(qū)都得到良好響應。傳統(tǒng)汽油機發(fā)動機的氣門升程——凸輪型線設計是對發(fā)動機在全工況下的平衡性選擇。其結果是發(fā)動機既得不到最佳的高速效率，也得不到最佳的低速扭矩。但得到了全工況下最平衡的性能。簡單的說，就是可以控制氣門開啟大小，從而控制進排氣量。

我們知道所謂的可變氣門正時技術，其功能主要是改變發(fā)動機氣門開啟和閉合的時間，以達到更合理的控制相應發(fā)動機轉速所需的空氣量，作用主要還是為了降低油耗，提高經(jīng)濟性。而發(fā)動機的實質動力表現(xiàn)卻是和單位時間內(nèi)進入到汽缸內(nèi)的氧氣量有關，可變氣門正時系統(tǒng)無法有效改變這一點，因此它對動力的提升幫助不大?？勺儦忾T升程正是利用控制氣門開啟大小，進而控制進氣量，滿足不同工況下對氧氣量的需求。改善發(fā)動機高速功率和低速扭矩。

氣門正時是指發(fā)動機氣門開啟的時間，而可變氣門正時可以控制發(fā)動機氣門開啟時間，是一種用于汽車活塞式發(fā)動機中的技術。VVT技術可以調(diào)節(jié)發(fā)動機進氣排氣系統(tǒng)的重疊時間與正時（其中一部分或者全部），降低油耗并提升效率。那么VVT（可變氣門正時）技術是如何工作的呢？它又是怎樣達到提升效率、節(jié)約燃油的效果呢？

當發(fā)動機處在高轉速區(qū)間時，四沖程發(fā)動機的一個工作沖程僅需千分之幾秒，這么短的時間往往會引起發(fā)動機進氣不足和排氣不凈，影響發(fā)動機的效率。因此，就需要通過氣門的早開和晚關，來彌補進氣不足和排氣不凈的缺憾。這種情況下，必然會出現(xiàn)一個進氣門和排氣門同時開啟的時刻，配氣相位上稱為“氣門重疊角”。

氣門重疊的角度往往對發(fā)動機性能產(chǎn)生較大的影響，那么這個角度多大為宜呢？我們知道，發(fā)動機轉速越高，每個氣缸一個工作循環(huán)內(nèi)留給吸氣和排氣的絕對時間也越短，因此要達到更高的充氣效率，就需要延長發(fā)動機的吸氣和排氣時間。顯然，當轉速越高時，要求的氣門重疊角度越大。但在低轉速工況下，過大的氣門重疊角則會使得廢氣過多的瀉入進氣端，吸氣量反而會下降，氣缸內(nèi)氣流也會紊亂，此時ECU也會難以對空燃比進行精確的控制，從而導致怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機構只對低轉速工況進行優(yōu)化，那么發(fā)動機的就無法在高轉速下達到較高的峰值功率。所以為了解決這個問題，就要求配氣相位可以根據(jù)發(fā)動機轉速和工況的不同進行調(diào)節(jié)，高低轉速下都能獲得理想的進、排氣效率，這就是可變氣門正時技術開發(fā)的初衷。

雖然可變氣門正時技術在各個廠商的稱謂略有不同，但是實現(xiàn)的方式卻大同小異。以豐田的VVT-i技術為例，其工作原理為：該系統(tǒng)由ECU協(xié)調(diào)控制，發(fā)動機各部位的傳感器實時向ECU報告運轉情況。由于在ECU中儲存有氣門最佳正時參數(shù)，所以ECU會隨時對正時機構進行調(diào)整，從而改變氣門的開啟和關閉時間，或提前、或滯后、或保持不變。簡單的說，VVT系統(tǒng)就是通過在凸輪軸的傳動端加裝一套液力機構，從而實現(xiàn)凸輪軸在一定范圍內(nèi)的角度調(diào)節(jié)，也就相當于對氣門的開啟和關閉時刻進行了調(diào)整。

目前，可變氣門正時技術幾乎已成為當今發(fā)動機的標準配置，為了進一步挖掘傳統(tǒng)內(nèi)燃機的潛力，工程人員又在此基礎上研發(fā)出可變氣門升程技術，即可以控制氣門開啟角度。當二者有效的結合起來時，則為發(fā)動機在各種工況和轉速下提供了更高的進、排氣效率。進一步提升動力和降低油耗。

可變氣門正時和升程技術可以使發(fā)動機的“呼吸”更為順暢自然。發(fā)動機的氣門通常由凸輪軸帶動，對于沒有可變氣門正時技術的普通發(fā)動機而言，進、排氣們開閉的時間都是固定的，但是這種固定不變的氣門正時卻很難顧及到發(fā)動機在不同轉速和工況時的需要。前面說過發(fā)動機進、排氣的過程猶如人體的呼吸，不過固定不變的“呼吸”節(jié)奏卻阻礙了發(fā)動機效率的提升。

如果你參加過長跑比賽，就能深刻體會到呼吸節(jié)奏的把握對體能發(fā)揮的重要性——太急促或刻意的屏息都可能增加疲勞感，使奔跑欲望降低。所以，我們在長跑比賽時往往需要不斷按照奔跑步伐來調(diào)整呼吸頻率，以便時刻為身體提供充足的氧氣。對于汽車發(fā)動機而言，這個道理同樣適用?？勺儦忾T正時和升程技術就是為了讓發(fā)動機在各種負荷和轉速下自由調(diào)整“呼吸”，從而提升動力表現(xiàn)，提高燃燒效率。

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