什么是可变气门正时系统？

VVT-i    VVT-i 是丰田公司的智能可变气门正时系统的英文缩写，VVT-i 可连续调节气门正时，但不能调节气门升程。它的工作原理是：当发动机由低速向高速转换时，电子计算机就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮，这样，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转，从而改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。
    VTEC
    VTEC 全称是可变气门正时和升程电子控制系统，是本田的专有技术，它能随发动机转速、负荷、水温等运行参数的变化，而适当地调整配气正时和气门升程，使发动机在高、低速下均能达到最高效率。在VTEC系统中，其进气凸轮轴上分别有三个凸轮面，分别顶动摇臂轴上的三个摇臂，当发动机处于低转速或者低负荷时，三个摇臂之间无任何连接，左边和右边的摇臂分别顶动两个进气门，使两者具有不同的正时及升程，以形成挤气作用效果。此时中间的高速摇臂不顶动气门，只是在摇臂轴上做无效的运动。当转速在不断提高时，发动机的各传感器将监测到的负荷、转速、车速以及水温等参数送到电脑中，电脑对这些信息进行分析处理。当达到需要变换为高速模式时，电脑就发出一个信号打开VTEC电磁阀，使压力机油进入摇臂轴内顶动活塞，使三只摇臂连接成一体，使两只气门都按高速模式工作。当发动机转速降低达到气门正时需要再次变换时，电脑再次发出信号，打开VTEC电磁阀压力开头，使压力机油泄出，气门再次回到低速工作模式。
发动机油耗可以通过一扇门的运动来说明。门开启的大小和时间长短，决定了进出入的人流量。门开启的角度越大，开启时间越长，进出入的人流量越大，门开启的角度越小，开启时间越短，进出入的人流量就越少。在剧院入场看戏，要一个一个观众验票进场，就要控制大门的开启角度，有些匣道还设置栏杆，象地铁出入口一样。在剧院散场时要尽快疏散观众，就要撤除匣道栏杆，将大门完全打开。大门开启角度和时间决定人流量，这非常容易理解。同样的道理用于发动机上，就产生了气门升程和正时的概念。气门升程就好象门开启的角度，正时就好象门开启的时间。以立体的思维观点看问题，角度加时间就是一个容积空间的大小，它的大小决定了耗油量。
在实际运行中，汽车的运行负荷不可能一成不变，随着路面、速度和控制油门力度的不同，发动机负荷总是处在一个经常变化的状态之中，这个变化中的负荷影响着发动机的耗油量。当负荷大时，耗油量大，反之就少。一般汽车发动机耗油量是由节气门控制，它好象一扇门，通过节气门开启的角度和时间来控制混合比。在燃油电喷系统中，进入气缸的空气流量由节气门控制，节气门则由油门踏板控制。节气门开度越大空气流量越多，电控单元（ECU）再根据节气门位置传感器及其它位置传感器反馈来的信号来控制喷油器的喷油量。
但是，随着发动机气门增多和转速的增高，发动机的气门升程和正时如果不随着变化，在一些工况下会出现难以解决的矛盾，例如如何保证低转速时的扭矩输出和高转速时的功率输出及在这些工况下的燃油消耗等问题，用单个节气门控制的燃油供给方式是难以完满解决的。最好的方式就是采用多种可变化的形式“综合治理”，因此就有可变进气管道、可变压缩比和可变气门的升程和正时来解决这个问题，其中可变气门的升程和正时也就是可变式气门驱动机构，是目前汽车常见的一种新技术。设计者为了令汽车省油，千方百计从气门升程和正时这两个关键上做文章。
气门的升程和正时互相关联但又是两件事情。升程是气门开度的问题，它是指气门开启的间隙有多大；正时是气门开启关闭的时间问题，它是指气门开启、关闭的时刻。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”，即出现进气门和排气门同时开启的“重叠阶段”（见本栏目《气门可变驱动机构》），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。
从形式上看，可变气门升程和正时系统有多种运行方式，例如本田的“i-VTEC”系统和丰田的“VVT－i”系统，都是可变气门升程和正时系统（这两种装置本栏目都有介绍）。还有一种“停阀”（气门停止工作）的方式，就是根据发动机负荷工况，停止部分气门工作。例如本田发动机中的“H-VTEC”装置，每缸4气门中各有2个进、排气门，其中各有1个进、排气门在低、中转速内停止工作，变为2气门发动机；而在高转速内4个气门全部工作，系统通过调节液压气门挺杆内的液压来控制气门的运动。
可变进气系统
将六缸机的进气道分成前后两组，这就相当于两个三缸机的进气管，每个气缸有240°的进气冲程，各气缸之间不会有进气脉冲波的互相干扰。上述可变进气系统的效果在于：每个气缸都会产生空气谐振波的动力效应，而直径较大的空气室、中间的产生谐振空气波的通道同支管一起，形成脉冲波谐振循环系统。
    双脉冲进气系统示意图
    a)低速段（n﹤4400r/min）；b)高速段（n﹥4400r/min）
    当进气管中动力阀关闭时(见图3-95a)，可变进气管容积及总长大约为70cm的进气管，能在发动机转速n＝3300r/min时，形成谐振进气压力波，提高了充气效率，使转矩达到最大值。当发动机转速大于4000r/min时，进气管中便不能形成有效的进气压力波，于是动力阀门打开(见图3-95b)，两个中间进气通道便连接成一体。优化选择在每个气缸与总管连接的支管容积后，能形成高速(如：n＝4400r/min)下谐振进气脉冲波，使转矩值达到较高值。于是在n＝1500～5000r/min的范围内，转矩曲线变化平缓，如图3-96所示。
