异曲同工之妙 3种可变气门升程技术介绍

　　可变气门

　　汽车发动机气门正时的机构和技术，也叫连续可变气门正时系统，当今高性能发动机普遍配备该系统。该系统通过配备的控制及执行系统，对发动机凸轮的相位或者气门生程进行调节，从而达到优化发动机配气过程的目的。

　　原理

    因为高转速下与低转速下，气门的正时角对发动机经济性和  可变气门动力的影响是明显的，高转速下可以充分利用进气惯性而提就进气量和扫气效率，所以气门早开晚闭，低转速反之，现在的发动机大多有这个技术。

    市面上在售的车型中，已经有很大部分的发动机装配了可变气门正时系统，包括我们熟悉的多款自主品牌车型在内，虽然各个厂商和车型间的技术水平还不是很高，但整体来看可变气门正时系统已经成为了比较大众化的技术而显得有些习以为常了。

    但我们知道所谓的可变气门正时技术，其功能主要是改变发动机气门开启和闭合的时间，以达到更合理的控制相应发动机转速所需的空气量，作用主要还是为了降低油耗，提高经济性。而发动机的实质动力表现却是和单位时间内进入到汽缸内的氧气量有关，可变气门正时系统无法有效改变这一点，因此它对动力的提升帮助不大。

    既然可变气门正时系统无能为力，那现在就该轮到本文的主角可变气门升程系统登场了。相比可变气门正时，气门升程系统目前还比较少见，尤其是连续可变气门升程技术更是只掌握在几个大厂商手中的绝密技术，因此我们能买到的装备可变气门升程系统的车型也不多。下面就让我们来看看有哪些车型可供选择。

阅前说明：

    本文将主要介绍三大厂商的可变气门升程系统，但由于各自技术差异以及品牌层次不同，本文涉及的车型档次差别较大，因此我们只做技术性分析而各车型间并无对比之意，请各位网友注意。

本田可变气门升程技术：VTEC、i-VTEC
应用车型：国内所有在售本田及讴歌车型

 

『本田和讴歌的众多车型的发动机均装配了VTEC或i-VTEC系统』

    本田是早将可变气门升程技术应用到车载发动机上的厂商，而且不同于其它厂商先使用可变气门正时，后追加可变气门升程技术的做法，本田的工程师在研发项目之初就将这两种技术同步进行。结构简单、设计巧妙是本田可变气门升程机构的特点，具体工作方式我们下文会有介绍。

    不过令人有些遗憾的是，虽然已经投产多年但本田的可变气门升程技术目前似乎没有太大进步，依然还停留在只有两段或三段可调的程度（根据车型不同，具体技术有差别），而像菲亚特、丰田、日产和宝马这些可变气门升程技术领域的后来者都已经研发出自己的连续可变气门升程技术。不过现在也有消息传出，本田也研发出了自己的连续可变气门升程及正时系统AVTEC，只是还没有正式开始使用。

『思域搭载的R18A单顶置凸轮轴发动机』

    在此我们简单介绍一下VTEC及i-VTEC系统中可变气门升程机构的工作方式。本田及讴歌目前在国内发售的车型共有SOHC及DOHC两种结构的发动机，它们虽然都配有VTEC或i-VTEC系统，但具体实现方式不太相同。

    飞度、锋范以及思域搭载的都是本田的R系列发动机，采用的是SOHC单顶置凸轮轴结构，两个进气气门和两个排气气门均由一根凸轮轴驱动。首先要说明的是目前大部分可变气门升程技术都被应用在进气气门端，本田的R系列也不例外。

    我们从上图中可以看到，两个进气气门摇臂中间还有一个特殊的摇臂，它对应的是凸轮轴上的一个高角度凸轮，而在发动机低转速时两个进气摇臂和这个特殊摇臂是分离的、互无关系，进气摇臂只由低角度凸轮驱动，因此进气气门打开的升程较小，这有助于提高低转速时的燃油经济性。但当发动机达到一定转速时，由电子液压控制的连杆会将两个进气摇臂和那个特殊摇臂连接为一体，此时三个摇臂就会同时被高角度凸轮驱动，而气门升程也会随之加大，单位时间内的进气量更大，从而发动机动力更强。

