发动机“呼吸”术： VVT技术细分详解

为了兼顾日益严格的排放法规和车主们油耗低动力足的要求，越来越多的新技术被各大汽车厂商加快步伐开发应用在发动机上。VVT-i，VTEC，DVVT，这些新鲜的名词诚然能带来销售和竞争各种优势，同时一个个的缩略语也让广大的车友车主车迷们有点眩晕，现在我们便对这些汽车“芯”宠来一个汇总讲解。 

    有问必答链接：问题1；问题2；问题3；问题4； 

    机构及工作原理： 

    为了更好了解这几项技术，在此首先对发动机的配气机构及相关术语进行简单介绍： 

    配气机构：它是控制气门开闭的机构，就如发动机气缸的呼吸器一样，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜充量的空气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。它一般由凸轮轴、凸轮、气门挺杆、气门和气门弹簧组成。 

    工作过程：曲轴通过链条或者皮带带动凸轮轴运转，凸轮工作面的旋转过程会顶压气门挺杆，随后气门顶杆就会推动气门向气缸内运动，从而气门被开打；凸轮工作面转过之后，气门会在气门弹簧的作用下回位，从而气门被关闭。 

    图1：4缸DOHC（双顶置凸轮轴）式发动机的气门驱动系统 

    气门正时与升程： 

    气门的开闭决定了气门正时（进排气门开闭的时间）与气门升程（气门打开的程度），这两个参数是影响发动机性能和充气效率的重要因素。发动机运转过程中，高速和低速时对气门正时的要求是不同的，如下图2所示，低速时应采用小的气门重叠角和升程，防止缸内新鲜空气倒流，以便增加低速扭矩，提高燃油经济性，而高速时却希望有大的气门升程气门重叠角，以便进入更多的混合气以满足高速时的动力性要求。

图2 气门正时、气门升程与发动机转速的理想关系

	进气门（关）	排气门（关）	气门重叠角	气门升程
高速	迟	早	大	大
地速	早	迟	小	小

    然而，传统的配气机构无法根据发动机的实际运转情况及时作出调整，这就导致在非设计工况时发动机无法发挥出最佳性能，于是利用可变配气系统调整气门正时与气门升程的技术便应运而生： 

    主流VVT技术归类分析 

    这里我们对这些技术分类进行一个简单的整理：

    从科学的意义和实现手段上严格分类应该是由上图而来的，但是目前市面上的各种可变配气执行机构被都习惯性称为VVT技术，有的仅仅气门正时可变，有的仅仅气门升程可变，而有的则是两者都可变。尽管VVT技术的实现手段和技术名称各不相同，但是目的都只有一个，就是使发动机在不同转速下有不同的气门重叠角或者气门升程，进而使得发动机高低转速的表现都趋近于完美。而目前市场的主流是VVT-i、i-VTEC与D-VVT技术。下面我们便来详细了解一下这几项技术的结构以及工作原理。 

    一、VVT-i 技术 
[报价 图片]1.0和天津特悦以及花冠上。它可以分为两种，一种是可以持续变进气凸轮相位角的叶片式，丰田PREVIA便安装此款。另一种是称为螺旋槽式，可以改变进气门和排气门，丰田凌志400、430等高级轿车安装此款。 

    1、叶片式VVT-i 

    叶片式VVT-i控制器可装置在进气凸轮轴或排气凸轮轴的前端（在此以在进气凸轮轴前端的控制器为例），由叶片、外壳、锁销构成。叶片固定在进气门凸轮轴上并一起旋转，正时齿轮与外壳固定，外壳内有油压室。

    图3 叶片式VVT-I工作原理 

    进气提前开启时：油液流向外壳的进气提前开启室，此室内油压升高，锁销解除锁止，叶片被压向进气门提前开启方向，使进气凸轮轴处于进气门提前开启状态；由于排气门的关闭时间不变，所以气门重叠角增加。 
    进气滞后开启时：机油控制阀右移，进气提前开启室内油液排出，进气凸轮轴向滞后开启的方向转动。机油控制阀根据ECU计算出的各个行驶条件下的最佳气门正时并发出指定动作的。 

    2、螺旋槽式VVT-i 

    螺旋槽式VVT-i控制器可以设置在进气侧皮带轮处，也可以设置在排气侧皮带轮处。此处以进气皮带轮侧的控制器展开，其包括固定在皮带轮上的外齿轮、与进气凸轮轴刚性连接的内齿轮，以及一个位于内齿轮与外齿轮之间的可移动活塞，活塞表面有螺旋形花键并可沿轴向移动，凸轮轴内部有供油油道。 

    图4 螺旋槽式VVT-I的工作原理 

    当机油压力施加在活塞的左侧，迫使活塞右移，由于皮带轮与外齿轮被正时齿带固定，因此凸轮轴旋转，使进气门的开启时间提前。 

    当机油排出压力消失时，活塞将左移，就会使进气凸轮轴延迟某个角度。当得到理想的配气正时，凸轮轴正时液压控制阀就会关闭油道使活塞两侧压力平衡，活塞停止移动。 

    二、DVVT（双VVT）技术 
[报价 图片]也匹配了双VVT技术，与旧款1.8L排量的4缸机进气VVT相比，最大功率由93千瓦/6000转提升到100千瓦/6000转，最大扭矩也由161牛米/4400转提高到175牛米/4200转。 

    三、i-VTEC技术 
[报价 图片]都采用了此技术，动力性与燃油性能都很出色， 1.3L与1.5L的最大功率分别为73KW、88 KW，百公里理论油耗分别为4L与5L左右。 

    而1995年，本田就开发出了进气门连续可变机构，之后VTEC的进排气门均可变，随后又推出了改进型i-VTEC。VTEC以及i-VTEC气门升程的控制，主要是依靠一套两个低速凸轮中间设置高速用凸轮的装置实现的：

    图5 本田i-VTEC的工作原理 

    低速工况下凸轮推动左右两侧的摇臂开闭气门，虽然高速凸轮同样旋转，中间摇臂也动作，但是由于与推动气门的两侧摇臂没有连结，所以与气门控制没有关系。发动机高速时，中间摇臂的活塞被油夜挤压后使两侧摇臂与中间摇臂连结成为一体，从而高速用凸轮推动左右两侧的摇臂，进而控制气门的开闭。i-VTEC凸轮相位的改变是通过安装在进气门凸轮轴上的皮带轮实现的。 

    总结： 

    面对这一系列各式各样的VVT技术，新的疑问也就接踵而至了：哪种技术最好呢？如果非要做个比较的话，我们可以得出这样的结论：两段式三段式的非连续可调不如CVVT，单独改变进气正时或者排气正时的VVT技术比起进排气一起调节的DVVT还是稍逊一筹；而气门升程与气门正时同时可调（i-VTEC）使得发动机的低负荷经济性和高负荷的动力性非常令人满意，但是动力输出的平顺性打了折扣。


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