浅论可变气门控制为主的汽车发动机特有技术

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【摘 要】 为了使发动机在高转速时能提供较大的功率，在低转速时又能产生足够的扭矩，现代轿车发动机广泛采用可变气门控制系统，它能根据发动机的运转状况而改变配气相位或气门升程。本文重点介绍了可变气门控制系统的工作原理，并以本田VTEC发动机为例对该技术的应用进行分析说明。

【关 键 词】 可变气门控制；发动机；技术

为了使发动机在高转速时能提供较大的功率，在低转速时又能产生足够的扭矩，现代轿车发动机广泛采用可变气门控制系统，它能根据发动机的运转状况而改变配气相位或气门升程。本田轿车可变气门控制系统能同时控制配气相位和气门升程。

一、系统作用与结构

本田轿车可变气门控制系统的作用，是根据发动机转速和负荷的变化来控制气门机构的工作，改变驱动同一气缸两进气门工作的凸轮，以调整进气门的配气相位及升程，实现单进气门工作和双进气门工作的切换，从而改变气门升程和配气相位。本田轿车可变气门控制系统的结构如图 1 所示。它主要由凸轮轴、进气摇臂总成和正时板等组成。

二、系统工作原理

本田轿车可变气门控制系统工作原理如图 2 所示。

当发动机低速运转时，电磁阀不通电使油道关闭，三个摇臂彼此分离，主凸轮通过摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆；次凸轮的升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量关闭。配气机构处于单进气门、双排气门的工作状态，单进气门由主凸轮轴驱动。

当发动机高速运转时，ECU 向系统电磁阀供电，使电磁阀开启，来自油道的机油压力作用在正时活塞一侧，此时两个活塞分别将主摇臂、次摇臂与中间摇臂接成一体，成为一个组合摇臂。此时，中间凸轮升程最大，组合摇臂受中间凸轮驱动，两个进气门同步工作。

当发动机转速下降到设定值，ECU切断电磁阀电流，正时活塞一侧油压下降，各摇臂油缸孔内的活塞在回位弹簧作用下，三个摇臂彼此分离而独立工作。

三、典型的以可变气门控制为主的发动机特有技术

如果发动机的气门升程和气门正时不随着发动机气门数量的增多及发动机转速的增高而变化，则难以保证低转速时扭矩输出、高转速时功率输出，以及这些工况下燃油消耗等问题。可变气门的升程和正时就是可变式气门驱动机构，是目前汽车常见的一种新技术，近年来该技术被广泛应用于现代轿车上。

本田的vtec（可变气门正时及升程电子控制系统）是一个能同时控制气门开闭时间和气门开度的控制系统，整套vtec系统由ecu控制，ecu根据发动机各个传感器，包括转速传感器、进气压力传感器、车速传感器及水温传感器等传来的信号进行指令，通过电磁阀的调整摇臂，实现特定的凸轮和摇臂运转，以实现控制气门开闭时间和升程的功能。一般汽车发动机每缸气门组只由一组凸轮驱动，而VTEC系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的自动操纵，进行自动转换。采用VTEC系统，保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求，使发动机无论在何速率运转都达到动力性、经济性与低排放的最佳状态。

本田VTEC发动机与众不同的地方就是是凸轮与摇臂的数目及控制方法。它是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。通过计算机控制的气门正时和气门升程系统，可以大大提高发动机的燃烧效率和性能。本田公司在它的几乎所有的车型当中都使用了VTEC技术。

四、结语

气门的升程和正时互相关联但又是不同的两回事，它们都决定了进气量的大小，但气门的正时涉及到配气相位上的“重叠阶段”，即出现进气和排气门同时开启的“重叠阶段”，这在任何工况阶段都会出现，可变气门正时就是要按照负荷的变化控制气门进气时间由短到长呈线性变化，使发动机的动力输出顺畅平滑，减少油耗，而气门升程是改变发动机的动力水平。整体说来，可变气门控制技术使现动机技术越来越高，是汽车飞速发展的又一里程碑，可以预见，未来的汽车发展方向应该是机构控制的自动化。

【参考文献】

[1]徐涛，詹樟松，吴学松，钟睿. 可变气门升程技术现状及发展趋势[J]. 内燃机，2013，06：1-5.

[2]叶锦，李道飞，王雷，徐焕祥，俞小莉. 气动-内燃混合动力系统的电液可变气门研究[J]. 机电工程，2013，08：914-918+951.

作者简介：邢小俊（1986―），男，内蒙古呼和浩特市人，职称：助理工程师，发展方向热能与动力工程。