关于可变气门正时在轿车发动机上的应用的报告

1、 关于可变气门正时在轿车发动机上的应用的报告 学 院： 交通建筑工程学院 专业年级： 交通运输08 学生姓名： 张旭 班级学号： 2班 15号 二一一年六月十日 摘要当发动机转速、负荷变化时，进气管流速和残余废气的排放也会随着改变。为了提高发动机的燃料经济性、动力性、运转稳定性，减少排放污染，目前在轿车发动机上多用可变配气定时机构，使配气定时可以随转速、负荷改变。本文从可变气门定时的原理出发，归纳和分析了常见可变气门机构的类型、结构和特点及与之相辅相承的可变气门升程技术，低转速时系统使用较小的气门升程，增加缸内紊流提高燃烧速度，增加发动机低速输出扭矩，而高转速时使用较大的气门升程则可以显著提高

2、进气量，进而提升高转速时的功率输出。关键词 配气相位 可变气门正时 可变气门升程技术 气门重叠正 文一、为什么发动机会用可变气门正时机构我们都知道，发动机的配气机构负责向汽缸提供汽油燃烧做功所须的新鲜空气，并将燃烧后的废气排除出去，从工作原理上讲，配气机构的主要功能是按照一定时限自动开启和关闭各气缸的进、排气门，从而使空气及时通过进气门向气缸内供给新鲜空气或者可燃混合气，并且及时将燃烧做功后形成的废气从排气门排出，实现发动机气缸换气补给的整个过程。发动机气门是由曲轴通过凸轮轴带动的，气门的配气正时则是由凸轮决定的。对于没有可变气门正时技术的普通发动机而言，进排气们开闭时间都是固定的，但是这种固

3、定不变的气门正时却很难顾及到发动机在不同转速工况时的工作需要。如上所诉，发动机转速不同，要求不同的配气定时。这是因为：当发动机转速改变时，由于进气流速和强制排气时期的废气流速也随之改变。因此在气门晚关期间利用气流惯性增加进气和促进排气的效果将会不同。例如：当发动机在低速运转时，气流惯性小，若此时配气定时保持不变，则部分进气将被活塞推出气缸，使进气量减小，汽缸内残余废气将会增多。可变气门机构就是通过技术手段，使发动机的配气相位和气门升程能随发动机转速和负荷的变化而变化，始终保持最佳，从而保证发动机在任意转速和负荷都有良好的燃料经济性、动力性、运转稳定性，减少排放污染。 可变气门机构有多种结构型式

4、，不同厂家、不同发动机的可变气门机构往往有很大的不同。按其控制内容，有可变配气相位机构和可变气门升程机构2大类；按是否同时控制进、排气门，有只控制进气门的单可变气门机构和同时控制进、排气门的双可变气门机构2种；按其控制过程，有分段可变和连续可变2种；按其结构，有变换凸轮式、变换凸轮轴转角式和变换摇臂支点式等几种。 二、可变气门正时工作的原理那么可变气门正时技术是如何工作的呢？它又是怎样实现提高发动机的燃料经济性、动力性、运转稳定性，减少排放污染，使配气定时可以随转速、负荷改变？可变气门程系统由于发动机工作时的转速很高，四冲程发动机的一个工作行程仅需千分之几秒，这么短促的时间往往会引起发动机进气

5、不足，排气不净，造成功率下降。因此，就需要气门要早开晚关，减小进气阻力，利用气流惯性，增加进气量；排气早开晚关，使汽缸压力大，排气速度快，在较短时间内排出大量气体，减小缸内残余废气。由于进气门的早开和排气门晚关，使活塞在上止点附近出现进排气门同时开启的现象，称为“气门重叠”。重叠角的大小可以用此间活塞运行配气相位的相对角度来衡量，这样就可以抛开转速，把它作为系统的固有特性来看待了。 气门早开晚闭的特性形成了配气相位重叠角气门重叠的角度通常都很小，可是对发动机性能的影响却相当大。那么这个角度多大为宜呢？我们知道，发动机转速越高，每个汽缸一个周期内留给吸气和排气的绝对时间也越短，因此想要达到较好的

6、充气效率，这时发动机需要尽可能长的吸气和排气时间。显然，当转速越高时，要求的重叠角度越大。也就是说，如果配气机构的设计是对高转速工况优化的，发动机容易在较高的转速下，获得较大的峰值功率。但在低转速工况下，过大的重叠角则会使得更多的废气过进入进气岐管，使进气量下降，并稀释可燃混合气，气缸内气流也会紊乱，此时ECU也会难以对空燃比进行精确的控制，从而导致怠速不稳，低速扭矩偏低。相反，如果配气机构只对低转速工况优化，发动机就无法在高转速下达到最大功率。所以传统的发动机都采用折中方案，不可能在两种截然不同的工况下都达到最优状态。所以为了解决这个问题，就要求配气相位角和气门重叠角大小可以根据转速和负载的

7、不同进行调节，高低转速下都可以获得理想的进气量从而提升发动机效率，这就是可变气门正时技术开发的初衷。在低速和怠速工况下，缩小进排气时间使得配气相位的重叠角减小，从而改善低速下的扭矩表现，而高速下则适当增加配气相位重叠角以提高提升马力。Passat B5轿车选用2.8升V6发动机，对可变气门正时进行了特别设计。从俯视观察，排气凸轮轴安装在外侧，进气凸轮轴安装在内侧。曲轴通过齿形皮带首先驱动排气凸轮轴，排气凸轮轴通过链条驱动进气凸轮轴。Passat B5发动机所应用的可变气门正时系统，是通过微机控制可变气门调节器上升和下降获得齿形皮带轮与进气凸轮（进气门）的相对位置变化，这种结构属于凸轮轴配气相位