『雅阁和思铂睿搭载的2.4升DOHC双顶置凸轮轴发动机』

    除了小型车和紧凑型车使用的R系列，国内本田的思铂睿、雅阁和CR-V的2.4L车型均搭载的是DOHC双顶置凸轮轴结构的K系列发动机，同样都装备了可变气门升程技术。此外本田的VTEC系统可在DOHC双顶置凸轮轴发动机的进排气端均进行气门升程的调节，不过这功能并非所有本田DOHC发动机均有，只限定某些车型。

『本田的可变气门升程功能可在进排气端均起作用 但这只限定于某些型号的发动机』

    工作原理和R系列发动机的进气端完全相同，都是通过三根摇臂的链接与分离实现的，不过既然排气气门升程也可得到提升，就表示高转速下排气效果将更高，可以更默契的和提高效率的进气气门协作来增强发动机的动力输出。

　　凸轮轴上依然布置有高速凸轮与低速凸轮，但由于本田引擎的气门由摇臂驱动。控制高低速凸轮切换的是一组结构复杂的摇臂，通过传感器测出引擎转速，传送到ECU进行控制，并由ECU发出指令控制摇臂。

　　简单地说，就是这套摇臂能够根据转速不同自动选取1进1排的2气门工作或者2进2排的4气门工作，从而让发动机在高低速工况下都能顺畅自如。

　　通常，转速低于3500rpm时，各有一支进气、排气凸轮工作，此时发动机近似为一台2气门发动机，这样的好处是，能够增加负压，利于进气；转速超过3500rpm时，液压系伺服系统接到发动机中央控制器ECU指令，对摇臂内机油加压，压力机油推动定时柱塞移动，使得同步柱塞将高速摇臂与主副摇臂刚性连接，此时低速凸轮虽然转动，但处于空转状态，并不参与工作，从而4支活塞共同工作，以适应高速运转。

    通过上面的介绍我们能看到本田的可变气门升程系统结构并不复杂，工程师利用第三根摇臂和第三个凸轮即实现了看似复杂的气门升程变化。但这一原理也是羁绊本田可变气门升程技术进步的瓶颈，因为不可能在凸轮轴上加上更多的凸轮来实现更多级的调节，因此日产和宝马都另辟蹊径，而且终都实现了让气门升程连续可变，下面我们一起来看看日产是如何做到的。

日产可变气门升程技术：VVEL
应用车型：英菲尼迪G37、英菲尼迪FX50

『目前VVEL技术只应用在日产高端品牌英菲尼迪的两款车型上』

    日产是可变气门升程领域的后来者，多年来日产车型上都没有这项功能的身影。但2007年末，随着第四代G37的上市，日产也终于发布了自己的可变气门升程技术VVEL，这项技术就被装备在G37的VQ37VHR发动机上，而VQ37VHR也是2008年沃德十佳发动机的得主。随后上市的FX50的那台VK50VE发动机是第二款使用VVEL的发动机。同时日产也有计划将VVEL普及到自己的低端车型上。

    本田的VETC是利用不同的凸轮来实现不同转速下气门升程的改变，而日产则是在驱动气门运动的摇臂上做文章。为了实现连续可变这个功能就必须研发出一种可无级改变工作状况的机构，日产的VVEL系统利用一个简单的螺杆和螺套达到了这个目的。

　　在凸轮轴与正时齿轮之间有高压油区和低压油区。只要调节两个油区之间的压力差，就能改变配气正时角了。两个油区的油压通过油压控制阀调节的。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，凸轮轴顺时针偏转一定角度，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，凸轮轴逆时针偏转一定角度，配气正时被提前，这样重叠角减小，适用于高转速。

『可实现VVEL连续可变气门升程技术的独特摇臂结构』

    螺杆我们可以理解为日常生活中常见的螺栓，而螺套就是拧在螺栓上的螺母，螺母随着转动就可沿着螺栓上的螺纹上下运动，换个角度来看这就是一种无级调节方式。日产的工程师就是将一组螺杆（螺栓）和螺套（螺母）加到了发动机的气门摇臂上来使气门升程连续（无级）可变的。

