氣門正時和氣門升程是什么意思？

 VTEC系統(tǒng)全稱是可變氣門正時和升程電子控制系統(tǒng)，是本田的專有技術(shù)，它能隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷、水溫等運行參數(shù)的變化，而適當(dāng)?shù)卣{(diào)整配氣正時和氣門升程，使發(fā)動機在高、低速下均能達到最高效率。+在VTEC系統(tǒng)中，其進氣凸輪軸上分別有三個凸輪面，分別頂動搖臂軸上的三個搖臂，當(dāng)發(fā)動機處于低轉(zhuǎn)速或者低負荷時，三個搖臂之間無任何連接，左邊和右邊的搖臂分別頂動兩個進氣門，使兩者具有不同的正時及升程，以形成擠氣作用效果。此時中間的高速搖臂不頂動氣門，只是在搖臂軸上做無效的運動。當(dāng)轉(zhuǎn)速在不斷提高時，發(fā)動機的各傳感器將監(jiān)測到的負荷、轉(zhuǎn)速、車速以及水溫等參數(shù)送到電腦中，電腦對這些信息進行分析處理。當(dāng)達到需要變換為高速模式時，電腦就發(fā)出一個信號打開VTEC電磁閥，使壓力機油進入搖臂軸內(nèi)頂動活塞，使三只搖臂連接成一體，使兩只氣門都按高速模式工作。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低達到氣門正時需要再次變換時，電腦再次發(fā)出信號，打開VTEC電磁閥壓力開頭，使壓力機油泄出，氣門再次回到低速工作模式

首先讓我們回顧一下和氣門正時（valve timing）有關(guān)的問題。

對于一臺4沖程發(fā)動機，按照很多人的理解，做功沖程末，活塞處于下止點時排氣門開始打開，
發(fā)動機進入排氣沖程，直到活塞到達上止點，排氣門關(guān)閉，進氣門打開，發(fā)動機進入吸氣沖程。
當(dāng)活塞正好運行一周重新回到下止點時，進氣門關(guān)閉，發(fā)動機進入壓縮沖程。這樣來理解氣門
的動作是否正確呢？差不多是吧。然而，可能和與人們的直覺不同的是，這樣的氣門正時效率
并不是最優(yōu)的。

讓我們先來考慮一下排氣門開啟的時機。如果比活塞到達下止點提前一點就開啟排氣門會怎么
樣呢？從直覺上，這時廢氣仍可推動活塞做功，如果打開排氣門開始排氣，此時氣缸內(nèi)的壓強
就會降低，能量的利用率也就降低了，發(fā)動機性能也會隨之下降。是這樣嗎？其實也不一定。
我們知道，排氣時活塞會壓迫廢氣從而反過來對廢氣做功，這個過程會消耗一部分發(fā)動機已經(jīng)
獲得的能量。如果在缸內(nèi)壓強相對較高時提前開始排氣，排氣過程就會更順暢，從而在排氣沖
程減少了能量消耗。這樣，一得一失，怎么才會最合算呢？考慮到活塞在下止點附近一定角度
內(nèi)垂直運動距離其實非常短，實際的發(fā)動機略微提前打開排氣門效果會更好一些。

再來看進氣門關(guān)閉的時機。如果在活塞越過下止點一定角度，開始壓縮沖程之后再關(guān)閉進氣門
如何呢？直觀的感覺可能是，這時活塞已經(jīng)開始上升，剛剛吸入的可燃混合汽豈不是又要被排
出去一部分？性能會不會下降？答案是：只要時機適當(dāng)，這樣做反而可以增加吸氣量，改善性
能。因為在吸氣沖程可燃混合汽被活塞抽入汽缸，進氣門附近的氣流速度可以高達每秒兩百多
米，而我們前面說過，在下止點附近活塞的垂直運動相對很慢，汽缸內(nèi)體積變化并不大。此時
進氣岐管內(nèi)的可燃混合汽靠慣性繼續(xù)沖入氣缸的趨勢還是占了上風(fēng)。

說到這里，對一些VVT技術(shù)有所了解的兄弟可能要不耐煩了：講了這么多，和VVT邊還沒沾呢！
不要急，還沒討論排氣門的關(guān)閉時機和進氣門的開啟時機呢：）這是大家可能都想到了，排氣
時同樣會形成高速氣流，如果排氣門也在活塞越過上止點一定角度之后再關(guān)閉，雖然活塞已經(jīng)
開始下降，排氣門附近的廢氣仍就會繼續(xù)排出。但是此時進氣門不是已經(jīng)開啟了嗎？廢氣難道
不會涌入進氣岐管？事實上，這又是個時機問題，燃燒室內(nèi)的廢氣渦流的方向決定了廢氣短時
間內(nèi)是不會流向排氣門對側(cè)的進氣門的，于是，一邊進氣一邊排氣的局面是完全可以實現(xiàn)的。
事情還可以更理想。由于大部分廢氣在排氣沖程中前期就已排出，并且在排氣岐管中形成了高
密度的高速氣流，沖向排氣管方向。這部分廢氣越是遠離氣缸，對于缸內(nèi)尚未排出的廢氣來說，
其需要填充的體積就越大，相應(yīng)的平均壓強也就越低。低到什么程度？低到活塞尚未到達上止
點之前，缸內(nèi)壓強可能就已經(jīng)低于進氣岐管內(nèi)可燃混合汽的壓強了。如此看來，進氣門也應(yīng)當(dāng)
提前一點開啟才好。



