圖文解析汽車發動機可變氣門升程技術

法律顧問：趙建英律師

眾所周知，發動機的動力表現主要取決於單位時間內汽缸的進氣量，氣門正時代表了氣門開啟的時間，而氣門升程則代表的是氣門開啟的大小，從原理上看，可變氣門正時技術也是通過改變進氣量來改善動力表現的，但實際上氣門正時則只能增加或者縮小氣門開啟時間，並不能有效改善汽缸內單位時間的進氣量，從數學角度上看，氣門正時是將分母和分子同時等比例放大，而這對於數字的擴大或縮小則沒有任何改善，也正式因此對於可變氣門正時技術隊於發動機動力性的幫助並不大。

而當氣門開啟大小也可以實現可變調節的話，那麼就可以針對不同的轉速使用合適的氣門開啟大小，從而提升發動機在各個轉速內的動力性能，這就是和可變氣門正時技術相輔相承的可變氣門升程技術。

正如我們在用皮管接水時，當我們將皮管口的面積變小后，從皮管中噴出的水壓力將變大，水流出的力道也將不同，發動機可變氣門升程技術利用的就是這種原理，讓混合氣的霧化更加的充分，燃燒也更完全。

目前市場上使用具有可變氣門升程技術發動機的廠家共有三個，分別是本田（Vtec/i-Vtec）、日產（VVEL）和寶馬（Valvetronic）。

本田可變氣門升程技術：Vtec/i-Vtec

本田是最早將可變氣門升程技術應用到車載發動機上的廠商，而且不同於其它廠商先使用可變氣門正時，后追加可變氣門升程技術的做法，本田的工程師在研發項目之初就將這兩種技術同步進行。結構簡單、設計巧妙是本田可變氣門升程機構的特點。

不過雖然本田是最早使用這種技術的汽車廠家，但直到現在並沒有太大的進步，依然停留在只有兩段和三段可調的程度，而像寶馬、日產和豐田的廠家雖然使用這套技術的時間要晚一些，但是現在他們已經開始使用連續可變氣門升程技術。

目前，本田及謳歌目前在國內發售的車型共有SOHC及DOHC兩種結構的發動機，它們雖然都配有VTEC或i-VTEC系統。飛度、鋒范以及思域搭載的都是本田的R系列發動機，採用的是SOHC單頂置凸輪軸結構，兩個進氣氣門和兩個排氣氣門均由一根凸輪軸驅動。首先要說明的是目前大部分可變氣門升程技術都被應用在進氣氣門端，本田的R系列也不例外。

從上圖中可以看到，兩個進氣氣門搖臂中間還有一個特殊的搖臂，它對應的是凸輪軸上的一個高角度凸輪，而在發動機低轉速時兩個進氣搖臂和這個特殊搖臂是分離的、互無關係，進氣搖臂只由低角度凸輪驅動，因此進氣氣門打開的升程較小，這有助於提高低轉速時的燃油經濟性。但當發動機達到一定轉速時，由電子液壓控制的連桿會將兩個進氣搖臂和那個特殊搖臂連接為一體，此時三個搖臂就會同時被高角度凸輪驅動，而氣門升程也會隨之加大，單位時間內的進氣量更大，從而發動機動力更強。

除了R系列發動機外，國內本田的思鉑睿、雅閣和CR-V的2.4L車型均搭載的是DOHC雙頂置凸輪軸結構的K系列發動機，同樣都裝備了可變氣門升程技術。此外本田的VTEC系統可在DOHC雙頂置凸輪軸發動機的進排氣端均進行氣門升程的調節，不過這功能並非所有本田DOHC發動機均有，只限定某些車型。

工作原理和R系列發動機的進氣端完全相同，都是通過三根搖臂的鏈接與分離實現的，不過既然排氣氣門升程也可得到提升，就表示高轉速下排氣效果將更高，可以更默契的和提高效率的進氣氣門協作來增強發動機的動力輸出。

日產可變氣門升程技術：VVEL

如果說本田是可變氣門升程技術的先驅者的話，那麼日產絕對可以說是這項技術的後來者，直至2007年末第四代G37的上市，日產才開始使用自己的可變氣門升程技術VVEL。它被首先應用到了日產的VQ系列發動機上，而之後VK系列發動機則成為了日產奇俠第二款使用可變氣門升程技術的發動機。不過可惜的是，目前為止日產在自己的低端車型發動機上還沒有使用VVEL技術。

本田的VETC是利用不同的凸輪來實現不同轉速下氣門升程的改變，而日產則是在驅動氣門運動的搖臂上做文章。為了實現連續可變這個功能就必須研發出一種可無級改變工作狀況的機構，日產的VVEL系統利用一個簡單的螺桿和螺套達到了這個目的。

螺桿我們可以理解為日常生活中常見的螺栓，而螺套就是擰在螺栓上的螺母，螺母隨著轉動就可沿著螺栓上的螺紋上下運動，換個角度來看這就是一種無級調節方式。日產的工程師就是將一組螺桿（螺栓）和螺套（螺母）加到了發動機的氣門搖臂上來使氣門升程連續（無級）可變的。

日產的這套VVEL連續可變氣門升程系統在一定範圍內（這個範圍的大小由螺桿的長度和輸出凸輪的角度來決定）可實現無級連續調節，針對不同的發動機轉速都有相應的氣門升程，這種形式無疑更加靈活自主，不過目前VVEL系統只應用在進氣端，因此還存在進化的餘地。

寶馬可變氣門升程技術：Valvetronic

與日產的VVEL可變氣門升程技術相比，寶馬的Valvetronic可變氣門升程技術就要讓我們熟悉的多，這個寶馬在2001年發布的可變氣門升程技術現在被廣泛的應用到寶馬旗下車型上。和日產的VVEL一樣，寶馬的Valvetronic也是目前少數可以實現連續可變的氣門升程技術之一。

寶馬的Valvetronic系統同樣是依靠改變搖臂結構來控制氣門升程。傳統的發動機大多都是利用凸輪軸上的凸輪擠壓搖臂帶動氣門挺桿來使氣門上下運動，而寶馬的工程師在凸輪軸與傳統搖臂間加裝了一根偏心凸輪軸，利用偏心凸輪軸上的凸輪位置的改變來實現氣門升程的改變。

日產的VVEL的作用範圍取決於螺桿長度，而寶馬的Valvetronic的氣門升程範圍則由偏心凸輪的角度及高度而定，據官方介紹，這套系統可以將氣門升程最大增加10mm，這對高轉速下增大進氣量是很有幫助的。

不過寶馬的Valvetronic和VVEL一樣，目前也只應用在發動機的進氣端，因此研發出更強大、更輕巧、可以用於發動機排氣端的新型Valvetronic系統也許正是寶馬現在在做的事情。

總結

通過介紹我們已經詳細的了解了發動機可變氣門正時/升程的基本原理，可變氣門正時的高效性和可變氣門升程的動力性都是它們典型的特點。隨著汽車技術的發展，目前可變氣門正時/升程技術已經不再是一個新鮮的技術了，它們除了被應用在進氣端外，甚至在部分品牌車型的排氣端上也已經開始使用這兩種技術。而像菲亞特、奧迪、保時捷、豐田、三菱以及斯巴魯等廠家也開始在自己的車輛上使用可變氣門正時/升程技術，但我更希望看到的是隨著汽車市場的擴大，自主品牌技術的逐漸提升，這兩項已經不算新的發動機技術可以早日應用到自主品牌發動機上。