氣門正時系統

近幾十年來，基於提高汽車發動機動力性、經濟性和降低排污的要求，許多國家和發動機廠商、科研機構投入了大量的人力、物力進行新技術的研究與開發。目前，這些新技術和新方法，有的已在內燃機上得到應用，有些正處於發展和完善階段，有可能成為未來內燃機技術的發展方向。

合理選擇配氣正時，保證最好的充氣效率ηv，是改善發動機性能極為重要的技術問題。分析內燃機的工作原理，不難得出這樣的結論：在進、排氣門開閉的四個時期中，進氣門遲閉角的改變對充氣效率ηv影響最大。進氣門遲閉角改變對充氣效率ηv和發動機功率的影響關係可以通過圖1進一步給以說明。

中每條充氣效率ηv曲線體現了在一定的配氣正時下，充氣效率ηv隨轉速變化的關係。如遲閉角為40°時，充氣效率ηv是在約1800r/min的轉速下達到最高值，說明在這個轉速下工作能最好地利用氣流的慣性充氣。當轉速高於此轉速時，氣流慣性增加，就使一部分本來可以利用氣流慣性進入汽缸的氣體被關在汽缸之外，加之轉速上升，流動阻力增加，所以使充氣效率ηv下降。當轉速低於此轉速時，氣流慣性減小，壓縮行程初始時就可能使一部分新鮮氣體被推回進氣管，充氣效率ηv也下降。

不同充氣效率ηv曲線之間，體現了在不同的配氣正時下，充氣效率ηv隨轉速變化的關係。不同的進氣遲閉角與充氣效率 ηv曲線最大值相當的轉速不同，一般遲閉角增大，與充氣效率ηv曲線最大值相當的轉速也增加。遲閉角為40°與遲閉角為60°的充氣效率hv曲線相比，曲線最大值相當的轉速分別為1800r/min和2200r/min 。由於轉速增加，氣流速度加大，大的遲閉角可充分利用高速的氣流慣性來增加充氣。

改變進氣遲閉角可以改變充氣效率ηv曲線隨轉速變化的趨向，以調整發動機扭矩曲線，滿足不同的使用要求。不過，更確切地說，加大進氣門遲閉角，高轉速時充氣效率ηv增加有利於最大功率的提高，但對低速和中速性能則不利。減小進氣遲閉角，能防止氣體被推回進氣管，有利於提高最大扭矩，但降低了最大功率。因此，理想的氣門正時應當是根據發動機的工作情況及時做出調整，應具有一定程度的靈活性。顯然，對於傳統的凸輪挺桿氣門機構來說，由於在工作中無法做出相應的調整，也就難於達到上述要求，因而限制了發動機性能的進一步提高。

Passat B5轎車選用2.8升V6發動機，該發動機對可變氣門正時進行了特別設計。從俯視觀察，排氣凸輪軸安裝在外側，進氣凸輪軸安裝在內側。曲軸通過齒形皮帶首先驅動排氣凸輪軸，排氣凸輪軸通過鏈條驅動進氣凸輪軸。Passat B5發動機所應用的可變氣門正時系統，是通過微機控制可變氣門調節器上升和下降獲得齒形皮帶輪與進氣凸輪（進氣門）的相對位置變化，這種結構屬於凸輪軸配氣相位可變結構，一般可調整20。～30。曲軸轉角。由於這種機構的凸輪軸、凸輪形線及進氣持續角均不變，雖然高速時可以加大進氣遲閉角，但是氣門疊開角卻減小，這是它的缺點。

日本本田汽車公司在1989年推出了其自行研發的“VTEC”技術，英文全稱“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System”，即“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統”，是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程的氣門控制系統。與普通4氣門發動機相比，VTEC發動機同樣是採用每缸4氣門（2進2排），但卻有著自己鮮明的特點，即它並未採用慣用的雙凸輪軸結構，而是仍然採用了單凸輪結構，但在採用VTEC系統后，使得單凸輪軸原本簡單的結構變得較為複雜。雖然同樣是採用凸輪軸和搖臂等元件，但凸輪與搖臂的數目及控制方法卻較其他發動機有很大不同。除了原有控制2個氣門的一對凸輪和和一對搖臂外，該系統增加了一個較高的中間凸輪及相應的搖臂，3個搖臂內部裝有由液壓控制移動的小活塞。發動機低速時，小活塞在原位置上3個搖臂分離，2個凸輪分別推動相應的2個搖臂，控制2個進氣門的開閉，氣門升程較小。雖然中間凸輪也推動中間搖臂，但由於搖臂之間已分離，其它2個搖臂不受它的控制，所以不會影響氣門的開閉狀態。但當發動機達到某一設定的高轉速時，發動機電腦會指令電磁閥啟動液壓系統，推動搖臂內的小活塞，使3個搖臂連成一體，一起由中間凸輪驅動。由於中間凸輪比其它凸輪高，升程大，所以進氣門開啟時間延長，升程隨之增大。當發動機轉速降低到某一設定的低轉速時，搖臂內的液壓也隨之降低，活塞在回位彈簧作用下退回原位，3個搖臂分開。

整個VTEC系統由發動機電腦控制，發動機電腦接收轉速、進氣壓力、車速及冷卻液溫度等信息並進行處理，輸出相應的控制信號，通過電磁閥調節搖臂活塞液壓系統，從而使發動機在不同的轉速工況下由不同的凸輪控制，改變進氣門的開度和時間。