VVT-i、VTEC是什么意思——说说发动机的可变气门正时与升程技术

老侯解车 2019-04-21 22:12:06

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大家看很多汽车发动机的罩盖上，都标有VVT、VVT-i、DVVT、CVVT等标识，还有些车型在尾部标有i-VTEC的标识，它们都表示什么意思呢？

这些字符，它们都有一个共同的名字：发动机可变气门正时与升程系统。凡是带有这样标识的车型，都表示该车型搭载的发动机具有可变气门正时与升程技术。那么这个发动机可变气门正时与升程系统到底是个什么鬼呢？为什么越来越多的发动机使用这样的技术呢？下面我们来详细的分析一下这个问题。

大家知道，配气机构是发动机上的一个装置，但是它的重要性很多人可能认识不到。很多人都会以为，空气是取之不尽、用之不竭的，而汽油是有限的，所以让发动机吸入更多的空气是一件轻而易举的事，喷更多的汽油应该是困难的。但事实正好与此相反，让更多的燃油进入发动机也是比较容易的，把燃油供给系统稍作调整就可以实现；但是想要让更多的空气进入发动机却是非常困难的。没有空气，喷再多的油也没用，所以配气机构对发动机性能的影响是非常大的。

发动机配气机构的作用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新鲜空气进入气缸参与燃烧，并将燃烧后的废气排出气缸。进入发动机气缸内的新鲜空气的数量对发动机性能的影响非常大，进气量越多，发动机的有效功率和有效扭矩就越大。所以，要想提高发动机的动力性和经济性，配气机构必须让尽可能多的空气进入发动机。

为此，汽车工程师想尽了各种办法改进配气系统，比如使用单缸多气门技术，一个气缸有两进两排四个气门（很多发动机上标注有16V，就表示这款发动机共有16个气门，除以四个气缸，就是每个气缸有四个气门），让进气通道尽可能的大；采用双顶置凸轮轴技术，提高配气机构的效率（单顶置凸轮轴SOHC和双顶置凸轮轴DOHC）；采用涡轮增压技术，将更多的空气“压”进发动机，等等，目的就是让更多的空气进入发动机参与燃烧。可以说，现在发动机的每一次技术进步，几乎都是配气机构的改进。

还有就是发动机的配气相位对配气机构的影响非常大。所谓的配气相位是以曲轴转角表示的进、排气门实际开闭时刻以及开启的持续时间。它包含五个参数，分别是进气提前角、进气滞后角、排气提前角、排气滞后角、气门重叠角，其中的气门重叠角对发动机的性能影响是最大的。设计配气相位的目的就是让进气门和排气门都早开晚关，从而让进气更充分，排气更彻底。一个设计合理的配气相位，可以大大的提高发动机的充气系数，发动机的性能会有较好的改善。一般来说，只要发动机设计定型后，这个配气相位是固定不变的。

但是发动机在各种转速下对进排气的需求是不同的，低速时用气量少，高速时用气量大，并且转速越高，进气冲程时间越短，更容易引起发动机进气不足和排气不净，影响发动机的效率。因此，这种固定的配气相位往往只能满足发动机在某一区间的性能需求，很多时候都是一种折衷的方案，兼顾高速和低速性能，但是不可能在这两种工况下都达到最优状态。为了解决这个问题，让配气相位可以根据发动机转速和工况的不同进行调节，使发动机在高低转速下都能获得理想的进、排气效率，聪明的汽车工程师设计出了可变气门正时与升程技术。

所谓的可变气门正时与升程技术，就是指发动机配气相位和气门升程可以随发动机转速和工况的变化而随时改变的技术。就像一个人在跑步时需要不断按照奔跑步伐来调整呼吸频率，以便时刻为身体提供充足的氧气一样，可变气门正时与升程技术可以让发动机的呼吸更顺畅、自然。在现在的汽车发动机上，基本都使用电控系统来直接或间接调节进排气门的开闭时刻及开启的角度，使这个功能更加智能化。

