一文讀懂發(fā)動機可變氣門原理

前面已經(jīng)了解過發(fā)動機的基本構造和動力來源。其實發(fā)動機的實際運轉速度并不是一成不變的，而是像人跑步一樣，時而急促，時而平緩，那么調節(jié)好自己的呼吸節(jié)奏尤其重要，下面我們就來了解一下發(fā)動機是怎樣“呼吸”的。

● 凸輪軸的作用

簡單來說，凸輪軸是一根有多個圓盤形凸輪的金屬桿。這根金屬桿在發(fā)動機工作中起到什么作用？它主要負責進、排氣門的開啟和關閉。凸輪軸在曲軸的帶動下不斷旋轉，凸輪便不斷地下壓氣門（搖臂或頂桿），從而實現(xiàn)控制進氣門和排氣門開啟和關閉的功能。

● OHV、OHC、SOHC、DOHC代表什么意思？

在發(fā)動機外殼上經(jīng)常會看到SOHC、DOHC這些字母，這些字母到底表示的是什么意思？OHV是指頂置氣門底置凸輪軸，就是凸輪軸布置在氣缸底部，氣門布置氣缸頂部。OHC是指頂置凸輪軸，也就是凸輪軸布置在氣缸的頂部。

如果氣缸頂部只有一根凸輪軸同時負責進、排氣門的開、關，稱為單頂置凸輪軸（SOHC）。氣缸頂部如果有兩根凸輪軸分別負責進、排氣門的開關，則稱為雙頂置凸輪軸（DOHC）。

底置凸輪軸的凸輪與氣門搖臂間需要采用一根金屬連桿連接，凸輪頂起連桿從而推動搖臂來實現(xiàn)氣門的開合。但過高的轉速容易導致頂桿折斷，因此這種設計多應用于大排量、低轉速、追求大扭矩輸出的發(fā)動機。而凸輪軸頂置可省略頂桿簡化了凸輪軸到氣門的傳動機構，更適合發(fā)動機高速時的動力表現(xiàn)，頂置凸輪軸應用比較廣泛。

● 配氣機構的作用

配氣機構主要包括正時齒輪系、凸輪軸、氣門傳動組件（氣門、推桿、搖臂等），主要的作用是根據(jù)發(fā)動機的工作情況，適時的開啟和關閉各氣缸的進、排氣門，以使得新鮮混合氣體及時充滿氣缸，廢氣得以及時排出氣缸外。

● 什么是氣門正時？為什么需要正時？

所謂氣門正時，可以簡單理解為氣門開啟和關閉的時刻。理論上在進氣行程中，活塞由上止點移至下止點時，進氣門打開、排氣門關閉；在排氣行程中，活塞由下止點移至上止點時，進氣門關閉、排氣門打開。

那為什么要正時呢？其實在實際的發(fā)動機工作中，為了增大氣缸內的進氣量，進氣門需要提前開啟、延遲關閉；同樣地，為了使氣缸內的廢氣排的更干凈，排氣門也需要提前開啟、延遲關閉，這樣才能保證發(fā)動機有效的運作。

● 可變氣門正時、可變氣門升程又是什么？

發(fā)動機在高轉速時，每個氣缸在一個工作循環(huán)內，吸氣和排氣的時間是非常短的，要想達到高的充氣效率，就必須延長氣缸的吸氣和排氣時間，也就是要求增大氣門的重疊角；而發(fā)動機在低轉速時，過大的氣門重疊角則容易使得廢氣倒灌，吸氣量反而會下降，從而導致發(fā)動機怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。

固定的氣門正時很難同時滿足發(fā)動機高轉速和低轉速兩種工況的需求，所以可變氣門正時應運而生。可變氣門正時可以根據(jù)發(fā)動機轉速和工況的不同而進行調節(jié)，使得發(fā)動機在高低速下都能獲得理想的進、排氣效率。

影響發(fā)動機動力的實質其實與單位時間內進入到氣缸內的氧氣量有關，而可變氣門正時系統(tǒng)只能改變氣門的開啟和關閉的時間，卻不能改變單位時間內的進氣量，變氣門升程就能滿足這個需求。如果把發(fā)動機的氣門看作是房子的一扇“門”的話，氣門正時可以理解為“門”打開的時間，氣門升程則相當于“門”打開的大小。

● 豐田VVT-i可變氣門正時系統(tǒng)

豐田的可變氣門正時系統(tǒng)已廣泛應用，主要的原理是在凸輪軸上加裝一套液力機構，通過ECU的控制，在一定角度范圍內對氣門的開啟、關閉的時間進行調節(jié)，或提前、或延遲、或保持不變。

凸輪軸的正時齒輪的外轉子與正時鏈條（皮帶）相連，內轉子與凸輪軸相連。外轉子可以通過液壓油間接帶動內轉子，從而實現(xiàn)一定范圍內的角度提前或延遲。

● 本田i-VTEC可變氣門升程系統(tǒng)

本田的i-VTEC可變氣門升程系統(tǒng)的結構和工作原理并不復雜，可以看做在原來的基礎上加了第三根搖臂和第三個凸輪軸。它是怎樣實現(xiàn)改變氣門升程的呢？可以簡單的理解為，通過三根搖臂的分離與結合一體，來實現(xiàn)高低角度凸輪軸的切換，從而改變氣門的升程。

當發(fā)動機處于低負荷時，三根搖臂處于分離狀態(tài)，低角度凸輪兩邊的搖臂來控制氣門的開閉，氣門升程量小;當發(fā)動機處于高負荷時，三根搖臂結合為一體，由高角度凸輪驅動中間搖臂，氣門升程量大。

● 寶馬Valvetronic可變氣門升程系統(tǒng)

寶馬的Valvetronic可變氣門升程系統(tǒng)，主要是通過在其配氣機構上增加偏心軸、伺服電機和中間推桿等部件來改變氣門升程。當電動機工作時，蝸輪蝸桿機構會驅動偏心軸發(fā)生旋轉，再通過中間推桿和搖臂推動氣門。偏心輪旋轉的角度不同，凸輪軸通過中間推桿和搖臂推動氣門產生的升程也不同，從而實現(xiàn)對氣門升程的控制。

● 奧迪AVS可變氣門升程系統(tǒng)

奧迪的AVS可變氣門升程系統(tǒng)，主要通過切換凸輪軸上兩組高度不同的凸輪來實現(xiàn)改變氣門的升程，其原理與本田的i-VTEC非常相似，只是AVS系統(tǒng)是通過安裝在凸輪軸上的螺旋溝槽套筒，來實現(xiàn)凸輪軸的左右移動，進而切換凸輪軸上的高低凸輪。

發(fā)動機處于高負荷時，電磁驅動器使凸輪軸向右移動，切換到高角度凸輪，從而增大氣門的升程;當發(fā)動機處于低負荷時，電磁驅動器使凸輪軸向左移動，切換到低角度凸輪，以減少氣門的升程。