改革開放至今40 年,時光如川奔流,市場紛繁多變,在這40 年的光輝歲月里,中國的汽車行業(yè)親身經(jīng)歷和見證這一過程,并且從中受益頗深、不斷進(jìn)步成長。但同時不可避免的是,在推進(jìn)中國汽車行業(yè)進(jìn)步的同時,也涌現(xiàn)了許多問題。其中難以攻關(guān)的就是關(guān)于汽車發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)問題,質(zhì)量較差的發(fā)動機(jī)性能不好,耗油量大,對消費(fèi)者來說經(jīng)濟(jì)成本高,廠家就難以銷售,終其產(chǎn)品就會被淘汰。同時多次強(qiáng)調(diào)建設(shè)生態(tài)中國,堅持可持續(xù)發(fā)展,環(huán)境保護(hù)意識已經(jīng)深入人心,逐漸成為全民共識。為了國民與政府的需求,發(fā)動機(jī)燃油的缺陷必須亟待解決。雖然中國在汽車發(fā)動機(jī)方面一直落后于其他發(fā)達(dá)國家,但唯有砥礪前行,方可成功。本文總結(jié)了當(dāng)前的汽車發(fā)動機(jī)可變氣門技術(shù)(目前比較有效的改善發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)的技術(shù))為中國創(chuàng)造提供一些理論支撐,因此本文在理論上和現(xiàn)實上具有雙重意義。
1 可變氣門技術(shù)
1.1 可變氣門技術(shù)的發(fā)展歷史
為了能夠順利地運(yùn)行發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng),發(fā)動機(jī)氣門需要加強(qiáng)對相關(guān)零件的有力控制和有效管理。如果一個汽車發(fā)動機(jī)只裝置一個氣門的話,解決汽車發(fā)動機(jī)內(nèi)的燃油供給問題就顯得很困難和繁雜。有工程師嘗試通過可變氣門的使用來處理這一問題,發(fā)現(xiàn)對汽車有效果*的性能提升作用,可以很好地促進(jìn)發(fā)動機(jī)及汽車行業(yè)的發(fā)展,于是研究發(fā)動機(jī)可變氣門已經(jīng)成為發(fā)動機(jī)工程師的不變課題。
從發(fā)動機(jī)研制之初汽車發(fā)動機(jī)工程師們苦苦探索與追求對發(fā)動機(jī)的可變氣門控制,早在1880 年,英國工程師Dugald Clerk 先生就研制出一種發(fā)動機(jī)可變機(jī)構(gòu),但不足的地方也很明顯,它只用于改善煤氣發(fā)動機(jī),使用范圍小。
后來的一百年間,各國汽車電動機(jī)發(fā)明家陸續(xù)申請了許多項發(fā)明,但可惜很多都無法用于實際操作中。直到1983 年,Alfa Romeo 公司研制出支持支持雙凸輪軸兩氣門發(fā)動機(jī)使用的兩點(diǎn)式可變氣門發(fā)動機(jī),并且將其批量投入生產(chǎn)。后人也將自己的技術(shù)成果投入實際應(yīng)用,但效果還不是特別令人滿意,主要表現(xiàn)在制造費(fèi)用高、操作自由性和范圍小、復(fù)雜程度高、高速駕駛時效果差等方面。
在科技水平與理論知識的雙重支持下,可變氣門正式技術(shù)克服難題,逐漸在汽車發(fā)動機(jī)市場占主導(dǎo)地位。目前,可變氣門正時技術(shù)在*都已經(jīng)廣泛使用,它成為設(shè)計發(fā)動機(jī)氣門的標(biāo)配。但精益求精,發(fā)動機(jī)工程師們繼續(xù)研究,更上一層樓,更深地挖掘了內(nèi)燃機(jī)的潛力,發(fā)明了可變電氣門升程技術(shù)。一般采用兩種技術(shù)相結(jié)合,其使用效果更佳。
1.2 可變氣門技術(shù)的實現(xiàn)途徑
可變氣門技術(shù)的實現(xiàn)途徑比較多,為了理解簡單,可以用不同的分類標(biāo)準(zhǔn)。
以有無凸輪軸為標(biāo)準(zhǔn),可以分類為基于凸輪軸、無凸輪軸。
以控制的位置為標(biāo)準(zhǔn),可以分類為六類可變氣門機(jī)構(gòu)。類能夠改變皮帶或鏈條輕松緊邊長度的曲軸與鏈輪間機(jī)構(gòu)、第二類控制鏈輪與凸輪軸間機(jī)構(gòu)、第三類控制凸輪軸機(jī)構(gòu)、第四類控制凸輪軸與從動件機(jī)構(gòu)、第五類控制從動件機(jī)構(gòu),以及后第六類以電磁、電液、電氣或電機(jī)驅(qū)動的無凸輪軸機(jī)構(gòu)。
1.3 可變氣門技術(shù)的分類
根據(jù)不同的控制參數(shù),將多種多樣的可變氣門技術(shù)總分為兩大類,即可變氣門正時技術(shù)與可變氣門升程技術(shù)。在實際行駛過程中,為了提升動力性能,更好地節(jié)省燃油和費(fèi)用,正時和升程是可以變化使用的,這就是可變氣門的可變意義。