8、可变结构，一般可调整20。30。曲轴转角。由于这种机构的凸轮轴、凸轮形线及进气持续角均不变，虽然高速时可以加大进气迟闭角，但是气门叠开角却减小，这是它的缺点。Passat B5轿车发动机可变气门正时俯视图三、可变气门升程技术在不同车型上的应用虽然可变气门正时技术在各个厂商的称谓都各不相同，但是实现的方式大多大同小异，以丰田的VVT-i技术为例，其工作原理为：系统由ECU协调控制，来自发动机各部位的传感器随时向ECU报告运转工况。由于在ECU中储存有气门最佳正时参数，所以ECU会随时控制凸轮轴正时控制液压阀，根据发动机转速调整气门的开启时间，或提前，或滞后，或保持不变。 我们都知道，发动机的实质

9、动力表现是取决与单位时间内汽缸的进气量的，前面说过，气门正时代表了气门开启的时间，而气门升程则代表了气门开启的大小，从原理上看，可变气门正时技术也是通过改变进气量来改善动力表现的，但是气门正时只能增加或者缩小气门开启时间，并不能有效改善汽缸内单位时间的进气量，因此对于发动机动力性的帮助并不大。而如果气门开启大小（气门升程）也可以时间可变调节的话，那么就可以针对不同的转速使用合适的气门升程，从而提升发动机在各个转速内的动力性能，这就是和可变气门正时相辅相承的可变气门升程技术。 本田的i-VTEC是目前使用范围最广的可变气门升程系统可变气门升程技术可以在发动机不同转速下匹配合适的气门升程，使得低转

10、速下扭矩充沛，而高转速时马力强劲。低转速时系统使用较小的气门升程，这样有利于增加缸内紊流提高燃烧速度，增加发动机低速输出扭矩，而高转速时使用较大的气门升程则可以显著提高进气量，进而提升高转速时的功率输出。 气门升程分段可调的i-VTEC系统我们最熟悉的可变气门升程系统无疑就是本田的i-vtec技术了，本田也是最早将可变气门升程技术发扬光大的厂商。本田的可变气门升程系统结构和工作原理并不复杂，工程师利用第三根摇臂和第三个凸轮即实现了看似复杂的气门升程变化。当发动机达到一定转速时，系统就会控制连杆将两个进气摇臂和那个特殊摇臂连接为一体，此时三个摇臂就会同时被高角度凸轮驱动，而气门升程也会随之加大，

11、单位时间内的进气量更大，从而发动机动力更强。这种在一定转速后突然的动力爆发也能够增加驾驶乐趣，缺点则是动力输出不够线性。而随后像奥迪，三菱和丰田等厂商也都研发出了自己的可变气门升程技术，它同样是通过增加凸轮轴上的凸轮来实现了气门升程的分段可调。 日产使用了一组螺杆（螺栓）和螺套（螺母）就实现了气门升程的连续可变而在近几年，日产和宝马则以更为精巧的设计率先推出了自己的连续可变气门升程技术，实现了气门升程的无级可调。日产的VVEL技术为例，工程师在驱动气门运动的摇臂增加了一组螺杆（螺栓）和螺套（螺母），螺套由一根连杆与控制杆相连，连杆又和一个摇臂和控制杆相连带动气门顶端的凸轮。螺套的横向移动可以带

12、动控制杆转动，控制杆转动时上面的摇臂随之转动，而摇臂又与link B（连杆B）相连，摇臂逆时针转动时就会带动link B去顶气门挺杆上端的输出凸轮，最后输出凸轮就会顶起气门来改变气门升程。而日产就是通过这么一套简单的连杆和螺杆的组合实现了气门升程的连续可调。 相比分段可调的i-vtec技术，连续可变的气门升程不仅提供全转速区域内更强的动力，也使得动力的输出更加线性,这项技术最先就被装备在G37的VQ37VHR发动机上，而VQ37VHR也是2008年沃德十佳发动机的得主。 宝马则是使用偏心凸轮轴来改变摇臂转轴位置控制气门升程此外，宝马的Valvetronic技术同样是依靠改变摇臂结构来控制气门升

13、程的，同样可以实现气门升程无级可调，只是连杆摇臂的设计思路截然不同。此外，目前的可变气门升程技术的运用基本还只停留在进气端，因此可变气门升程技术在未来还拥有很大的提升空间。 四、结语随着燃油资源的短缺和国际石油百变的局势，提高汽车发动机的燃油性和动力性已经成为各国生产厂家开发新技术的主要趋向。在我国可变气门正时技术也已经得到了普遍运用，各个厂商的叫法虽不同，但在技术上还是异曲同工的。不过，可变气门升程技术的应用和开发则还是少数几家厂商的宝贝技术，特别是连续可变气门升程技术，目前只在少数高端进口车上使用。搭配了可变气门正时和升程技术之后，无疑可以将发动机动力、经济性、排放和平顺性之间的均衡性提升到一个新的境界，这也将会是自然吸气发动机未来的发展方向。参考文献: 1 陶建武, 李理光, 苏 岩, 等. 基于智能控制的汽车发动机可变配气相位系统 J . 机械工程学报, 2003. 2 戴正兴, 宋义忠, 崔 毅. 汽油机可变气门正时技术仿真及方案分析 J . 汽车技术, 2008( 3). 3 姚春德, 刘小平, 黄 钰. 连续可变凸轮相位器系统的仿真设计研究 J .