可变气门正时与升程技术是发动机配气机构的一项巨大技术进步。它实现了发动机进气过程的动态调节，可以使发动机随着转速与负荷的变化随时调节进气量，从而使发动机的动力性和经济性都有了较大幅度的提高。不过不同厂家的可变气门正时与升程系统型式各异，呈现一种百花争鸣的景象，这就有了VVT、VVT-i、DVVT、CVVT等各种不同的标识。总体来说，可以分为可变气门正时（VVT）与可变气门升程（VVL）两大类，也有些车型两种方式同时存在。

最早使用可变气门升程系统的是本田，这就是大家非常熟悉的VTEC系统。它可以使气门升程根据发动机转速变化作出相应的实时调整，使气缸的充气量能够同时满足发动机低转速和高转速下的不同需要。它是在配气系统中加入了第三根凸轮和第三个摇臂，从而实现了进气门升程的两段或三段式调节。不过它只有在发动机达到一定转速后突然启动，发动机动力会有一个瞬间的提升，噪音也会变得很大。有很多开本田车的人特别喜欢这种动力突变的感觉，会在高速上突然加速，以便能听到这个“VTEC音”。

与本田VTEC系统类似的，是奥迪的AVS系统。它为每个进气门设计了两组不同角度的凸轮，同时在凸轮轴上安装有螺旋沟槽套筒。螺旋沟槽套筒由电磁驱动器加以控制，用以切换两组不同的凸轮，从而改变进气门的升程。不过它可以调节的转速范围更大，并且可以实现一个气缸上的两个进气门开度不同，这样在保证发动机良好动力的同时也兼顾了高速节油效果。

不过本田的VTEC系统和奥迪的AVS系统都有一个共同的缺点，就是进气门的升程只能实现两段或三段式的调节，这样就会导致在气门升程改变时动力会突然增加，动力输出很不平顺。而宝马的Valvetronic系统和日产的VVEL系统就可以实现气门升程的连续调节，动力输出相对就平顺得多。

宝马的Valvetronic系统和日产的VVEL系统也是一种可变气门升程系统，它们的工作原理基本类似，都是用一个步进电机来带动一个控制杆，然后带动一个偏心凸轮来实现进气门升程的改变。由于偏心凸轮转动是连续的，所以对气门升程的调节也是连续的。这样发动机的动力输出就更加的平顺、连续，驾驶感受也要好一些。除此之外，还有三菱的MIVEC系统、菲亚特的Multiair系统、保时捷的Vairocam系统以及比亚迪的VVl系统，等等。它们都是采用可变气门升程技术。

与可变气门升程相对应的就是可变气门正时（VVT），它是通过改变凸轮轴的转角来直接改变配气相位的角度，从而使配气相位与发动机的转速与负荷相匹配，提高发动机的充气系数，使发动机不论在高速还是低速下都能发挥出较好的动力性和经济性。这方面的技术各个厂家区别不大，都是通过液压或电机来改变凸轮轴的转角。

可变气门正时系统的主体结构是安装在凸轮轴前端的叶片式液力机构，它分为内转子、外转子，二者可以在一定范围内自由转动。外转子上有正时链齿，由正时链条驱动，内转子通过螺栓与凸轮轴连接。内外转子之间有叶片，叶片将内外转子的空腔分为提前腔和迟后腔。当提前腔油压增大，迟后腔油压减小时，叶片推动内转子相对于外转子顺转（设凸轮轴转向为顺转），则气门的开启时刻提前；相反，当提前腔油压减小，迟后腔油压增大时，叶片推动内转子相对于外转子逆转（设凸轮轴转向为顺转），则气门的开启时刻迟后，这样就实现了对气门的开启和关闭时刻的调节。

早期的可变气门正时技术是就是单独采用液压调节的，并且只控制进气凸轮轴，控制方式也是分段调节，简称为VVT；后来丰田公司在上面加装了智能控制系统，为了与其它的可变气门正时系统相区别，就在后面加了一个小写的“i”，变成了VVT-i；随着技术的进步和对发动机性能的更高要求，人们又在排气门上也安装了可变气门正时装置，变成了进排气门都可以控制的双可变气门正时系统，简称DVVT；从之前的分段式调节变成了连续调节，即CVVT。其它的还有宝马的Double-VANOS双凸轮轴可变气门正时系统、三菱的MIVEC智能可变气门正时与升程管理系统，等等。