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1、发动机可变配气相位技术发动机可变配气相位技术第1页，本讲稿共18页TableofContents概述概述1可可变配气相位的研究状况配气相位的研究状况2可可变配气相位的工作原理配气相位的工作原理3第2页，本讲稿共18页一、概述一、概述发动发动机可机可变变气气门门正正时时技技术术（VVT，VariableValveTiming）是是针对针对在常在常规车规车用用发动发动机中，因气机中，因气门门定定时时固定不固定不变变而而导导致致发动发动机某些重要性能在整个运行范机某些重要性能在整个运行范围围内不能很好地内不能很好地满满足需要而提出足需要而提出的。的。VVT技技术术在在发动发动机运行工况范机运行工况范
2、围围内提供最佳的配气正内提供最佳的配气正时时，较较好地好地解决了高解决了高转转速与低速与低转转速，大速，大负负荷与小荷与小负负荷荷动动力性与力性与经济经济性的矛性的矛盾，同盾，同时时在一定程度上改善了排放性能。在一定程度上改善了排放性能。第3页，本讲稿共18页二、可二、可变变配气相位的研究状况配气相位的研究状况Benz公司的公司的500SL型型车车用用V8发动发动机采用了可机采用了可变变气气门门正正时时，使用凸，使用凸轮轴轮轴两点两点调调相法相法来改来改变变气气门门正正时时。在。在进进气气门门关关闭闭角提前角提前调调整的工况，整的工况，发动发动机机4000r/min全全负负荷荷工况下，工况下，
3、转转矩平均增加矩平均增加1530Nm，提高了，提高了5%8%，在，在进进气气门门关关闭闭角之后角之后调调整整时时，标标定功率增加定功率增加15kW，提高了，提高了约约7%。本田公司在本田公司在1989年第一批装用年第一批装用VTEC（VariableValveTimingandLiftElectronicControlSystem）的）的1.6L发动发动机，其最大机，其最大输输出功率出功率从原从原88kW增加到增加到118kW，而且可以达到，而且可以达到8000r/min的超高速。本田的超高速。本田三段式三段式VTEC式式发动发动机，能在低、中、高机，能在低、中、高3种不同的方式工作，种不同的
4、方式工作，这这种三段种三段式机构使式机构使发动发动机油耗在与机油耗在与VTEC-E相同的情况下，功率提高了相同的情况下，功率提高了40%，最，最大功率大功率96kW（64kW/L）。）。第4页，本讲稿共18页二、可二、可变变配气相位的研究状况配气相位的研究状况VVT机构在机构在实现产实现产品品过过程中程中经历经历了了3个个阶阶段：段：1.进进气凸气凸轮轴轮轴两两级调级调相机构，如奔相机构，如奔驰驰的的VVT机构；机构；2.变换变换凸凸轮轮形形线线机构，如本田三段式机构，如本田三段式VTEC机构；机构；3.全可全可变变配气相位机构。配气相位机构。该该机构能机构能够实现对够实现对气气门门正正时时和
5、升和升程的程的综综合控制，最合控制，最终终将取代将取代节节气气门门控制控制发动发动机机负负荷，如荷，如FEV电电磁控制全可磁控制全可变变气气门门机构，福特的机构，福特的EVC无凸无凸轮轴轮轴电电控液控液压压可可变变配气相位机构配气相位机构第5页，本讲稿共18页三、可三、可变变配气相位的工作原理配气相位的工作原理发动机的配气相位机构机的配气相位机构负责向气向气缸提供汽油燃缸提供汽油燃烧做功所必做功所必须的新的新鲜空气，并将燃空气，并将燃烧后的后的废气排出，气排出，这一套一套动作可以作可以看做是人体吸气和呼气的看做是人体吸气和呼气的过程。从工作原理上程。从工作原理上讲，配气，配气相位机构的主要功能
6、是按照相位机构的主要功能是按照一定的一定的时限来开启和关限来开启和关闭各各气缸的气缸的进、排气、排气门，从而，从而实现发动机气缸机气缸换气气补给的整的整个个过程。程。第6页，本讲稿共18页（一）气（一）气门门重叠角重叠角对发动对发动机性能的影响机性能的影响“气气门重叠角重叠角”来弥来弥补进气不足和排气气不足和排气不不净的缺憾。的缺憾。当当转速越高速越高时，要求的气，要求的气门重叠角重叠角度越大。度越大。但在低但在低转速工况下，速工况下，过大的气大的气门重叠角重叠角则会使得会使得废气气过多的泻入多的泻入进气端，气端，吸气量反而会下降，气缸内气流也吸气量反而会下降，气缸内气流也会紊乱。会紊乱。所以
7、所以为了解决了解决这个个问题，就要求配，就要求配气相位可以根据气相位可以根据发动机机转速和速和工况的不同工况的不同进行行调节，高低，高低转速下都能速下都能获得理想的得理想的进、排气、排气效率，效率，这就是可就是可变气气门正正时技技术开开发的初衷。的初衷。第7页，本讲稿共18页（二）配气相位机构的（二）配气相位机构的结结构构发动机的气机的气门通常由凸通常由凸轮轴带动，对于没有可于没有可变气气门正正时技技术的普通的普通发动机而言，机而言，进、排气、排气们开开闭的的时间都是固定的，但是都是固定的，但是这种固定不种固定不变的气的气门正正时却很却很难顾及及到到发动机在不同机在不同转速和工况速和工况时的需