前邊講到了進氣門和排氣門同時打開的情況，也就是進氣門和排氣門的重疊。重疊持續(xù)的相對
時程可以用此間活塞運行的角度來衡量，這樣就可以拋開轉(zhuǎn)速，把它作為系統(tǒng)的固有特性來看
待了。重疊的角度通常都很小，可是對發(fā)動機性能的影響卻相當(dāng)大。那么這個角度多大為宜呢？
我們知道，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，每個汽缸一個周期內(nèi)留給吸氣和排氣的絕對時間也越短，但是前
面講到的進氣岐管或排氣岐管內(nèi)的氣流也越快。想想看，這時發(fā)動機需要盡可能長的吸氣和排
氣時間，而且也有有利條件可以利用，還猶豫什么？只要重疊的角度大一些不就行了？當(dāng)然，
也不能太大，前邊說了，這里有個時機問題，重疊角度太大肯定也不好，要不干脆讓進氣門和
排氣門同時開閉得了：）很顯然，這個時機是與轉(zhuǎn)速有關(guān)的，轉(zhuǎn)速越高，要求的重疊角度越大。
也就是說，如果配氣機構(gòu)的設(shè)計是對高轉(zhuǎn)速工況優(yōu)化的，發(fā)動機就容易得到較高的最大轉(zhuǎn)速，
也就容易獲得較大的峰值功率。但在低轉(zhuǎn)速工況下，這樣的系統(tǒng)重疊角度肯定就偏大了，廢氣
就會過多的瀉入進氣岐管，吸氣量反而會下降，氣缸內(nèi)氣流也會紊亂，ECU也會難以對空燃比
進行精確的控制，最終的效果是怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機構(gòu)只對低轉(zhuǎn)速工
況優(yōu)化，發(fā)動機的峰值功率就會下降。所以傳統(tǒng)的發(fā)動機都是一個折衷方案，不可能在兩種截
然不同的工況下都達到最優(yōu)狀態(tài)。

說到這里，我們終于和VVT的主題接近一些了。不過還是再耐心一下，前面講了半天，都只把
注意力放在發(fā)動機的動力性方面了，下面讓我們看看重疊角度對發(fā)動機的經(jīng)濟性和排放的影響。
可能大家都知道，發(fā)動機的油耗轉(zhuǎn)速特性曲線是馬鞍形的，轉(zhuǎn)速太高，超過了一定的范圍，可
燃混合汽的燃燒就會越發(fā)的不充分，發(fā)動機的經(jīng)濟性和排放特性都會惡化，尤其如今發(fā)達國家
的環(huán)保法規(guī)日益嚴格，問題就變得更加嚴重。于是，很多廠商就采用復(fù)雜的廢氣再循環(huán)（EGR）
裝置來改善發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速經(jīng)濟性和排放。顧名思義，EGR裝置的作用就是吸入部分廢氣，使
其中的尚未燃燒的可燃物質(zhì)有機會繼續(xù)燃燒，部分有害中間產(chǎn)物得以分解。不難想到，如果此
時將進氣門和排氣門的重疊角度調(diào)得高一點，略微超過原來所說的對動力性來講最合適的角度
一些，就會有部分廢氣和新鮮的可燃混合汽混合，提高了發(fā)動機的空燃比，使燃燒更充分，排
放更清潔。大家可能發(fā)現(xiàn)了，這簡直就是不需要額外裝置的EGR技術(shù)嘛！然而很不幸，這種偏
大的重疊角度設(shè)置，同樣使發(fā)動機難以提供令人滿意的低轉(zhuǎn)速性能。