正時指控制氣門的開關(guān)及閉合,可變氣門正時技術(shù)可以再往下分類,按氣門開啟延續(xù)時間的變化狀況的不同可分為相位、相位與持續(xù)期這兩種可變氣門系統(tǒng);升程是指控制氣門開合程度即改變升程,可變氣門升程技術(shù)也可以向下再按定時與持續(xù)期可分類為升程與定時、升程單獨(dú)可變這兩種可變氣門系統(tǒng)。
一般來說,想要通過可變氣門提升動力性能,從改變升程和正時切入,具體是把氣門升得更高一些,氣門開啟時間延長。在車輛慢速行駛的情況下,需要縮短氣門的開啟時間,并且把氣門的升程降低一些。
汽車行業(yè)的許多廠家可能采取各種不同的可變氣門機(jī)構(gòu),但都逃脫不開基本的通過改變正時、升程、正時和升程來實現(xiàn)控制氣門的目的。因為無論是汽缸的進(jìn)氣量還是汽缸的排氣量都是與氣門的升程和正時息息相關(guān),升程和正時對他們起決定性作用。
2 可變氣門正時技術(shù)與可變氣門升程技術(shù)
氣門正時和升程兩種技術(shù),前者是對氣門開啟和關(guān)閉的技術(shù)控制,后者是對氣門開度的技術(shù)控制。
2.1 汽車發(fā)動機(jī)可變氣門正時技術(shù)
從許多實驗中觀察發(fā)現(xiàn),汽車發(fā)動機(jī)運(yùn)行時,氣門越多,發(fā)動機(jī)開啟的持續(xù)時間即正時和升程就會不斷變化,這種情況在低速駕駛或高速駕駛時都一樣,轉(zhuǎn)速會隨著氣門增加而加快,汽車一直在輸出功率,消耗能量,使得汽車出現(xiàn)嚴(yán)重費(fèi)油現(xiàn)象。但現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用可變氣門,較好地改變了這種情況,使得燃油系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益更高,提升運(yùn)行質(zhì)量和性能??勺儦忾T的優(yōu)勢需要通過多種技術(shù)的結(jié)合才可以很好地展現(xiàn)出來。
汽車發(fā)動機(jī)可變氣門正時技術(shù)具體運(yùn)作方式是發(fā)動機(jī)工作時,打開氣門,當(dāng)活塞運(yùn)動快達(dá)到一個零界點(diǎn)時,執(zhí)行排氣和進(jìn)氣系統(tǒng),使得它能夠達(dá)到那一點(diǎn),產(chǎn)生氣門疊加,疊加會形成一個與汽車轉(zhuǎn)速有正比關(guān)系的疊加角。
汽車開啟時,氣門的開啟持續(xù)較長,如果轉(zhuǎn)速加快,會縮短開啟時間,氣門開閉速度變化將很快。汽車氧氣含量短時間內(nèi)會降低,不利于穩(wěn)定運(yùn)行燃燒系統(tǒng)。通過利用汽車發(fā)動機(jī)正時技術(shù),可以有效地解決和處理汽車的燃油系統(tǒng)問題,汽車各項信息可以被實時監(jiān)測,氣門開閉可以被科學(xué)地控制,汽車可以正常駕駛。
2.2 汽車發(fā)動機(jī)可變氣門升程技術(shù)
一些汽車氣門比較遠(yuǎn),使得發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時由氣門產(chǎn)生的橫切面積就比較大,影響了進(jìn)氣效率,會導(dǎo)致車內(nèi)氧氣不足,進(jìn)一步影響燃油的燃燒效率。慢速駕駛的汽車,進(jìn)氣不足的話,會影響運(yùn)轉(zhuǎn)。因此即使在慢速時,也要保證氣門開度夠大,更順暢地進(jìn)氣,引入充足氧氣,使燃油系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
3 發(fā)動機(jī)可變氣門技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用
與國外相比,中國在這方面的研究成果與掌握的技術(shù)相對較弱,許多應(yīng)用在國外品牌的汽車當(dāng)中能看到的身影較多。例如保時捷911 的Variocam,寶馬的Valveronic,雷諾日產(chǎn)的連續(xù)可變氣門正時系統(tǒng),英菲尼迪螺套與螺桿組合的VVEL 等等。
智能型的可變氣門在現(xiàn)實中也有應(yīng)用。例如日本豐田汽車的VVT-i 型發(fā)動機(jī),它的智能體現(xiàn)在能夠靈活自如地操縱氣門開閉,提高燃燒效率。但是它對氣門開度的控制卻束手無策,因此要引入VTEC 系統(tǒng)給予幫助。這里就不多加贅述。
4 結(jié)語
綜上所述,低速駕駛氣門排氣少,反之高速駕駛氣門排氣多,通過可變氣門的這種科學(xué)調(diào)整,使氣門開啟持續(xù)時間、氣門開度可以被控制,使汽車燃油充分燃燒,汽車性能高度提升。實際中聯(lián)合使用這兩種常用技術(shù),真正實現(xiàn)可變氣門的應(yīng)用。
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