    采用可变进气系统后的转矩特性（六缸发动机）
    (2)四气门二阶段进气系统
    该进气系统由弯曲的长进气管和短的直进气管与空气室相连接，并分别连接到缸盖的两个进气门上，如图3-97所示。在发动机低、中速工况时由长的弯曲管向发动机供气；而在高速时，短进气管也同时供气(动力阀打开)，提高了发动机功率。
    在发动机低、中速工况(n﹤3800r/min)，动力阀关闭短进气管的通道(见图3-97a)。空气通过长的弯曲气道，使气流速度增加，并且形成较强的涡流，促进良好混合气的形成。此外，进气管的长度能够在进气门即将关闭时，形成较强的反射压力波峰，使进入气缸的空气增加。这都有助于提高发动机低速时的转矩。
    在发动机高速工况(n﹥3800r／min)，动力阀打开(见图3-97b)，额外的空气从空气室经过短进气管进入气缸，改善了容积效率，并且由另一气门进入气缸的这股气流，将低、中速工况形成的涡流改变成滚流运动，更能满足高速高负荷时改善燃烧的需要。
     四气门二阶段进气系统
    a)低速段；b)高速段
    (3)三阶段进气系统
    该进气系统由末端连在一起的两根空气室管组成，并布置在V形夹角之间。每根空气室通过3根单独的脉冲管连接到左侧或者右侧的气缸上。每一侧气缸形成独立的三缸机，各缸的进气冲程相位为均匀隔开的240°。两根空气室的人口处有各自的节流阀，在两根空气室中部有用阀门控制的连接通道，在空气室末端U形连接管处布置有两个蝶式阀门，如图3-98所示。
    三阶段进气系统
    a)低速（n﹤4000r/min）；b)中速（n﹥4000r/min）；c)高速（n﹥5000r/min）
    在发动机低速工况(n﹤4000r/min)(见图3-98a)，两空气室管之间的阀及高速工况用阀关闭。每根空气室管及与其相连接的3根脉冲进气管形成完整的谐振系统，将在一定转速工况下(如：n＝3500r/min)，将惯性及波动效应综合在一起，从而使充气效率及转矩达到峰值。当发动机转速高于3500r/min时，谐振压力波的波幅值变小，因此可变系统的效果也变差，相应地每个气缸的充气效率也变小。
    当发动机转速处于4000～5000r/min之间，即中速工况时(见图3-98b)，连接两根空气室的阀门打开，因此部分损坏了低速工况谐振压力波频率，然而却在转速为4500r/min的工况下，形成新的谐振压力波峰，从而使更多的空气或混合气进入气缸。
    当发动机转速进一步提高，如：达到5000r/min以上，于是短进气道中蝶阀打开(见图3-98c)，在两个空气室之间的短的及直接通道的空气流动，影响了第二阶段的惯性及脉冲效应。然而在高速范围(5000～6000r/min)内，通过各缸进气管的脉冲及谐振作用，建立了新的脉冲压力波及效果。于是三阶段的可变进气系统在三段转速范围内都能形成一个高的转矩峰值，从而提高了整个转速范围内的转矩，使转矩特性更平坦，数值更高
可变进气涡流控制系统
可变涡流控制系统，其就相当于“自然吸气式的增压”。通过节流门的控制，使发动机在不同工况下的进气形成不同的“进气涡流”，使由喷油器喷无的雾状燃油与空气更好的混合，保证燃烧最充分。
    在发动机上采用涡流控制阀系统，可根据发动机的不同负荷，改变进气流量去改善发动机的动力性能。进气孔纵向分为两个通道，涡流控制阀安装在通道内，由进气歧管负压打开和关闭，控制进气管空气通道的大小。发动机小负荷或以低于某一转速运转时，受ECU控制的真空电磁阀关闭，真空度不能进入涡流控制阀上部的真空气室，涡流控制阀关闭。由于进气通道变小，产生一个强大涡流，这就提高了燃烧效率，从而可节约燃油。当发动机负荷增大或以高于某一转速运转时，ECU根据转速、温度、进气量等信号将真空电磁阀电路接通，真空电磁阀打开，真空度进入涡流控制阀，将涡流控制阀打开，进气通道变大，提高进气效率，从而改善发动机输出功率。
     进气涡流可以促进汽油蒸发以及与空气的均匀混合，提高燃烧效率。电控进气涡流在某些轿车 （特别是采用稀燃技术的轿车）上应用较多。其结构是在进气口附近增设一涡流控制阀，通过 ECU采集转速、节气门开度、冷却水温等信号，并加以处理后控制其旋转角度，引导气流偏转产生涡流，调节涡流比，实现涡流控制。
新马自达3采用的可变进气涡流控制系统VTCS，在3750rpm以上停止动作以保证最大扭矩的实现。从其发动机扭矩曲线图上来看，新发动机在功率和扭距两方面都向低转速方面移动了。由于新发动机的功率曲线向低转速方面移动，在同样速度下转速更低。2000转时新机功率居然比老机要高15kW左右（50:35），新马在100公里时速只有2000转（老马100公里时是2500转），看来主要是为了5档省油。为了维持100公里时速，需要50kW左右的功率，老机的35kW显然是不可能维持100公里时速的。再看老机的功率曲线，是在2500转达到50kW。但新马6在发动机性能和燃油经济性上的提高，不能完全归功于VTCS技术，而是多种改进共同作用的结果。但VTCS的应用显然是其中不可忽视的重要技术之一。

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