好了，現(xiàn)在不用我說，大家也知道為什么我們?nèi)绱酥匾?SPAN lang=EN-US>VVT技術(shù)了吧！各個廠家的VVT技術(shù)千差
萬別，共同之處就是都要對氣門正時進行調(diào)節(jié)，使發(fā)動機在不同的轉(zhuǎn)速下進氣門和排氣門能有
不同的重疊角度，從而改善前面說的那些問題。
改變氣門正時可以有很多不同的方法，但最主要的無外乎兩大類，一類是改變凸輪軸的相位，
再一類就是直接改變凸輪的表面形狀。想想看就知道，改變凸輪的表面形狀哪可能容易呢？所
以第一類VVT比較容易實現(xiàn)些。
回到Valvetronic，它依然保留了Double VANOS可變進、排氣凸輪軸相位的氣門正時調(diào)節(jié)系
統(tǒng)，那么它又是如何實現(xiàn)對氣門升程進行連續(xù)調(diào)節(jié)的呢？BMW為此增加了一種額外的偏心軸，
凸輪軸則又通過一個額外的搖臂系統(tǒng)驅(qū)動傳統(tǒng)的氣門搖臂，并且該附加搖臂與氣門搖臂的接觸
的角度取決于附加偏心軸的相位。附加偏心軸的相位可以由一個ECU控制下的調(diào)節(jié)裝置來調(diào)整，
從而使附加搖臂的角度發(fā)生變化，這樣，對于相同的凸輪運動，傳遞到氣門搖臂上的反應(yīng)就可
以不同，氣門的升程也就會相應(yīng)發(fā)生變化。從BMW的資料看，Valvetronic系統(tǒng)對氣門開放時
程的影響應(yīng)當(dāng)不大，調(diào)節(jié)的只是氣門升程。不過，氣門開度很小的時候，氣體的進出效率是很
低的，如果考察氣門開度超過一定程度的持續(xù)角度，姑且稱之為有效的氣體交換時程，通常也
是隨氣門升程的增加而增加的。為了限制發(fā)動機的復(fù)雜度，目前實際應(yīng)用的Valvetronic系統(tǒng)
在氣門升程方面，調(diào)整的只是進氣門。盡管理論上類似系統(tǒng)也可以作用于排氣門，但那樣的話
整個配氣機構(gòu)就過于復(fù)雜了。就目前Valvetronic的發(fā)展情況來說，由于參與氣門運動的機件
還是太多，高轉(zhuǎn)速下機械能損耗就大，不利于提高發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)速。所以在提高升功率方面，
Valvetronic的表現(xiàn)是不及一些諸如VTEC之類的更簡單的氣門升程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的，它的優(yōu)勢在于
綜合能力，在于發(fā)動機經(jīng)濟性的提高。

如果說VVTL-i、i-VTEC和VarioCam Plus是融合了第一類和第二類VVT的話，Valvetronic在
可變氣門升程方面采用的方式似乎可以看作是獨辟蹊徑的第三條道路。還有其他的VVT嗎？有。
BMW的工程師強調(diào)對氣門升程進行調(diào)節(jié)，Rover的工程師則選擇了氣門的開放時程作為調(diào)整的
目標(biāo)。在Rover VVC中，由于凸輪可以受設(shè)計獨特的偏心輪驅(qū)動，其轉(zhuǎn)動并非勻速，這樣一來，
在調(diào)整氣門正時的同時，氣門的開放時程也發(fā)生了改變，盡管升程并沒有變化。VVC系統(tǒng)相當(dāng)
復(fù)雜，我也沒見過具體的結(jié)構(gòu)圖，對其具體原理也不太清楚，只知道它通常只用于調(diào)節(jié)進氣門，
而且可以做到連續(xù)的改變進氣門正時和開放時程。瘋狂的英國人！

本文寫到這里，還從來沒有提到Mercedes-Benz發(fā)動機的VVT技術(shù)呢，很多人會
感到奇怪了吧？其實盡管Mercedes-Benz發(fā)明了無數(shù)的電子技術(shù)，各種新配置總是層出不窮，
D-C在發(fā)動機方面卻一貫比較保守，目前為止，它的確在VVT領(lǐng)域走在了后面，大部分車型的
發(fā)動機實在是乏善可陳，還是多年未變的每缸三氣門SOHC結(jié)構(gòu)，也沒有使用任何VVT技術(shù)。所
以，Mercedes-Benz車在同級車中往往是升功率偏小，動力一般，油耗不低。然而世事無絕對，
最近我也注意到，在新款CLK等車型上，D-C也在暗暗的拋出猛料。不但順應(yīng)主流，改為使用
四氣門DOHC結(jié)構(gòu)，什么汽油直噴，雙火花塞，VVT全都一下子冒了出來。永遠不要低估D-C的
技術(shù)儲備，它的VVT是和Valvetronic一個水平的：兩個凸輪軸的運動通過三個搖臂系統(tǒng)復(fù)合
在一起，理論上，可以同時提供進、排氣門的正時、開放時程和升程調(diào)節(jié)。聽上去不錯？還
有呢！在D-C正在開發(fā)的另一套VVT系統(tǒng)中，發(fā)動機的凸輪軸被徹底的拋棄了，每個氣門，或
每幾個氣門的動作直接由專門的電磁系統(tǒng)驅(qū)動，ECU需要它們怎么動，它們就怎么動，這也正
是VVT技術(shù)追求的最高境界！相信各個大廠都有類似的努力吧！