8、要。的需要。第8页，本讲稿共18页（三）（三）VVT工作原理工作原理简简述述工作原理工作原理为为：该该系系统统由由ECU协调协调控制，控制，发动发动机各部位的机各部位的传传感器感器实时实时向向ECU报报告运告运转转情况。由于在情况。由于在ECU中中储储存有气存有气门门最佳正最佳正时时参数，所以参数，所以ECU会随会随时对时对正正时时机机构构进进行行调调整，从而改整，从而改变变气气门门的开启和关的开启和关闭时间闭时间，或提前、或滞后、或保持不，或提前、或滞后、或保持不变变。简单简单的的说说，VVT系系统统就是通就是通过过在凸在凸轮轴轮轴的的传动传动端加装一套液力机构，从而端加装一套液力机构，从而
9、实现实现凸凸轮轴轮轴在一定范在一定范围围内的角度内的角度调节调节，也就相当于，也就相当于对对气气门门的开启和关的开启和关闭时闭时刻刻进进行了行了调调整整第9页，本讲稿共18页（1）本田）本田i-vtec系系统统工作原理工作原理VTEC中的凸轮有三个。它们的线型不同；中的凸轮有三个。它们的线型不同；中间凸轮（高速凸轮）中间凸轮（高速凸轮）-它的升程最大；它的升程最大；主凸轮（低速凸轮）主凸轮（低速凸轮）次凸轮次凸轮-最低的凸轮最低的凸轮中间凸轮中间凸轮-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，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，主凸轮主凸轮-是按发动机低速工作时单
10、气门工作要求设计的，是按发动机低速工作时单气门工作要求设计的，次凸轮次凸轮-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门，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门，以免燃油集聚在进次气门口。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。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，在三个揺臂内有一个孔道，内装有正时活塞，A A、B B同步活塞和定位活塞，它们的位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
11、气门上都安装有可变配气相位控制机构。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，本讲稿共18页（1）本田）本田i-vtec系系统统工作原理工作原理当当发动机在中、低机在中、低转速速时，三根，三根摇臂臂处于分离状于分离状态，普通凸，普通凸轮推推动主主摇臂和副臂和副摇臂来控制两个臂来控制两个进气气门的开的开闭，气，气门升量升量较小。小。此此时虽然中然中间凸凸轮也推也推动中中间摇臂，但由于臂，但由于摇臂之臂之间是分离是分离的，所以两的，所以两边的的摇臂不受它控臂不受它控制，也不会影响气制，也不会影响气门的开的开闭状状态。第11页，本讲稿共18页（2）BMW的的Valv
12、etronic系系统统工作原理工作原理传统传统的配气相位机构上增加了一根偏心的配气相位机构上增加了一根偏心轴轴，一个步，一个步进电进电机和中机和中间间推杆等部件，推杆等部件，该该系系统统借由步借由步进电进电机的旋机的旋转转，再在一系列机械，再在一系列机械传动传动后很巧妙的改后很巧妙的改变变了了进进气气门门升程的大小。升程的大小。当凸当凸轮轴轮轴运运转时转时，凸，凸轮轮会会驱动驱动中中间间推杆和推杆和摇摇臂来臂来完成气完成气门门的开启和关的开启和关闭闭。当。当电电机工作机工作时时，蜗蜗轮蜗轮蜗杆机构会首先杆机构会首先驱动驱动偏心偏心轴发轴发生旋生旋转转，然，然后中后中间间推杆和推杆和摇摇臂会臂会
13、产产生生联动联动，偏心，偏心轴轴旋旋转转的角度不同，最的角度不同，最终终凸凸轮轴轮轴通通过过中中间间推杆和推杆和摇摇臂臂顶动顶动气气门产门产生的升程也会不同。在生的升程也会不同。在电电机的机的驱动驱动下，下，进进气气门门的升程可以的升程可以实现实现从从0.18mm到到9.9mm之之间间的无的无级变级变化。化。第12页，本讲稿共18页（2）BMW的的Valvetronic系系统统工作原理工作原理BMW的的Valvetronic技技术术已已经经覆盖了旗下的多款覆盖了旗下的多款发动发动机，包括目前机，包括目前陆续陆续推出的推出的涡轮涡轮增增压压新新动动力。力。该该技技术术能能够让发动够让发动机机对驾
