发动机为什么需要进气?
气体处理系统
发动机工作时,驾驶员通过油门踏板控制油门的开度,从而改变进气量,控制发动机的运转。进入发动机的空气经空气滤清器过滤掉灰尘等杂质后,流经空气流量计,沿节气门通道进入动力室,通过进气歧管分配到各缸;当发动机怠速运转时,一些空气绕过节气门,通过附加空气阀或怠速控制阀进入气缸。
可变气门正时技术可以分为两类:可变气门正时和可变气门冲程。
首先我们来说一个普通发动机的配气机构。大家都知道气门是由发动机的曲轴通过凸轮轴驱动的,气门正时取决于凸轮轴的旋转角度。在发动机运转的时候,我们需要让更多的新鲜空气进入燃烧室,让废气尽可能的排出燃烧室。最好的解决办法是让进气门提前打开,排气门晚点关闭。这样,在进气冲程和排气冲程之间,进气门和排气门会同时开启,这种进气门和排气门的重叠称为气门重叠角。在普通发动机上,进气门和排气门的开启和关闭时间是固定的,气门重叠角也是固定的,是根据实验得到的最佳气门正时,在发动机运转过程中不能改变。然而,发动机转速对气缸中的进气、排气流量和燃烧过程有影响。转速高时,进气流速高,惯性能量大,所以希望进气门早一点开,晚一点关,让新鲜气体顺利充入气缸,尽可能多的混合气或空气。相反,当发动机转速低时,进气流量低,流动惯性能量也小。如果进气门开启过早,由于此时活塞正在向上排气,很容易将新鲜空气挤出气缸,使进气量变少,发动机工作不稳定。所以没有一个固定的气门重叠角设定可以让发动机在高低速下输出都很完美。如果没有可变气门正时技术,发动机只能根据其匹配车型的需要选择最佳的固定气门重叠角。比如赛车的发动机,一般采用小气门重叠角,方便高速时的动力输出。而普通民用车采用适中的气门叠加角,兼顾高速和低速动力输出,但在低高速时会损失很多动力。可变气门正时技术通过技术手段实现可变气门重叠角,解决了这一矛盾。
比如90年代初,日本本田公司推出了可变气门正时-升程控制机构,不仅可以改变气门正时,还可以改变气门运动规律。它是世界上第一个可以同时控制气门开闭时间和升程的气门控制系统。就是众所周知的VTEC机构:一般情况下,发动机每个气缸的气门组只由一组凸轮驱动,而VTEC系统的发动机有中低速和高速两组不同的气门驱动凸轮,通过电控系统的自动控制可以自动切换。VTEC系统保证了低转速和高转速时对气门正时和进气量的不同要求,使发动机在任何转速下都达到动力性、经济性和低排放的统一而优秀的状态。需要注意的是,发动机采用可变气门正时技术,在获得上述好处的同时并没有任何负面影响,换句话说,并没有对发动机的工作强度提出更高的要求。
VTEC的设计似乎采用了两个不同的凸轮轴,一个用于低速,一个用于高速,但VTEC发动机的不同之处在于,这两个不同的凸轮轴设计在一个凸轮轴上。
本田发动机的进气凸轮轴中,除了原有的一对凸轮(主凸轮和副凸轮)和一对控制两个气门的摇臂(主摇臂和副摇臂)外,还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂(中间摇臂),三个摇臂中安装了由液压控制的小活塞。
发动机低速时,小活塞在原来的位置,三个摇臂分开。主凸轮和副凸轮分别推动主摇臂和副摇臂,控制两个进气门的开启和关闭,气门升程较小,就像普通发动机一样。
虽然中间凸轮也推动中间摇臂,但是因为摇臂是分开的,另外两个摇臂不受它控制,所以不会影响气门的开闭状态。当发动机达到一定的设定高转速时,电脑会指令电磁阀启动液压系统推动摇臂中的小活塞,使三个摇臂锁在一起,由中间凸轮c驱动,由于中间凸轮高于其他凸轮,进气门开启时间延长,升程也增大。当发动机转速降低到某个设定的低转速时,摇臂内的液压也降低,活塞在回位弹簧的作用下回到原来的位置,三个摇臂分离。
整个VTEC系统由发动机电子控制单元(ECU)控制。ECU接收并处理发动机传感器的参数(包括速度、进气压力、车速、水温等。),输出相应的控制信号,通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统,使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制,从而影响进气门的开度和正时。