可变配气正时控制机构

图为雷诺的可变配气正时控制机构。在凸轮轴与正时齿轮之间有两个液压室。一个为高压油区一个为低压油区。因此，只要调节两个油区之间的压力差，就能改变配气正时角了。而两个油区的油压是通过上图所标示的油压控制阀调节的。油压调节阀实质上就是一个电磁阀，通过电脑传输过来的脉冲电流来控制阀门的通断。当高压油路（图中红色的通道）接通时，整个油室处于加压状态，根据图中红色箭头的方向很容易判断，此时配气正时被推迟，重叠角增大，适用于低转速；当电磁阀控制黄色区域压力高于红色区域压力时，凸轮轴会如图中黄色箭头所示，提前一个角度，这样重叠角减小，适用于高转速。下图能更直观的表现这一工作过程：注：“图中蓝色部分是凸轮轴末端，白色部分是正时齿轮”。对于可变配气正时控制，虽然各大车厂的名字叫法各不相同，但其功能作用和控制方法多为大同小异，所以了解了这些控制方式和性能特征，对于车型的选择也可以重新定位。我国汽车工业起步较晚，所以技术比较落后。由于这种技术结构复杂，成本相对比传统技术要高一些，所以国内车厂大多没有使用这些技术，他们的配器机构都是传统设计。但也有少数厂家，引进了这些先进的发动机控制技术，比如现在广州本田雅格2.4，新奥德塞2.4，还有东风本田CR-V上使用的I-VTEC发动机都使用了这些技术。在家用经济型车中，广本飞度的1.5VTEC发动机是唯一使用了可变配气技术的车型。可变配气技术详解（3）除了配气会影响发动机吸气效率外，还有一个不容忽视的影响进气的因素就是进气管。不论是纯空气还是空气和汽油的混合物，都可以看成是有一定质量的流体，而流体是在进气管中流过的，根据流体力学和震动学的原理来优化进气管的设计对于提高发动机的吸气效率是非常重要的。具体方法有：把进气歧管内壁加工得非常光滑来减小气阻，也可以设计特殊的进气道形状让流体阻力得到优化，还可以减小空气滤清器的吸气阻力等等。这些都是传统对进气管的优化方法，现在大部分车都是这样做的。这里我们来介绍一种技术含量更高的进气道优化方法——可变进气管长度技术。首先让我门来看看进气歧管的长度对汽车的进气有哪些影响吧。大家都知道，4行程发动机是曲轴每旋转两圈为一个周期，而这个周期的1/4的时间是用来进气的，也就是说在一个周期内1/4的时间进气门打开，剩下的3/4的时间进气门是关闭的。这就造成进气管内的空气存在一定的进气频率。所以我们不妨把它假设成震动来进行分析。根据震动学的原理，当震动物体的震动周期和频率与他的固有周期和固有频率频率相同时，震动能量最大，震动波叠加，这就是人们常说的共振。对于震动的物体而言共振的能量是最大的。那么如果把进气看成是震动，那么当发动机的吸气频率与进气管中空气的固有频率相同时，进气能量最大。但发动机的吸气频率是随发动机转速的变化而变化的。当发动机转速高时，吸气频率也高；当发动机转速降低时，吸气频率就随之降低了。那怎么样才能让进气管内的空气的固有频率能与发动机的吸气频率保持一致呢？最可行的办法就是改变进气管的长度。当发动机处于低转速时使用长进气管，因为进气管越长，空气在管内的震动频率越低，只要长度与转速相匹配就能得到最大的进气能量；反过来说，当发动机处于高转速时，由于吸气频率高，所以就要换上较短的进气管来提高空气在进气管内的固有频率，得到最大的进气能量。所以就需要设计一套可以让进气管长度变化的系统来达到这一目的，那么可变进气管长度技术就诞生了。如下图就是可变进气管长度的控制机构：当发动机在2000转左右时电脑控制进气管长度控制阀关闭，让空气先流经螺旋形状的长进气管后再进入汽缸，此时为长进气管状态。当发动机转速上升到5000转时，进气管长度控制阀打开，让空气不经螺旋管道而直接进入到汽缸，此时为短进气管状态。