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气门重叠角：定义、示意图、作用、优点、缺点
编辑日期：2024-08-23
　

气门重叠角：定义、示意图、作用、优点、缺点
　
气门重叠角
如果没有气门重叠，燃烧室中会残留少量废气，从而影响发动机性能与排放。气门重叠有助于更好地扫气，排出气缸内的废气。
因此本文将详细讲解气门重叠角。
本文主要内容包括：
• 什么是气门重叠角？
• 气门重叠角的作用
• 影响气门重叠角大小的因素
• 计算公式
• 如何计算气门重叠角
• 气门重叠角的优缺点
• 常见问题解答
　
　
　
　
什么是气门重叠角？
　
气门重叠是指进气门与排气门同时保持开启的那段曲轴旋转角度。气门重叠发生在排气行程结束前几度，或进气行程开始后几度的区间内。

下图为四冲程内燃机的实际配气相位图，标明了进、排气门相对于曲轴转角的开启与关闭时刻。

由上图可见：在排气行程中，进气门在活塞到达上止点（TDC） 前提前几度开启；在进气行程中，排气门在活塞开始下行后延迟几度关闭。
因此，从进气门开启到排气门关闭的这段时间内，两个气门同时开启，这一现象即为气门重叠。
其大小以从进气门开启到排气门关闭期间曲轴转过的角度来计量。
　
　
　
　
气门重叠的作用
　
气门重叠主要有以下作用：
（1）促进废气扫气
活塞无法运动到气缸上止点以上，因此仅靠活塞本身无法将余隙容积内的废气完全排出。废气流动会在活塞顶部上方形成微弱的低压区。在气门重叠期间，新鲜进气充量会填充这一低压区域，助力将废气彻底排出。
（2）避免混合气被稀释
若没有气门重叠，部分废气会残留在气缸内。在进气行程中，这些废气会与进气混合，稀释新鲜混合气。气门重叠有助于最大限度排出废气，从而避免可燃混合气被稀释。
（3）冷却排气门
气门重叠同时也有助于对排气门进行冷却。
　
　





　
　
影响气门重叠角大小的因素
　
重叠角大小主要取决于以下因素：
（1）发动机转速
高转速发动机（如跑车）需要更大的气门重叠角，以保证高转速下仍有充足扫气时间。
低转速发动机（如家用街车）用较小的重叠角就能完成充分扫气。
（2）气缸盖的气门数量
四气门发动机的进排气流通能力比两气门更强，因此所需的气门重叠角比两气门发动机更小。
（3）进气混合气损失
重叠角过大会导致新鲜混合气直接从排气门流失。因此最大重叠角必须优化设定，避免新鲜进气损失。
　
　
　
　
计算公式
　
如果已知进气门开启、排气门关闭对应的曲轴角度，气门重叠角可按下式计算：
　

气门重叠角 = 进气门开启（IVO）到排气门关闭（EVC）的曲轴转角
　

气门重叠角 = [进气门开启至上止点的角度] + [排气门关闭至上止点的角度]
　
其中：
IVO = Intake Valve Open 进气门开启
EVC = Exhaust Valve Close 排气门关闭
TDC = Top Dead Center 上止点
　
如果已知进气持续角、排气持续角（均以曲轴角度计）和凸角分离角（LSA），则气门重叠角计算公式为：
　

气门重叠角=
进气持续角+排气持续角
−2(凸轮分离角)
2
　
　
　
　
气门重叠角如何计算？
　
可用以下两种方法计算：
　

1

  根据配气相位图:

对于上图所示的配气相位图，气门重叠角（VO）计算方法如下：
　

气门重叠角 = [进气门开启点至上止点的角度] + [排气门关闭点至上止点的角度]

VO = [IVO 与 TDC 之间的角度] + [EVC 与 TDC 之间的角度]
　
举例：
某台发动机的进、排气门工作角度如下：
进气门开启（IVO）：上止点前 24°
进气门关闭（IVC）：下止点后 50°
排气门开启（EVO）：下止点前 60°
排气门关闭（EVC）：上止点后 20°
据此可绘制出对应的配气相位图。

则气门重叠角计算为：
　 = [进气门提前角] + [排气门延迟角]
　 = 24° + 20°

VO = 44°
　

2

 根据凸轮凸角分离角、进气持续角与排气持续角计算：
　
下图显示了进气门与排气门凸轮凸角的位置关系。

凸轮分离角（LSA）是指进气凸轮凸角中心线与排气凸轮凸角中心线之间的夹角。
此种情况下，气门重叠角（VO）计算公式为：
　

VO=
进气持续角 + 排气持续角
−2[LSA]
2
其中：
进气持续角：进气门开启期间曲轴转过的角度
排气持续角：排气门开启期间曲轴转过的角度
计算示例
已知某发动机参数如下：
· 进气持续角：254°
· 排气持续角：260°
· 凸轮凸角分离角（LSA）：110°
则气门重叠角计算如下：
　

VO=
进气持续角 + 排气持续角
−2[LSA]
2
　

VO=
254° + 260°
−2[110°]
2
　

VO = 37°
　
　
　
　
气门重叠角的优缺点
　
优点：
1. 促进气缸扫气，更彻底地排出废气。
2. 在发动机高转速时增加新鲜混合气进气量，提升车辆高速动力。
3. 有助于冷却排气门。
　
缺点：
1. 低转速下，进气歧管真空度降低，影响真空助力制动系统，导致刹车踏板变硬。
2. 低转速发动机不适合采用气门重叠，会造成低速动力偏弱。
3. 重叠角过大会导致新鲜混合气从排气门流失。
　
　
　
　
常见问题解答
1.
气门重叠产生的原因是什么？
因为进气门在活塞到达上止点前提前开启，而排气门在活塞经过上止点后延迟关闭。
2.
发动机气门重叠发生在什么时候？
发生在排气行程末期和进气行程初期。
3.
为什么发动机气门重叠很重要？
它能让更多新鲜混合气进入气缸，从而提高发动机的高速输出功率。
4.
气门重叠的两个主要作用是什么？
（a）避免新鲜混合气被废气稀释

（b）让气缸充入尽可能多的新鲜混合气
5.
如何判断发动机存在气门重叠？
缓慢转动发动机，观察气门运动：如果排气门尚未完全关闭，进气门就已开始打开，则存在气门重叠。
6.
什么是负气门重叠？
负气门重叠是指排气门提前关闭，且进气门延迟开启的状态。
　
　

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