可变配气技术发动机解析

可变配气技术发动机解析

在目前市售的主流家用车当中，发动机气门正时技术已经日渐普及，包括一些采用自主技术的厂家。追溯起来，最早在气门正时上做文章的汽车厂家是意大利的阿尔法罗密欧，他们率先采用了两根凸轮轴来分别控制进气和排气的气门，也就是我们今天说的DOHC双顶置轮轴。近四十年的发展历程中，可变配气技术已经不再是什么难题，各大厂商也都在这一技术领域取得了自己的成绩。下面我们就来列数一下目前市面上比较主流的使用了几种可变配气技术的发动机。

如果简单的归类，目前的发动机配气技术主要分为几种，一种是可变气门正时，即对进气或排气的正时可以根据发动机转速、进气压力和车速等参数调节，是通过改变凸轮轴旋转的角度来实现的。可变气门正时可以进一步分为连续可变和分段可变。连续可变是指气门叠加角可以在一定范围内进行连续的变化，分段可变则是只能在两到三个角度之间切换，而目前的技术基本上都可以实现连续可变了。另一种为可变气门升程，即可通过技术手段改变气门打开的升程，改变进气量，从而增加气缸内的压力并使燃烧效率得到改善，提高动力输出。除了这两种主流的技术以外，还有一些其他配气技术，如可变进气歧管、可变涡流控制等。

● 思域 i-VTEC可变气门正时和升程

其他车型：飞度、锋范、雅阁、奥德赛

说到本田的i-VTEC，很多人都知道。应该说，本田是第一个研发出可变气门升程技术的汽车厂商，过去的VTEC技术前面加了一个i，就表示在可变气门升程的基础上增加了可变气

门正时技术。而应该赞扬的是本田对旗下车型一视同仁的态度，所有车型的发动机均采用了这套系统，不分是小型还是中型。不过，作为率先在80年代即研发出双凸轮轴的汽车厂家，目前依然在众多车型上使用SOHC单顶置凸轮轴的发动机（如飞度、锋范、思域乃至雅阁2.0），也挺令人费解。

思域1.8升发动机使用SOHC单顶置凸轮轴，也就是由同一根凸轮轴来控制进气门与排气门的打开与关闭动作。从结构上看，同一根凸轮轴无法实现对进排气的分别控制，所以对于正时相位重叠角的调节就无法做到连续调节。不过，虽然不如双凸轮轴的发动机更理想，但基本能够达到这套系统的要求。

首先，气门升程的调节是靠增加了一组较高的中间凸轮和摇臂来实现的，三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。发动机低速时，小活塞不动，三根摇臂分离，正常进排气，进气量较少。当发动机转速升高达到某个设定值时，ECU会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮驱动，由于中间凸轮更高，升程自然就增大了。

这套系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，通过接收各传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，然后利用电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。

此外，在发动机低负荷时，进气门不像其他车型常规的半闭合状态，而是全部打开。此时进气顺畅，并减少了进气时的能量损失，而当活塞运行到下止点的时候，进气门并不关闭，而是在活塞上行一段距离之后再关闭，此时有一部分新鲜的空气被回推到进气道，进气门关闭，这部分空气则可以留作下次进气门打开时再使用，既节省了油耗，又减少了排放。而在发动机高负载时，则按照正常的方式进行凸轮驱动，可以保证大功率输出。

跟大多数只能改进气门正时的配气技术相比，本田显然要更胜一筹。因为，可变正时只能改变气门打开的时机，却并不能改变进气量，因此对于动力方面的提升作用并不显著。而可变气门升程则因为可以通过控制气门打开的升程而改变进气量，从而使燃烧更充分且效率更高。不过，本田i-VTEC系统对气门正时的调节仅限于进气门，而且也不是连续可调的，如果未来要将这套系统扩展到既可以分段调节气门升程，又能同时调节进排气正时的话，单顶置凸轮轴的发动机显然就不适用了。

● 戈蓝三菱MIVEC可变气门正时与升程

三菱4G1系列的发动机在国内的普及程度非常高，但是并没有使用MIVEC可变正时与可变升程技术。而新近推出的4A91系列1.5升发动机，已经使用了MIVEC的新型号，在一些小排量发动机上正在逐渐推广使用，比如骏捷FSV。不过，在这些小排量发动机上使用的MIVEC 系统只有可变气门正时一项技术。