（如下图）图为奔驰SLK发动机的进气管设计。该设计就是用的控制阀来控制进气管的长度，目前多数车厂喜欢采用这种机构控制。但也有使用其他控制方式的（如下图）：图为宝马新7系的发动机进气管设计，从图中可以看出，他不是采用控制阀来切换进气管的长度，而是在进气管中间设计了一个可以旋转的转子，当这个转子旋转一定角度后进气管的长度就发生了改变，同样达到了优化进气的目的。有了这套系统，发动机就能在高低转速时都能保持良好的进气效率，进气效率提高了发动机的整个工作效率也就提高了。随之而来的就是节能，环保以及动力输出线性，扭力分布均匀等优点了前文已经介绍了可变气门行程，可变配气正时，可变进气管长度技术，这篇文章介绍配气和进气系统中最后一个需要可变参数的技术：可变进气歧管截面积技术。别听这名字这么长这么绕口，其实道理很简单。就同上文介绍的可变气门行程的道理一样，发动机在低转速时为了能够增强汽缸内的负压，而使用短行程的进气门设置。可变进气歧管截面积技术也是为了发动机低转速时提高缸内负压而设计的可变机构。根据流体力学的原理，在其他参数不变的情况下，管道的截面积越大流体压力越小；管道截面积越小流体压力越大。这就象高压水枪的管口一样。高压水枪的出水口直径要比高压水管的直径小很多倍，所以水流的压力也上升了很多倍，这样才能把水推到很远的距离。根据这一原理，再分析发动机各个工况的工作特性，就需要我们设计一套机构能在发动机高转速时使用较大的进气歧管截面积提高进气流量；在发动机低转速时使用较小的进气歧管截面积，提高汽缸的进气负压，也能在汽缸内充分形成涡流，让空气跟汽油更好的混合。下图是不同进气歧管截面积下发动机进气情况的模拟：图中所视的是发动机在低转速时，使用不同进气歧管截面积情况下的进气情况模拟。图（1）表示的是进气歧管截面积较大时汽缸的吸气状况和气门关闭后缸内气体混合情况。图（2）表示的是进气歧管截面积较小时汽缸的吸气状况和气门关闭后缸内气体的混合情况。从图中很容易看出，图（2）的吸气效率更高，吸入缸内的混合气更多，而且缸内更容易形成涡流，气门关闭后空气与汽油的混合更加充分。有了这些可靠的实验数据，在配气机构中设计一套可以随发动机转速变化的可变进气歧管截面积的机构就显得由为必要了。现在大多数发动机都采用了多气门设计，主流发动机使用的每缸4气门设计（两进两排），也有极少数厂家使用每缸5气门设计（三进两排）。我们就以主流的4气门为例。由于有两个进气门，那就意味着有两跟进气歧管。所以要改变进气歧管的截面积实现起来就比较容易了。我们只需要在其中一个进气歧管中装入一个可随电脑控制开闭的气阀，就能控制该歧管的使用状况了。当发动机处于高转速时，改气阀打开，这时两根进气歧管同时进气，获得大流量的混合气体；当发动机处于低转速时，该气阀关闭，理论上可以看成是使用一根进气歧管进气。这样进气歧管的截面积就减小了一倍。能获得更好的进气负压和混合气涡流，发动机的工作效率在高转速和低转速时都得到了提高。如下图就是进气歧管截面积的控制方法：宗上所述，现代发动机与传统发动机相比。主要技术区别就是在自动控制方面的大力提高。随着电子行业的飞速发展，嵌入式技术有了很大的提高。在可靠性，响应速度，数据处理方面，都能达到汽车各个工况的要求。在自动控制技术的帮助下，传统发动机的很多不可变参数，如今已经可以在计算机的控制下随行车状况的改变而改变。以往设计师们需要左右兼顾的设计矛盾，如今已经在计算机的帮助下实现各个工况的最佳配合。上世纪的汽车技术，是建立在大排量，多缸，多气门上的。可以遇见，未来的汽车发展方向应该是机构控制的自动化和操作的智能化。