可变气门正时技术.doc

发动机可变气门正时技术发动机可变气门正时：简称VVT（Variable Valve Timing）；随着发动机转速的提高，短促的进排气时间往往会引起发动机进气不足，排气不净等现象，因此可变气门正时系统出现，它就是根据轿车的运行状况，随时改变配气相位，改变气门升程和气门开启的持续时间（气门升程就像门开启的角度，气门正时就像门开启的时间，进气歧管就像各个闸道的栏杆）。发动机上的气门可变驱动机构可以通过两种形式实现，一种是通过凸轮轴或者凸轮的变换来改变配气相位和气门升程；另一种就是工作时凸轮轴和凸轮不变动，而气门挺杆（摇臂或拉杆）依靠机械力或者液压力的作用而改变，从而改变配气相位和气门升程。发动机进排气过程中，会出现一个进气门和排气门同时开启的时刻，在配气相位上称为“重叠阶段或气门重叠角”。在高转速下，为了达到更好的进气量，提高发动机的功率，就要求气门重叠角更大（进气门提前打开、或者排气门晚关）；但在低转速或者怠工时，过大的重叠角则会导致废气过多的进入进气歧管，使缸内气流混乱，从而导致低速扭矩较低，因此低速时需要减小重叠角（进气门延时打开），此时燃烧会更充分更稳定。因此孕育出可变气门正时技术。从原理上可以看出，可变气门正时只是增加或减少了气门的开启时间，并没有改变单位时间的进气量，因此对于发动机的动力性的帮助并不显著，但是气门开启角度大小（气门升程）可以随时间改变的话，就可以显著提升发动机在各个转速的动力性能。可变气门升程：可以使发动机在不同的转速提供不同的气门升程，低转速时使用较小的气门升程，有利于缸内气流的合理混合，增加发动机的低速输出扭矩；在高速时使用较大的升程，可以提高发动机的进气量，从而提高功率输出。本田公司的i-VTEC是目前使用最广泛的可变气门升程系统（i-VTEC拥有连续可变气门正时、分段可调气门升程技术）。本田 VTEC：分级可变气门升程+分级可变气门正时 iVTEC：分级可变气门升程+连续可变气门正时（进、排气）丰田 VVT-i：连续可变气门正时 （进气门）Dual VVT-i：智能连续可变气门正时(进、排气门分别独立控制，有2个气门开启时刻） VVTL-i：分级可变气门升程+连续可变气门正时（进、排气门）宝马 Valvetronic 连续可变气门升程（省去“节气门”部件） Double VANOS：连续可变气门正时(进、排气门分别独立控制） 现代CVVT：连续可变气门正时（进气门）日产 C-VTC：连续可变气门正时（日产的“VQ”发动机上使用，技术类似丰田）标致VTCS：可变涡流控制阀1、VVT-i原理：当发动机由低速向高速转换时，电子计算机（ECU）通过分析就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转，从而改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。VVT-i系统是通过调整凸轮轴转角配气正时进行优化，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性，降低尾气的排放。 VVTi系统由传感器、ECU和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。2、VTEC原理：在VTEC系统中，其进气凸轮轴上分别有三个凸轮面，分别顶动摇臂轴上的三个摇臂，当发动机处于低转速或者低负荷时，三个摇臂之间无任何连接，左边和右边的摇臂分别顶动两个进气门，使两者具有不同的正时及升程，以形成挤气作用效果。此时中间的高速摇臂不顶动气门，只是在摇臂轴上做无效的运动。当转速在不断提高需要变换为高速模式时，电脑就发出一个信号打开VTEC电磁阀，使压力机油进入摇臂轴内顶动活塞，使三只摇臂连接成一体，并且由时间最长、升程最大的进气凸轮来驱动气门，使两只气门都按高速模式工作。当发动机转速降低到气门正时需要再次变换时，电脑再次发出信号，打开VTEC电磁阀压力开头，使压力机油泄出，气门再次回到低速工作模式（分段性的）。i-VTEC系统与VTEC相比就是在VTEC引擎上加入VTC（Variable timing control），它也是利用到跟VANOS与VVT-i类似的方式来连续式地转动凸轮轴的开与关，达到了所谓的气门重叠角的控制，这就是进、排气阀门的正时与开启的重叠时间的可变是由油压控制的VTC，使凸轮轴转动些角度(向右，向左)，进而提早或延迟阀门的开或关的时间，达到连续调节气门正时的作用。