14、驶对驾驶者的意者的意图图做出更做出更迅捷的反迅捷的反馈馈，同，同时时通通过发动过发动机管理系机管理系统对统对气气门门升程的精确控制，升程的精确控制，实现实现了了车辆车辆在各种工况和在各种工况和负负荷下的最佳荷下的最佳动动力匹配。力匹配。第13页，本讲稿共18页（3）BMW的的Double-VANOS系系统统工作原理工作原理Double-VANOS:双凸双凸轮轴轮轴可可变变气气门门正正时时系系统统。Double-VANOS是由是由BMW开开发发的双凸的双凸轮轴轮轴可可变变气气门门正正时时系系统统，这这是宝是宝马马技技术发术发展展领领域中的又一域中的又一项项成就：成就：Double-VANOS双凸
15、双凸轮轴轮轴可可变变气气门门正正时时系系统统根据油根据油门门踏板和踏板和发动发动机机转转速控制扭矩曲速控制扭矩曲线线，进进气和排气气气和排气气门门正正时则时则根据凸根据凸轮轴轮轴上可控制的角度按照上可控制的角度按照发动发动机的运行条件机的运行条件进进行无行无级级的精准的精准调节调节。在低在低发动发动机机转转速速时时，移，移动动凸凸轮轴轮轴的位置，使气的位置，使气门门延延时时打开，提高怠速打开，提高怠速质质量并改量并改进进功功率率输输出的平出的平稳稳性。在性。在发动发动机机转转速增加速增加时时，气，气门门提前打开：增提前打开：增强强扭矩，降低油耗并减少排扭矩，降低油耗并减少排放。高放。高发动发动
16、机机转转速速时时，气，气门门重新又延重新又延时时打开，打开，为为全全额额功率功率输输出提供条件。出提供条件。Double-VANOS双凸双凸轮轴轮轴可可变变气气门门正正时时系系统还统还控制循控制循环环返回返回进进气歧管的气歧管的废废气量以增气量以增强强燃油燃油经济经济性。系性。系统统在在发动发动机机预热阶预热阶段使用一套段使用一套专专用参数以帮助三元催化用参数以帮助三元催化转换转换器更快达到器更快达到理想工作温度并降低排放。整个理想工作温度并降低排放。整个过过程由程由车辆车辆的汽油的汽油发动发动机机电电子控制系子控制系统统（DME）控制）控制第14页，本讲稿共18页(4)奥迪的奥迪的AVS系系
17、统统工作原理工作原理奥迪的奥迪的AVS可可变变气气门门升程系升程系统统在在设计设计理念上与本田的理念上与本田的i-vtec有着异曲同工之妙，有着异曲同工之妙，只是在只是在实实施手段上略有不同。施手段上略有不同。这这套系套系统为统为每个每个进进气气门设计门设计了两了两组组不同角度的凸不同角度的凸轮轮，同，同时时在凸在凸轮轴轮轴上安装有螺旋沟槽套筒。螺旋沟槽套筒由上安装有螺旋沟槽套筒。螺旋沟槽套筒由电电磁磁驱动驱动器加以控器加以控制，用以切制，用以切换换两两组组不同的凸不同的凸轮轮，从而改，从而改变进变进气气门门的升程。的升程。第15页，本讲稿共18页(4)奥迪的奥迪的AVS系系统统工作原理工作原
18、理发动发动机在高机在高负载负载的情况下，的情况下，AVS系系统统将螺旋沟槽套筒向右推将螺旋沟槽套筒向右推动动，使角度，使角度较较大的凸大的凸轮轮得以推得以推动动气气门门。在此情况下，气。在此情况下，气门门升程可达到升程可达到11毫米，以提供燃毫米，以提供燃烧烧室最佳室最佳的的进进气流量和气流量和进进气流速，气流速，实现实现更加更加强强劲劲的的动动力力输输出。当出。当发动发动机在低机在低负载负载的情况的情况下，下，为为了追求了追求发动发动机的机的节节油性能，此油性能，此时时AVS系系统则统则将凸将凸轮轮推至左推至左侧侧，以，以较较小小的凸的凸轮轮推推动动气气门门。第16页，本讲稿共18页(4)奥
19、迪的奥迪的AVS系系统统工作原理工作原理两个两个进进气气门门无无论论是在普通凸是在普通凸轮还轮还是高角度凸是高角度凸轮轮下的相位和升程是有差下的相位和升程是有差别别的，也就是的，也就是说说两个两个进进气气门门开启和开启和关关闭闭的的时间时间以及升程并不相同。以及升程并不相同。这这种不种不对对称的称的进进气气设计设计是是为为了了让让空气在流空气在流经经两个两个进进气气门门后，同后，同时时配配合特殊造型的燃合特殊造型的燃烧烧室和活塞室和活塞头头，可以令混合气在气缸内，可以令混合气在气缸内实现实现翻翻转转和紊流，和紊流，进进一步一步优优化混合气的状化混合气的状态态。奥迪奥迪AVS可可变变气气门门升程系升程系统统在在发动发动机机700至至4000转转之之间间工作，当工作，当发动发动机机处处于中于中间转间转速区域速区域进进行行定速巡航定速巡航时时，AVS系系统统可以可以为车辆为车辆提供很好的提供很好的节节油效果。油效果。第17页，本讲稿共18页谢谢谢谢！第18页，本讲稿共18页