这就像多气阀发动机一样,通过增大进气面积来增大发动机高转时的进气效率。多气阀发动机还有一个好处就是由两个气门变成4个气门以后,每个气门的体积减小,重量减轻。所以运动惯量也减小了,这样非常有利于高速运动,也就是说非常有利于提高发动机的转速和响应速度。所以,有了多气阀,发动机的转速能够更高,而且高转速的时候进气效率也会更高,从而使得整个发动机的工作效率也得到了提高。
到了90年代,随着发动机技术的发展,和消费者需求的细分化,越来越多的人又开始对多气阀发动机表示不满。上文我们说过,由于气阀设计能提高发动机高转速时候的进排气效率,但在低转速时却会使进排气效率降低。对于经常开车穿梭于城市的人们来说,大多数时候,发动机都是在低转速状况下运行的。所以多气阀的优势并不能很好的发挥。但是如果我们为了提高低速性能刻意的把气门行程减小(同样能达到减小进排气面积的效果)那又失去了多气阀发动机的意义。所以在上世纪90年代,本田率先推出了可以改变气门行程和正时的VTEC发动机。至于它是怎么样去改变行程的,我们在这里暂且不谈。不过如果气门的正时和性能可以根据需要自动改变,这就能正好弥补多气门发动机在低转时候的不足。这一点我们很容易想象,当发动机处于低转速时,使用叫小的气门行程,这样能够达到减小进气面积的目的,也相当于于人在平静呼吸时候的状态,能够提高低转速时的进排气效率;当发动机高转速时,如果采用较大的气门行程,这就相当于增大了进气面积,也相当于人在剧烈运动时需要靠嘴巴呼吸一样,提高高转速时的进气流量。所以,有了可变的气门行程,我们可以同时获得所需要的高低转速时的良好性能。现在国内的广本和东风本田的发动机都配备了VTEC系统。不过VTEC也不是绝对的好。
由于受到结构的限制,气门的行程很难实现无极调节,早期的VTEC只有两段调节,而现在最新的VTEC也只有三段行程调节。而当气门从一个行程转换到另一个行程时,由于进气流量突然增大,是的发动机的输出也突然增大,导致发动机在整个转速范围段内的输出并不线性,也就是说并不柔和。装备了VTEC的发动机在加速时会经常又突如其来的推背感,这在很大程度上提高了驾驶乐趣,但是如果是追求平稳舒适的房车,则不太适合了。当然,要想做到动力线性的输出,则需要在技术上下更大的功夫做到气门的无极调节。不过这一点被宝马实现了。宝马的VALTRONIC就是具备无极调节气门行程功能的系统。它要实现的功能大致跟本田VTEC一样,最大的区别就是它的气门行程是线性调节的,所谓线性,指的就是连续可变。所以它不但能提高发动机高低转速时的工作效率,而且还有很好的动力输出曲线。动力输出很线性。
不但这样,由于能够无极调节行程,这就意味着,发动机能够在任何转速都保持最优化的进排气效率。而且实现了进气无极可调以后,可以取消节气阀的设置。因为普通发动机,在进气管内都有一个类似蝴蝶状的节气阀,它与油门相连,用来调节进气量,从而控制发动机的转速。由于所有的进气都要流过这个节气阀,而节气阀会产生一定的气阻,使得进气效率下降。所以取消了节气阀带来的最大好处就是进一步提高了进气效率。可见宝马的VALTRONIC已经是目前可变气门技术中的最
提高高低转速时的进气效率,除了采取改变气门行程的手段以外,还可以采用改变气门正时的手段,进一步提高发动机的工作效率。改变行程来提高工作效率很容理解,那么改变正时又为什么可以提高工作效率呢?这要从进气惯性说起。
我们知道,空气也是有质量的物体。有质量就意味着有惯性。那么我们不难想象,如果当活塞刚好在上止点即将向下运动进气时,此时进气门打开,由于空气有惯性,空气从静止加速进入气缸需要一定时间,所以此时排气门打开时,空气是没有立即进入到气缸里面来的,而是要从静止开始加速。这就意味着要浪费一定的活塞行程。为了提高进气效率,工程师门在设置气门正时时通常会让进气门提前打开,这就意味着进气管内的空气能有足够的时间加速,进入到气缸内来,同样的道理,当活塞运动到下止点时,由于进气管内的空气还有惯性,仍然具有运动速度,所以工程师通常会把气门正时设置成推迟关闭,让更多的空气能够进入到气缸里面来。相同的道理,排气系统也可以这样来设计。
这就意味着,进气门和排气们都有一个提前开启和推迟关闭的角度。由于进气门和排气门一个提前打开一个推迟关闭,这就会有一个很短的时间内,进气门和排气门是同时打开的。有人肯定会说,那岂不会发生进排气的干涉?其实实际情况并不会糟糕。因为新鲜空气和废气在运动时都由于惯性的原因有迟滞,所以短暂的叠加角并不会有坏的影响。