发动机可变配气相位技术

1、发动机可变配气相位技术第1页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二Table of Contents 概述1 可变配气相位的研究状况2 可变配气相位的工作原理3第2页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二一、概述发动机可变气门正时技术（VVT，Variable Valve Timing）是针对在常规车用发动机中，因气门定时固定不变而导致发动机某些重要性能在整个运行范围内不能很好地满足需要而提出的。VVT技术在发动机运行工况范围内提供最佳的配气正时，较好地解决了高转速与低转速，大负荷与小负荷动力性与经济性的矛盾，同时在一定程度上改善了排放性能。第3页，共18页，2

2、022年，5月20日，4点12分，星期二二、可变配气相位的研究状况Benz公司的500SL型车用V8发动机采用了可变气门正时，使用凸轮轴两点调相法来改变气门正时。在进气门关闭角提前调整的工况，发动机4000r/min全负荷工况下，转矩平均增加1530Nm，提高了5%8%，在进气门关闭角之后调整时，标定功率增加15kW，提高了约7%。本田公司在1989年第一批装用VTEC（Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System）的1.6L发动机，其最大输出功率从原88kW增加到118kW，而且可以达到8000r/min的超高速。本田三段式

3、VTEC式发动机，能在低、中、高3种不同的方式工作，这种三段式机构使发动机油耗在与VTEC-E相同的情况下，功率提高了40%，最大功率96kW（64kW/L）。第4页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二二、可变配气相位的研究状况VVT机构在实现产品过程中经历了3个阶段：进气凸轮轴两级调相机构，如奔驰的VVT机构；变换凸轮形线机构，如本田三段式VTEC机构；全可变配气相位机构。该机构能够实现对气门正时和升程的综合控制，最终将取代节气门控制发动机负荷，如FEV电磁控制全可变气门机构，福特的EVC无凸轮轴电控液压可变配气相位机构第5页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，

4、星期二三、可变配气相位的工作原理发动机的配气相位机构负责向气缸提供汽油燃烧做功所必须的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出，这一套动作可以看做是人体吸气和呼气的过程。从工作原理上讲，配气相位机构的主要功能是按照一定的时限来开启和关闭各气缸的进、排气门，从而实现发动机气缸换气补给的整个过程。第6页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二（一）气门重叠角对发动机性能的影响“气门重叠角”来弥补进气不足和排气不净的缺憾。当转速越高时，要求的气门重叠角度越大。但在低转速工况下，过大的气门重叠角则会使得废气过多的泻入进气端，吸气量反而会下降，气缸内气流也会紊乱。所以为了解决这个问题，就要求配气相位

5、可以根据发动机转速和工况的不同进行调节，高低转速下都能获得理想的进、排气效率，这就是可变气门正时技术开发的初衷。第7页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二（二）配气相位机构的结构发动机的气门通常由凸轮轴带动，对于没有可变气门正时技术的普通发动机而言，进、排气们开闭的时间都是固定的，但是这种固定不变的气门正时却很难顾及到发动机在不同转速和工况时的需要。第8页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二（三）VVT工作原理简述工作原理为：该系统由ECU协调控制，发动机各部位的传感器实时向ECU报告运转情况。由于在ECU中储存有气门最佳正时参数，所以ECU会随时对正时机构

6、进行调整，从而改变气门的开启和关闭时间，或提前、或滞后、或保持不变。简单的说，VVT系统就是通过在凸轮轴的传动端加装一套液力机构，从而实现凸轮轴在一定范围内的角度调节，也就相当于对气门的开启和关闭时刻进行了调整第9页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二（1）本田i-vtec系统工作原理VTEC中的凸轮有三个。它们的线型不同；中间凸轮（高速凸轮）-它的升程最大；主凸轮（低速凸轮）次凸轮-最低的凸轮中间凸轮-是按发动机双进双排气门工作最佳输出功率的要求而设计的，主凸轮-是按发动机低速工作时单气门工作要求设计的，次凸轮-只是稍微高出基圆，是在发动机怠速运行时，通过次摇臂稍微打开次气

