可变气门机构

（1）可变气门机构原理

在传统的发动机上，进气门和排气门的开闭时刻是固定不变的，气门叠开角也是固定不变的，是根据试验而取得的最佳配气相位，在发动机运转过程中是不能改变的。然而发动机转速和负荷不同时，其进气量、排气量、进排气流的流速、进气及排气行程的持续时间、气缸内燃烧过程等都不一样，对配气相位和气门升程的要求也不同。例如，转速高时，进气气流流速高，惯性能量大，所以希望进气门早些打开，晚些关闭，以便充分利用进气气流的惯性，使新鲜气体尽量多一些充入气缸；反之，在发动机转速较低时，进气流速低，惯性能量也小，如果进气门迟闭角过大，会使已进入气缸的新鲜气体被压缩行程中上行的活塞挤出气缸；同样，如果进气门过早开启，由于此时活塞正上行排气，很容易把废气挤到进气管中，使进气中的残余废气增多，新鲜气体反而少了，会使发动机工作不稳定。因此，没有任何一种固定的配气相位设置能让发动机在高低转速时都能获得令人满意的性能，只能根据其匹配车型的需求，选择最优化的固定配气相位。

同样，传统发动机的气门升程也是固定不变的，是以满足发动机高速、大负荷运转的需要而设计的。但是在发动机低速、小负荷状态下，进气量很少，无需太大的气门升程，此时较小的气门升程还能使进入气缸的气流产生较好的涡流效果，并减少配气机构的运转阻力。

可变气门机构就是通过技术手段，使发动机的配气相位和气门升程能随发动机转速和负荷的变化而变化，始终保持最佳，从而保证发动机在任意转速和负荷情况下都有良好的燃料经济性、动力性、运转稳定性，减少排放污染。

可变气门机构有多种结构形式，不同厂家、不同发动机的可变气门机构往往有很大的不同。按控制内容，可变气门机构可分为可变配气相位和可变气门升程两大类，有些发动机只配置可变配气相位机构，如丰田的VVT-i发动机；有些发动机既配置可变配气相位机构，又配置可变气门行程机构，如丰田的VVTL-i，本田的i-VTEC。

按是否同时控制进、排气门，可变气门机构又分为只控制进气门的单可变气门机构和同时控制进、排气门的双可变气门机构两种。

按控制过程，可变气门机构可分为分段可变和连续可变两种，分段可变气门机构的配气相位或气门升程只有2～3种变化，连续可变气门机构可以在一个范围内使配气相位或气门升程产生连续的变化。

按控制方法，可变气门机构又可以分为变换凸轮式、变换凸轮轴转角式和变换摇臂支点式等几种。

为了提高可变气门机构的效果，有些发动机往往将上述几种形式混合运用，例如：将连续可变配气相位、分段可变配气相位及可变气门升程混合运用。

可变正时齿轮控制器是目前较为成熟的连续可变配气相位机构，具有结构紧凑，布置方便的特点。根据不同发动机的具体设计要求，可以仅在进气凸轮轴上设置可变正时齿轮控制器，只对进气门的配气相位进行控制（称为单可变气门机构），在不增加太多成本的情况下获得较大的性能改善；也可以在进气凸轮轴和排气凸轮轴上都设置可变正时齿轮控制器，使进气门和排气门的配气相位同时可变，使发动机的动力性、燃油经济性、排放性都得到最大的改善。

ECU根据各个传感器检测得的发动机工况，决定配气相位的数值，以使控制效果达到最佳。通常按以下方式控制进、排气门的配气相位：

怠速、小负荷以及起动、暖机期间，将进气门配气相位延迟，减小进气提前角；同时将排气门配气相位提前，减小排气迟后角，从而减小或消除气门叠开角，防止废气进入进气道，以稳定燃烧过程，提高怠速运转的稳定性和燃油经济性，并降低排放污染，如图4-9-1 a）所示。

中小负荷时，增大进气提前角和排气迟后角，以增大气门叠开角，产生缸内废气再循环（这种设计可以取消EGR装置），降低排放污染，并减小排气行程后期和进气行程早期的泵气损失，如图4-9-1 b）所示。

中低转速、大负荷时，保持适当的进气迟后角，以充分利用进气惯性，提高充气量；同时将排气门配气相位推迟，减小排气提前角，以充分利用燃烧气体的压力做功，提高燃油经济性，如图4-9-1 c）所示。

高速大负荷时，尽量增大进气迟后角，以充分利用进气惯性，提高充气量；同时适当增大排气提前角，以减小排气行程后期的泵气损失，提高发动机的输出功率，如图4-9-1 d）所示。

