發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)(VVT, Variable Valve Timing)是近些年來(lái)被逐漸應(yīng)用于現(xiàn)轎車(chē)上的新技術(shù)中的一種，發(fā)動(dòng)機(jī)采用可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)可以提高進(jìn)氣充量，使充量系數(shù)增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和功率可以得到進(jìn)一步的提高。
如今如本田的i-VTEC、豐田的VVT-i等也都是源自VVT的發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)。
對(duì)于一臺(tái)4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，按照很多人的理解，做功沖程末，活塞處于下止點(diǎn)時(shí)排氣門(mén)開(kāi)始打開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入排氣沖程，直到活塞到達(dá)上止點(diǎn)，排氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入吸氣沖程。當(dāng)活塞正好運(yùn)行一周重新回到下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入壓縮沖程。這樣來(lái)理解氣門(mén)的動(dòng)作是否正確呢？差不多是吧。然而，可能和與人們的直覺(jué)不同的是，這樣的氣門(mén)正時(shí)效率并不是最優(yōu)的。讓我們先來(lái)考慮一下排氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)機(jī)。如果比活塞到達(dá)下止點(diǎn)提前一點(diǎn)就開(kāi)啟排氣門(mén)會(huì)怎么樣呢？從直覺(jué)上，這時(shí)廢氣仍可推動(dòng)活塞做功，如果打開(kāi)排氣門(mén)開(kāi)始排氣，此時(shí)氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)就會(huì)降低，能量的利用率也就降低了，發(fā)動(dòng)機(jī)性能也會(huì)隨之下降。是這樣嗎？其實(shí)也不一定。
我們知道，排氣時(shí)活塞會(huì)壓迫廢氣從而反過(guò)來(lái)對(duì)廢氣做功，這個(gè)過(guò)程會(huì)消耗一部分發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)獲得的能量。如果在缸內(nèi)壓強(qiáng)相對(duì)較高時(shí)提前開(kāi)始排氣，排氣過(guò)程就會(huì)更順暢，從而在排氣沖程減少了能量消耗。這樣，一得一失，怎么才會(huì)最合算呢？考慮到活塞在下止點(diǎn)附近一定角度內(nèi)垂直運(yùn)動(dòng)距離其實(shí)非常短，實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)略微提前打開(kāi)排氣門(mén)效果會(huì)更好一些。再來(lái)看進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉的時(shí)機(jī)。如果在活塞越過(guò)下止點(diǎn)一定角度，開(kāi)始?jí)嚎s沖程之后再關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)。如何呢？直觀的感覺(jué)可能是，這時(shí)活塞已經(jīng)開(kāi)始上升，剛剛吸入的可燃混合汽豈不是又要被排出去一部分？性能會(huì)不會(huì)下降？答案是：只要時(shí)機(jī)適當(dāng)，這樣做反而可以增加吸氣量，改善性能。因?yàn)樵谖鼩鉀_程可燃混合汽被活塞抽入汽缸，進(jìn)氣門(mén)附近的氣流速度可以高達(dá)每秒兩百多米，而我們前面說(shuō)過(guò)，在下止點(diǎn)附近活塞的垂直運(yùn)動(dòng)相對(duì)很慢，汽缸內(nèi)體積變化并不大。此時(shí)進(jìn)氣岐管內(nèi)的可燃混合汽靠慣性繼續(xù)沖入氣缸的趨勢(shì)還是占了上風(fēng)。
說(shuō)到這里，對(duì)一些VVT技術(shù)有所了解的兄弟可能要不耐煩了：講了這么多，和VVT邊還沒(méi)沾呢！不要急，還沒(méi)討論排氣門(mén)的關(guān)閉時(shí)機(jī)和進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)機(jī)呢。這是大家可能都想到了，排氣時(shí)同樣會(huì)形成高速氣流，如果排氣門(mén)也在活塞越過(guò)上止點(diǎn)一定角度之后再關(guān)閉，雖然活塞已經(jīng)開(kāi)始下降，排氣門(mén)附近的廢氣仍就會(huì)繼續(xù)排出。但是此時(shí)進(jìn)氣門(mén)不是已經(jīng)開(kāi)啟了嗎？廢氣難道
不會(huì)涌入進(jìn)氣岐管？事實(shí)上，這又是個(gè)時(shí)機(jī)問(wèn)題，燃燒室內(nèi)的廢氣渦流的方向決定了廢氣短時(shí)間內(nèi)是不會(huì)流向排氣門(mén)對(duì)側(cè)的進(jìn)氣門(mén)的，于是，一邊進(jìn)氣一邊排氣的局面是完全可以實(shí)現(xiàn)的。事情還可以更理想。由于大部分廢氣在排氣沖程中前期就已排出，并且在排氣岐管中形成了高密度的高速氣流，沖向排氣管方向。這部分廢氣越是遠(yuǎn)離氣缸，對(duì)于缸內(nèi)尚未排出的廢氣來(lái)說(shuō)，其需要填充的體積就越大，相應(yīng)的平均壓強(qiáng)也就越低。低到什么程度？低到活塞尚未到達(dá)上止點(diǎn)之前，缸內(nèi)壓強(qiáng)可能就已經(jīng)低于進(jìn)氣岐管內(nèi)可燃混合汽的壓強(qiáng)了。如此看來(lái)，進(jìn)氣門(mén)也應(yīng)當(dāng)提前一點(diǎn)開(kāi)啟才好。
前邊講到了進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)同時(shí)打開(kāi)的情況，也就是進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的重疊。重疊持續(xù)的相對(duì)時(shí)程可以用此間活塞運(yùn)行的角度來(lái)衡量，這樣就可以拋開(kāi)轉(zhuǎn)速，把它作為系統(tǒng)的固有特性來(lái)看待了。重疊的角度通常都很小，可是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響卻相當(dāng)大。那么這個(gè)角度多大為宜呢？我們知道，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，每個(gè)汽缸一個(gè)周期內(nèi)留給吸氣和排氣的絕對(duì)時(shí)間也越短，但是前面講到的進(jìn)氣岐管或排氣岐管內(nèi)的氣流也越快。想想看，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)需要盡可能長(zhǎng)的吸氣和排氣時(shí)間，而且也有有利條件可以利用，還猶豫什么？只要重疊的角度大一些不就行了？當(dāng)然，也不能太大，前邊說(shuō)了，這里有個(gè)時(shí)機(jī)問(wèn)題，重疊角度太大肯定也不好，要不干脆讓進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)閉得了。很顯然，這個(gè)時(shí)機(jī)是與轉(zhuǎn)速有關(guān)的，轉(zhuǎn)速越高，要求的重疊角度越大。
也就是說(shuō)，如果配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是對(duì)高轉(zhuǎn)速工況優(yōu)化的，發(fā)動(dòng)機(jī)就容易得到較高的最大轉(zhuǎn)速，也就容易獲得較大的峰值功率。但在低轉(zhuǎn)速工況下，這樣的系統(tǒng)重疊角度肯定就偏大了，廢氣就會(huì)過(guò)多的瀉入進(jìn)氣岐管，吸氣量反而會(huì)下降，氣缸內(nèi)氣流也會(huì)紊亂，ECU也會(huì)難以對(duì)空燃比進(jìn)行精確的控制，最終的效果是怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機(jī)構(gòu)只對(duì)低轉(zhuǎn)速工況優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)的峰值功率就會(huì)下降。所以傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)都是一個(gè)折衷方案，不可能在兩種截然不同的工況下都達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
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