3、CVVT原理：英文全称Continue Variable Valve Timing，就是连续可变气门正时机构。韩国现代轿车所开发的CVVT是一种通过电子液压控制系统控制打开进气门的时间早晚，从而控制所需的气门重叠角的技术。它的特点是能够稳定燃烧状态，提高发动机工作效率，降低污染排放，提高燃油经济性；可见CVVT只是在发动机进气门加以控制。4、D-CVVT原理：进、排气双连续可变气门正时。气门开启相位有两个时刻，可以在位置1开启或者位置2开启，可以根据转速、负荷进行调整。与CVVT相比，由于进气量的的加大，也使得汽油的燃烧更加完全，更省油，它可以说是目前气门可变正时系统技术中最高级的形式。（D-VVT没有连续可变）5、VTCS原理：可变涡流控制阀系统。在发动机上采用涡流控制阀系统，通过节流门的控制，使发动机在不同工况下的进气形成不同的“进气涡流”； 发动机小负荷或以低于某一转速运转时，受ECU控制的真空电磁阀关闭，真空度不能进入涡流控制阀上部的真空气室，涡流控制阀关闭。由于进气通道变小，产生一个强大涡流，这就提高了燃烧效率，从而可节约燃油。当发动机负荷增大或以高于某一转速运转时，ECU根据转速、温度、进气量等信号将真空电磁阀电路接通，真空电磁阀打开，真空进入涡流控制阀，将涡流控制阀打开，进气通道变大，提高进气效率，从而改善发动机输出功率。进、排气门提前（迟闭）角当发动机达到一定的转速后，为了保证发动机气缸的进气充分、排气彻底，要求气门具有尽可能大的通过能力，因此发动机的进、排气门实际开启和关闭并不恰好在活塞的上、下止点，而是适当的提前和迟后。进气门提前开启的目的：是为了保证新鲜气体或可燃混合气能顺利、充分地进入气缸；进气门晚关的目的：是为了在压缩行程开始时，利用气缸内的压力暂低于大气或环境压力，靠进气气流的惯性使新鲜气体或可燃混合气仍可能继续进入气缸。这样，进气门开启持续时间内的曲轴转角实际上就大于了180。排气门早开的目的：是当活塞做功行程接近下止点时，可燃混合气的燃烧膨胀已基本结束，但气缸内的气体压力仍然较高，利用此压力可使气缸内的废气迅速地排出；排气门迟关的目的：是由于活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，利用排气流的惯性可使废气继续排出。这样，排气门开启持续时间内的曲轴转角实际上也就大于了180。 由于进气门早开和排气门晚关，就会出现有一段时间进、排气门同时开启的现象。进气门和排气门同时开启的那一段时间或曲轴转角，我们就把它称之为气门重叠时间或气门重叠角，气门重叠角的大小等于进气门早开角与排气门晚关角之和。只要气门重叠角取得合适，就不会产生废气倒流进气管和新鲜气体随废气排出等问题。发动机的结构不同、转速不同，配气相位也就不同。 诠释：如果在活塞越过下止点一定角度，开始压缩冲程之后再关闭进气门，会怎么样呢？直观的感觉是，这时活塞已经开始上升，刚刚吸入的可燃混合汽岂不是又要被排出去一部分，性能会不会下降？答案也是不一定的；只要时机适当，这样做反而可以增加吸气量，改善性能。因为在吸气冲程可燃混合汽被活塞抽入汽缸，进气门附近的气流速度可以高达每秒两百多米，而在下止点附近活塞的垂直运动相对很慢，汽缸内体积变化并不大，此时进气岐管内的可燃混合汽靠惯性继续冲入气缸的趋势还是占了上风，吸气量会增加。如果比活塞到达下止点前，提前开启排气门会怎么样呢？从直觉上，这时废气仍可推动活塞做功，如果打开排气门开始排气，此时气缸内的压强就会降低，能量的利用率也就降低了，发动机性能也会随之下降，但是答案是不一定的；我们知道，排气时活塞会压迫废气从而反过来对废气做功，这个过程会消耗一部分发动机已经获得的能量，如果在缸内压强相对较高时提前开始排气，排气过程就会更顺畅，从而在排气冲程减少了能量消耗，但是考虑到活塞在下止点附近一定角度内垂直运动距离其实非常短，其实发动机略微提前打开排气门效果会更好一些。如果排气门也在活塞越过上止点一定角度之后再关闭，虽然活塞已经开始下降，排气门附近的废气仍就会继续排出，此时进气门已经开启了，废气难道不会涌入进气岐管吗？道理也是一样的；事实上，这又是个时机问题，燃烧室内的废气涡流的方向决定了废气短时间内是不会流向排气门对侧