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前⾯已经了解过发动机的基本构造和动⼒来源。其实发动机的实际运转速度并不是⼀成不变的,⽽是像⼈跑步⼀样,时⽽急促,时⽽平缓,那么调节好⾃⼰的呼吸节奏尤其重要,下⾯我们就来了解⼀下发动机是怎样“呼吸”的。
●凸轮轴的作⽤
简单来说,凸轮轴是⼀根有多个圆盘形凸轮的⾦属杆。这根⾦属杆在发动机⼯作中起到什么作⽤?它主要负责进、排⽓门的开启和关闭。凸轮轴在曲轴的带动下不断旋转,凸轮便不断地下压⽓门(摇臂或顶杆),从⽽实现控制进⽓门和排⽓门开启和关闭的功能。
● OHV、OHC、SOHC、DOHC代表什么意思?
在发动机外壳上经常会看到SOHC、DOHC这些字母,这些字母到底表⽰的是什么意思?OHV是指顶置⽓门底置凸轮轴,就是凸轮轴布置在⽓缸底部,⽓门布置⽓缸顶部。OHC是指顶置凸轮轴,也就是凸轮轴布置在⽓缸的顶部。
如果⽓缸顶部只有⼀根凸轮轴同时负责进、排⽓门的开、关,称为单顶置凸轮轴(SOHC)。⽓缸顶部如果有两根凸轮轴分别负责进、排⽓门的开关,则称为双顶置凸轮轴(DOHC)。
底置凸轮轴的凸轮与⽓门摇臂间需要采⽤⼀根⾦属连杆连接,凸轮顶起连杆从⽽推动摇臂来实现⽓门的开合。但过⾼的转速容易导致顶杆折断,因此这种设计多应⽤于⼤排量、低转速、追求⼤扭矩输出的发动机。⽽凸轮轴顶置可省略顶杆简化了凸轮轴到⽓门的传动机构,更适合发动机⾼速时的动⼒表现,顶置凸轮轴应⽤⽐较⼴泛。
●配⽓机构的作⽤
配⽓机构主要包括正时齿轮系、凸轮轴、⽓门传动组件(⽓门、推杆、摇臂等),主要的作⽤是根据
发动机的⼯作情况,适时的开启和关闭各⽓缸的进、排⽓门,以使得新鲜混合⽓体及时充满⽓缸,废⽓得以及时排出⽓缸外。
●什么是⽓门正时?为什么需要正时?
所谓⽓门正时,可以简单理解为⽓门开启和关闭的时刻。理论上在进⽓⾏程中,活塞由上⽌点移⾄下⽌点时,进⽓门打开、排⽓门关闭;在排⽓⾏程中,活塞由下⽌点移⾄上⽌点时,进⽓门关闭、排⽓门打开。
那为什么要正时呢?其实在实际的发动机⼯作中,为了增⼤⽓缸内的进⽓量,进⽓门需要提前开启、
延迟关闭;同样地,为了使⽓缸内的废⽓排的更⼲净,排⽓门也需要提前开启、延迟关闭,这样才能保证发动机有效的运作。
●可变⽓门正时、可变⽓门升程⼜是什么?
发动机在⾼转速时,每个⽓缸在⼀个⼯作循环内,吸⽓和排⽓的时间是⾮常短的,要想达到⾼的充⽓效率,就必须延长⽓缸的吸⽓和排⽓时间,也就是要求增⼤⽓门的重叠⾓;⽽发动机在低转速时,过⼤的⽓门重叠⾓则容易使得废⽓倒灌,吸⽓量反⽽会下降,从⽽导致发动机怠速不稳,低速扭矩偏低。
固定的⽓门正时很难同时满⾜发动机⾼转速和低转速两种⼯况的需求,所以可变⽓门正时应运⽽⽣。可变⽓门正时可以根据发动机转速和⼯况的不同⽽进⾏调节,使得发动机在⾼低速下都能获得理想的进、排⽓效率。
影响发动机动⼒的实质其实与单位时间内进⼊到⽓缸内的氧⽓量有关,⽽可变⽓门正时系统只能改变⽓门的开启和关闭的时间,却不能改变单位时间内的进⽓量,变⽓门升程就能满⾜这个需求。如果把发动机的⽓门看作是房⼦的⼀
扇“门”的话,⽓门正时可以理解为“门”打开的时间,⽓门升程则相当于“门”打开的⼤⼩。
●丰⽥VVT-i可变⽓门正时系统
丰⽥的可变⽓门正时系统已⼴泛应⽤,主要的原理是在凸轮轴上加装⼀套液⼒机构,通过ECU的控制,在⼀定⾓度范围内对⽓门的开启、关闭的时间进⾏调节,或提前、或延迟、或保持不变。
凸轮轴的正时齿轮的外转⼦与正时链条(⽪带)相连,内转⼦与凸轮轴相连。外转⼦可以通过液压油间接带动内转⼦,从⽽实现⼀定范围内的⾓度提前或延迟。
●本⽥i-VTEC可变⽓门升程系统
本⽥的i-VTEC可变⽓门升程系统的结构和⼯作原理并不复杂,可以看做在原来的基础上加了第三根摇臂和第三个凸轮轴。它是怎样实现改变⽓门升程的呢?可以简单的理解为,通过三根摇臂的分离与结合⼀体,来实现⾼低⾓度凸轮轴的切换,从⽽改变⽓门的升程。
当发动机处于低负荷时,三根摇臂处于分离状态,低⾓度凸轮两边的摇臂来控制⽓门的开闭,⽓门升程量⼩;当发动机处于⾼负荷时,三根摇臂结合为⼀体,由⾼⾓度凸轮驱动中间摇臂,⽓门升程量⼤。
●宝马Valvetronic可变⽓门升程系统
汽车气门宝马的Valvetronic可变⽓门升程系统,主要是通过在其配⽓机构上增加偏⼼轴、伺服电机和中间推杆等部件来改变⽓门升程。当电动机⼯作时,蜗轮蜗杆机构会驱动偏⼼轴发⽣旋转,再通过中间推杆和摇臂推动⽓门。偏⼼轮旋转的⾓度不同,凸轮轴通过中间推杆和摇臂推动⽓门产⽣的升程也不同,从⽽实现对⽓门升程的控制。
●奥迪AVS可变⽓门升程系统
奥迪的AVS可变⽓门升程系统,主要通过切换凸轮轴上两组⾼度不同的凸轮来实现改变⽓门的升程,其原理与本⽥的i-VTEC⾮常相似,只是AVS系统是通过安装在凸轮轴上的螺旋沟槽套筒,来实现凸轮轴的左右移动,进⽽切换凸轮轴上的⾼低凸轮。
发动机处于⾼负荷时,电磁驱动器使凸轮轴向右移动,切换到⾼⾓度凸轮,从⽽增⼤⽓门的升程;当发动机处于低负荷时,电磁驱动器使凸轮轴向左移动,切换到低⾓度凸轮,以减少⽓门的升程。
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