 

    具体实现方法也很简单，在此我们不得不佩服这些工程师的奇思妙想。首先车载电脑根据当前的发动机转速来决定螺套的所在位置，那个黑色的直流马达就是用来驱动螺套的。而螺套由一根连杆与控制杆相连，螺套的横向移动可以带动控制杆转动，控制杆转动时上面的摇臂随之转动，而摇臂又与link B（连杆B）相连，摇臂逆时针转动时就会带动link B去顶气门挺杆上端的输出凸轮，输出凸轮就会顶起气门来改变气门升程。如果没看明白请把本段结合上面两张图再看一遍，应该不难理解。

    日产的这套VVEL连续可变气门升程系统在一定范围内（这个范围的大小由螺杆的长度和输出凸轮的角度来决定）可实现无级连续调节，针对不同的发动机转速都有相应的气门升程，这种形式无疑更加灵活自主，不过目前VVEL系统只应用在进气端，因此还存在进化的余地。而日产也宣布将在2010年把VVEL技术应用到自己的大部分车型上，对此我们十分期待。

宝马可变气门升程技术：Valvetronic
应用车型：国内在售的除M3和M5外的宝马车型

 

『宝马的Valvetronic被装备在绝大多数宝马车型上』

    相比日产的VVEL，宝马的Valvetronic可变气门升程技术更加为人所知，这是宝马于2001年发布的自家可变气门升程技术，被广泛应用在宝马发动机上，目前国内在售的除M3及M5外的宝马车型的发动机均有此功能。和日产的VVEL一样，宝马的Valvetronic也是目前少数可以实现连续可变的气门升程技术之一。

 

    宝马的Valvetronic系统同样是依靠改变摇臂结构来控制气门升程。传统的发动机大多都是利用凸轮轴上的凸轮挤压摇臂带动气门挺杆来使气门上下运动，而宝马的工程师在凸轮轴与传统摇臂间加装了一根偏心凸轮轴（上图红色部分），利用偏心凸轮轴上的凸轮位置的改变来实现气门升程的改变。

　　宝马采用的是电机驱动的方式，电机的周相运动通过蜗杆传动齿轮，准变为摇臂的控制角度变化，然后在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。通过改变摇臂的角度即可改变气门的行程。由于采用了电机控制，在ECU指令下电机能够“无极”变化角度，使得气门升程的改变并不影响引擎工作，没有顿挫感，也更能有针对性地对每个转速范围进行细致的配气分析。

    日产的VVEL的作用范围取决于螺杆长度，而宝马的Valvetronic的气门升程范围则由偏心凸轮的角度及高度而定，据介绍，这套系统可以将气门升程增加10mm，这对高转速下增大进气量是很有帮助的。

    发动机工作时，电脑根据发动机转速控制这个偏心凸轮的角度，当它向右旋转到头时，气门摇臂也被顶在了靠下的位置，此时气门开启的幅度。

    虽然都是改变凸轮轴与气门挺杆间的摇臂机构，但宝马的Valvetronic和日产的VVEL设计思路完全不同，可谓异曲同工。但是目前也有人认为宝马的这套系统结构有些复杂，在高转速极限状态下的作用并不理想，这也是M3和M5的高转速发动机不用Valvetronic的原因。同时和VVEL一样，Valvetronic目前也只应用在发动机的进气端，因此研发出更强大、更轻巧的新型Valvetronic系统也许正是宝马现在在做的事情。

总结：

    除了本文介绍的这三家厂商外，菲亚特、奥迪、保时捷、丰田、三菱以及斯巴鲁也各自通过自己的技术探索实现了发动机气门升程可变的功能，但总体来看这项技术目前在国内还远远没有达到普及的程度，希望随着中国市场的壮大，各大合资厂商能尽快将的技术引进到国内在售车型上，更希望我们的自主品牌能尽早研发出属于自己的同类技术。