而在进口版的Lancer EX的两款4B11（2.0L）和4B12（2.4L）发动机上面，都使用了DOHC双顶置凸轮轴结构，MIVEC应该也不是完整版本，借用三菱汽车官网的话是“采用独有的MIVEC（三菱创新式气门正时电子控制系统）技术，可在任何转速范围，调节气门正时达到最佳表现”。不过，在我们就这个问题咨询三菱厂方相关人员时，得到的答复是Lancer EX

的两款发动机上都有MIVEC可变气门与升程技术。另外，国产戈蓝上使用的2.4升发动机上也是可以同时调节气门正时和升程的的MIVEC系统。

三菱传统的MIVEC可气配气系统包括了气门正时与升程，而升程可变跟本田的VTEC原理是一样的，通过气门摇臂分两段变化，更偏重高转速的动力输出。在传统的SOHC单顶置凸轮轴上，四气门发动机的两个进气门上，MIVEC有一个辅助开关系统，分为低速和高速两种模式的凸轮，用于调节气门升程。在低转速状态下，进入气门的空气量由于气门升程差而增大，同时设计成偏向于较低的燃油经济性、低排放和高扭矩。转速拉高后，由于进气门开启时间改变和升程增加，使得进气量明显增大，从而使输出功率随之提升。

气门正时与其他可变气门正时技术原理相同，都是由专门的油压控制阀来做核心控制，ECU接收的各传感器信号来进行判断，通过机油的压力使活塞做横向移动，带动链轮相对阀壳体转动，使凸轮转角发生改变。

● 英菲尼迪G37 VVEL可变气门正程+C-VTC可变气门正时

VQ37发动机上，首次装备了VVEL可变气门升程，配合C-VTC可变气门正时，虽然在年代上不如本田早，但日产也终于可以扬眉吐气了。唯一让人感到遗憾的是，这套系统还没有普及到日产品牌下面的普通家用车型上。VQ37是日产VVEL技术的首次应用，这台3.7升发动机，最大马力是330bhp，升功率达到了89.2bhp。

那么日产的VVEL是如何实现这一功能的？普通发动机的气门驱动组，由气门、凸轮轴、凸轮、摇臂等组成。而日产的VVEL系统将凸轮轴上的凸轮全都改为偏心轮设计，摇臂也是套在偏心轮上，并额外增加了摇臂控制机构。

日产的VVEL

摇臂通过偏心轮套在控制轴上，可以在直流马达带动下可以旋转一定角度。当发动机在高转速或者大负荷时，直流马达带动螺杆转动，套在螺杆上的螺套向马达横向移动，与螺套联动的机构使得控制轴逆时针旋转一定角度。由于摇臂套在控制轴的偏心轮上，因此摇臂的旋转中心下移，也就相当于摇臂位置距离气门更近，所以，凸轮轴旋转时气门的开启角度也就更大。

当发动机中、低转速或者低负荷时，ECU会下达命令，令马达驱使螺套做远离的横向移动，联动机构使控制轴顺时针方向旋转，偏心轮圆心上移，摇臂旋转中心跟着上移，于是摇臂距离气门的距离变远，凸轮轴旋转时气门的开启角度也就随之变小。

由于马达的转动是线性的，它可以控制气门在最大升程和最小升程之间连续变化，因此，这种设计可以让发动机动力输出平滑，不会有突兀感。再配合C-VTC可变气门正时，发动机在保证线性输出的基础上，可以令低转更平顺，高转则能达到更大的功率输出。

● 睿翼 VIS惯性可变进气系统+S-VT可变气门正时

马自达的技术是采用VIS惯性可变进气，即通过改变进气歧管的形状和长度，低转速用长进气管，保证空气密度，维持低转的动力输出效率；高转用短进气歧管，加速空气进入气缸的速度，增强进气气流的流动惯性，保证高转速下的进气量，以此来兼顾各段转速发动机的表现。

简单地说，发动机气门在关闭时气体会因为惯性而保持对气门的撞击，然后形成反弹，如此反复，在节气门和气门之间形成振荡，如果下一次气门打开时，振荡刚好冲到气门就会使这一次的进气出现一个微小的增压效应，使得进气效率变得更强。

而马自达6的树脂进气歧管设有一个可以改变进气管通路容积的气门，该气门可以改变惯性进气的共振频率，在转速4500rpm时会发生不连续的转换。每一种状态都被调谐为将一股压力在不同的转速下回送到进气门。两条进气通路在特定转速下进行转换，从而在进气口产生类似增压器的效果，获得更宽的扭矩范围。