7、门，以免燃油集聚在进次气门口。与三个凸轮相对应的是中间摇臂、主摇臂与次摇臂，两个进气门分别安装在主、次摇臂上。在三个揺臂内有一个孔道，内装有正时活塞，A、B同步活塞和定位活塞，它们的位置受油压控制。每个气缸的两个进气门上都安装有可变配气相位控制机构。第10页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二（1）本田i-vtec系统工作原理当发动机在中、低转速时，三根摇臂处于分离状态，普通凸轮推动主摇臂和副摇臂来控制两个进气门的开闭，气门升量较小。此时虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间是分离的，所以两边的摇臂不受它控制，也不会影响气门的开闭状态。第11页，共18页，2022年，5月

8、20日，4点12分，星期二（2）BMW的Valvetronic系统工作原理传统的配气相位机构上增加了一根偏心轴，一个步进电机和中间推杆等部件，该系统借由步进电机的旋转，再在一系列机械传动后很巧妙的改变了进气门升程的大小。当凸轮轴运转时，凸轮会驱动中间推杆和摇臂来完成气门的开启和关闭。当电机工作时，蜗轮蜗杆机构会首先驱动偏心轴发生旋转，然后中间推杆和摇臂会产生联动，偏心轴旋转的角度不同，最终凸轮轴通过中间推杆和摇臂顶动气门产生的升程也会不同。在电机的驱动下，进气门的升程可以实现从0.18mm到9.9mm之间的无级变化。第12页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二（2）BMW的V

9、alvetronic系统工作原理BMW的Valvetronic技术已经覆盖了旗下的多款发动机，包括目前陆续推出的涡轮增压新动力。该技术能够让发动机对驾驶者的意图做出更迅捷的反馈，同时通过发动机管理系统对气门升程的精确控制，实现了车辆在各种工况和负荷下的最佳动力匹配。第13页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二（3）BMW的Double-VANOS系统工作原理Double-VANOS:双凸轮轴可变气门正时系统。 Double-VANOS是由BMW开发的双凸轮轴可变气门正时系统，这是宝马技术发展领域中的又一项成就：Double-VANOS双凸轮轴可变气门正时系统根据油门踏板和发动

10、机转速控制扭矩曲线，进气和排气气门正时则根据凸轮轴上可控制的角度按照发动机的运行条件进行无级的精准调节。 在低发动机转速时，移动凸轮轴的位置，使气门延时打开，提高怠速质量并改进功率输出的平稳性。在发动机转速增加时，气门提前打开：增强扭矩，降低油耗并减少排放。高发动机转速时，气门重新又延时打开，为全额功率输出提供条件。 Double-VANOS双凸轮轴可变气门正时系统还控制循环返回进气歧管的废气量以增强燃油经济性。系统在发动机预热阶段使用一套专用参数以帮助三元催化转换器更快达到理想工作温度并降低排放。整个过程由车辆的汽油发动机电子控制系统（DME）控制第14页，共18页，2022年，5月20日，

11、4点12分，星期二(4)奥迪的AVS系统工作原理奥迪的AVS可变气门升程系统在设计理念上与本田的i-vtec有着异曲同工之妙，只是在实施手段上略有不同。这套系统为每个进气门设计了两组不同角度的凸轮，同时在凸轮轴上安装有螺旋沟槽套筒。螺旋沟槽套筒由电磁驱动器加以控制，用以切换两组不同的凸轮，从而改变进气门的升程。第15页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二(4)奥迪的AVS系统工作原理发动机在高负载的情况下，AVS系统将螺旋沟槽套筒向右推动，使角度较大的凸轮得以推动气门。在此情况下，气门升程可达到11毫米，以提供燃烧室最佳的进气流量和进气流速，实现更加强劲的动力输出。当发动机在低负载的情况下，为了追求发动机的节油性能，此时AVS系统则将凸轮推至左侧，以较小的凸轮推动气门。第16页，共18页，2022年，5月20日，4点12分，星期二(4)奥迪的AVS系统工作原理两个进气门无论是在普通凸轮还是高角度凸轮下的相位和升程是有差别的，也就是说两个进气门开启和关闭的时间以及升程并不相同。这种不对称的进气设计是为了让空气在流经两个进气门后，同