图4-9-1  可变气门机构的控制方式

②可变正时链条张紧器

可变正时链条张紧器布置在进气凸轮轴和排气凸轮轴之间的链条张紧机构内。在这种机构中，发动机曲轴的正时链轮只通过正时链条驱动排气凸轮轴，进气凸轮轴则由排气凸轮轴通过另一根链条驱动，如图4-9-2a）所示。该链条的长度比正常的长度要长几节，并用自动链条张紧器保持张紧，如图4-9-2b）所示。该张紧器在使链条保持张紧状态的同时，还可以在压力机油的控制下作整体的上下移动，使进、排气凸轮轴之间两侧链条的长度发生变化，以改变两凸轮轴之间的相对角度，从而达到使进气凸轮轴的配气相位角发生变化的目的，如图4-9-3所示。这种可变气门驱动机构结构简单，成本低，但只能在1个凸轮轴上（通常为进气凸轮轴）实现配气相位的变化，而且变化的角度范围较为有限。

图4-9-2 可变正时链条张紧机构

图4-9-3  可变正时链条张紧机构工作原理

2）连续可变气门升程机构

目前在汽车发动机上采用连续可变气门升程机构的只有宝马汽车公司，该公司设计并应用在宝马汽车发动机上的连续可变气门升程机构称为Valvetronic系统。该机构的凸轮没有直接驱动气门，而是先驱动偏心轴摇臂，使其以偏心轴为支点摆动。偏心轴摇臂摆动时，其下端斜面顶动气门摇臂，从而将气门打开，如图4-9-4所示。

图4-9-4  Valvetronic连续可变气门升程机构

发动机的ECU通过一个电机转动偏心轴，使其保持在不同的位置上，以改变偏心轴摇臂支点的位置，从而使偏心轴摇臂顶动气门摇臂打开气门的程度发生变化，达到改变气门升程的目的。这种机构可使气门的升程从全开的最大升程到最小升程（约0. 8mm）之间连续变化，从而可以取消原来的节气门，改由气门升程的变化来直接控制进气量。这种连续可变气门升程机构通常和连续可变正时齿轮控制机构配合使用，从而使发动机的配气相位和气门

周灿军：涂装车间里的“金牌劳模”

“纪念章的主体是一个扳手，我很喜欢这个设计。”自从2015年被交通运输部、中华全国总工会评为“爱岗敬业汽修工楷模”以来，周灿军便一直将这个纪念章用作社交平台的头像，他说这是为了时刻提醒自己做表率，引导带动更多青年成长为高技能人才。

1998年入行，从普通油漆工干起，2006年入职郴州申湘汽车有限公司，如今是公司青椒钣喷中心车身涂装车间技术经理。20余年来，周灿军把根深深扎在汽修行业一线，“把自己献给了汽车”。

从业多年，周灿军荣获湖南省“五一劳动奖章”“全国技术能手”“爱岗敬业汽修工楷模”等多项荣誉。“做好每一次涂装、上好每一次油漆”是他始终坚持的信条。

“涂装是一门艺术活。”对周灿军来说，车身涂装可不是往汽车上喷漆这么简单，更是一次次精雕细琢，“车身不能有露底、流挂、针眼、尘点，纹理逼近原厂漆面，涂装周边区域也必须干净无污渍。”

传统手工水磨工艺费工费时、劳动强度大，且往往容易造成气泡、砂痕等一些质量问题。2016年，周灿军提出进行工艺改革，“成功了不计报酬，失败了损失全包。”经过两个月的内训实操，周灿军带领所在部门从传统手工水磨工艺转换成全自动化吸尘机械干磨工艺，由原先的手工打磨月产量1200副提升到机械化流水作业月产量1600副，产能提高30%。

为补齐文化程度偏低的短板，周灿军自费购置专业书籍，利用休息日钻研技艺，以一股不达目的不罢休的“牛劲”，努力“加油充电”。在他的鼓励与带动下，同事们都在学习上较劲，在业务上比拼，团队成了学习型团队，车间成了实干型车间。2016年，在郴州市总工会的引导和公司的支持下，周灿军创立了“周灿军劳模创新工作室”，广泛吸纳创新意识强、技术理论素养高的员工加入工作室，培养了一批企业骨干，在全公司建立起一支学习能力强、创新能力高、攻关技术过硬的高效创新型团队。

“干一行、爱一行，钻一行、精一行。”周灿军表示，将践行“工匠精神”，秉承专业态度，精益求精地探索技艺，为汽修行业作出自己的贡献。