目前，在福特和马自达的车型上多数都在使用VIS惯性可变进气系统，例如福克斯、马自达3、马自达6等等。同时，与VIS相配合的是S-VT可变气门正时系统，S-VT跟其他的VVT之类的原理都是一样的，将静态凸轮轴安装在一个齿轮嵌齿上，可以改变凸轮轴的转动速度，由此提早或延迟打开气门从而改变进气正时。

● 卡罗拉双VVT-i 进排气均连续可变

丰田的双VVT-i技术一向很不低调，在卡罗拉的车尾就明晃晃地贴着DVVT-i的标识。这个词组表示的是它拥有进排气连续可变技术，也就是说可以根据发动机转速的不同，使进气门与排气门重叠角可以实现连续可变。

由于与不同转速下的发动机匹配得更加平顺，动力输出方面也会更加线性，同时排放和燃油经济性也能够得到相应的改善。卡罗拉1.6升双VVT-i发动机在参数上显得很突出，最大功率可以达到90KW，在同排量的自然吸气发动机中几乎难觅对手。

这套系统能够控制进气门凸轮轴在50°范围内调整凸轮转角，使配气正时满足优化控制发动机工作状态的要求，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、经济性和降低尾气的排放。VVT-i系统主要是由VVT-i控制器、凸轮轴正时机油控制阀和传感器三部分组成。其中传感器有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和VVT传感器。

● 悦动 CVVT 连续可变气门正时

实际上，可变气门正时技术的应用，在各家厂商当中的叫法五花八门，比如现代汽车的CVVT就很容易被人误看成CCTV。悦动搭载的α-1.6L发动机，使用了CVVT连续可变气门正时技术，最大功率为112马力/6000rpm，最大扭矩145N·m/4500rpm。

CVVT的原理跟丰田的VVT-i其实是一样的，进气凸轮轴驱动齿轮内装有小涡轮，可以相对齿轮壳做相对旋转，当发动机由低速向高速转换，ECU通过液压阀将机油压向小涡轮，使其相对于齿轮壳旋转一定角度，凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转，进气门开启的时刻随之改变。保证了发动机按照不同的工况改变气门开启、关闭时间，既保证动力输出又可提高燃油经济性。

这套系统的核心是油压控制阀，而电脑（ECU）会根据输入信号（发动机转速、进气量、节气门位置、发动机温度等）来决定油压控制阀的操作，并利用凸轮位置感应器及曲轴位置感应器，来决定实际的进气凸轮的气门正时。

当发动机启动或关闭时，油压控制阀位置受到改变，而使得进气凸轮正时处于延后状态。怠速或低速负荷时，正时处于延后的位置，以改善平顺性。当中低速高负荷时则处于提前角位置增加扭矩输出。而在高速负荷时则处于延迟位置以利于高转速操作。当发动机温度较低时凸轮位置则处于延迟位置，稳定怠速降低油耗。

● 迈腾可变气门相位

迈腾的发动机，不管是1.8TSI还是2.0TSI，都属于比较新的EA888系列。而相对于老款奥迪A4上使用的EA827系列发动机，EA888有几点改进之处，除了之前在另一篇文章中讲到的增加了几个喷油嘴之外，还有一项就是增加了可变进气相位的技术。

不同于老的EA113系列依靠两个凸轮轴间的传动链张紧器实现进气正时可变，EA888在进气凸轮轴的驱动齿轮端加装vane-type凸轮轴相位调整装置，跟前面讲过的结构基本一样，也是由机油压力控制的，从而可以保证进气门的正时可以连续调整。

相比日系厂商，大众在发动机可变相位方面似乎一直比较低调，既不太着重宣传，也没有特别新鲜的技术亮点。单从发动机技术上看，这种可变相位的实现是最简单的一种，相当于丰田的VVT-i，只是没有在排气端安装同样的控制系统。

结语：应该说，汽车技术仅仅先进还是远远不够的，能够普及到大众层次消费的产品上才具有实际的意义。从这个角度来看，本田和三菱的综合表现是比较好的，首先在可变气门正时与升程的控制上先一步拥有了自己的技术，并且能够针对大多数产品进行普及。而且，市面上对本田和三菱的发动机在燃油经济性方面表现的评价也是不错的。

除了本文提到的一些可变气门正时和升程技术以外，还有很多其他大品牌厂商也有类似的或更高级的技术，例如宝马的VANOS、奥迪的AVS、保时捷的Variocam Plus等等。同时，国内各自主品牌也已经在使用一些气门正时技术，例如长城的VVT、吉利的CVVT等，均是基于相同的原理而研发的，以后我们会针对这些发动机配气技术做陆续的解析。