3种可变气门升程技术介绍

异曲同工之妙3种可变气门升程技术介绍目前市面在售的车型中,包括我们熟悉的多款自主品牌车型在内,已经有很大部分的发动机装配了可变气门正时系统，尽管各个厂商和车型间的技术水平还有一定差距，但整体来看可变气门正时系统已经成为了比较大众化的技术而显得有些习以为常了。广।三大厂商:一।本田VTEC一।日产VVEL—I宝马Valvetronic可变气门升程系统介绍但我们知道所谓的可变气门正时技术，其功能主要是改变发动机气门开启和闭合的时间，以达到更合理的控制相应发动机转速所需的空气量，作用主要还是为了降低油耗，提高经济性。而发动机的实质动カ表现却是和单位时间内进入到汽缸内的氧气量有关，可变气门正时系统无法有效改变这ー点，因此它对动カ的提升帮助不大。既然可变气门正时系统无能为カ,那现在就该轮到本文的主角可变气门升程系统登场了。相比可变气门正时,气门升程系统目前还比较少见，尤其是连续可变气门升程技术更是只掌握在几个大厂商手中的绝密核心技术，因此我们能买到的装备可变气门升程系统的车型也不多。下面就让我们来看看有哪些车型可供选择。

阅前说明:本文将主要介绍三大厂商的可变气门升程系统,但由于各自技术差异以及品牌层次不同,本文涉及的车型档次差别较大,因此我们只做技术性分析而各车型间并无对比之意,请各位网友注意。本田可变气门升程技术:VTEC、i-VTEC［本田和讴歌的众多车型的发动机均装配了VTEC或i-VTEC系统」本田是最早将可变气门升程技术应用到车载发动机上的厂商,而且不同于其它厂商先使用可变气门正时,后追加可变气门升程技术的做法,本田的工程师在研发项目之初就将这两种技术同步进行。结构简单、设计巧妙是本田可变气门升程机构的特点，具体工作方式我们下文会有介绍。不过令人有些遗憾的是,虽然已经投产多年但本田的可变气门升程技术目前似乎没有太大进步，依然还停留在只有两段或三段可调的程度（根据车型不同，具体技术有差别），而像菲亚特、丰田、日产和宝马这些可变气门升程技术领域的后来者都已经研发出自己的连续可变气门升程技术。不过现在也有消息传出，本田也研发出了自己的连续可变气门升程及正时系统AVTEC,只是还没有正式开始使用。「思域搭载的R18A单顶置凸轮轴发动机」在此我们简单介绍ー下VTEC及i-VTEC系统中可变气门升程机构的工作方式。本田及讴歌目前在国内发售的车型共有SOHC及DOHC两种结构的发动机,它们虽然都配有VTEC或i-VTEC系统,但具体实现方式不太相同。飞度、锋范以及思域搭载的都是本田的R系列发动机,采用的是SOHC单顶置凸轮轴结构,两个进气气门和两个排气气门均由一根凸轮轴驱动。首先要说明的是目前大部分可变气门升程技术都被应用在进气气门端,本田的R系列也不例外。HONDASISTEMAVTECHondaVTECSystem由两个低角度凸轮由两个低角度凸轮控制升程较低汽车之家/r/我们从上图中可以看到，两个进气气门摇臂中间还有一个特殊的摇臂,它对应的是凸轮轴上的ー个高角度凸轮，而在发动机低转速时两个进气摇臂和这个特殊摇臂是分离的、互无关系，进气摇臂只由低角度凸轮驱动，因此进气气门打开的升程较小，这有助于提高低转速时的燃油经济性。但当发动机达到ー定转速时，由电子液压控制的连杆会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，单位时间内的进气量更大,从而发动机动カ更强。

［雅阁和思伯睿搭载的2.4升DOHC双顶置凸轮轴发动机」除了小型车和紧凑型车使用的R系列,国内本田的思伯睿、雅阁和CR-V的2.4L车型均搭载的是DOHC双顶置凸轮轴结构的K系列发动机,同样都装备了可变气门升程技术。此外本山的VTEC系统可在DOHC双顶置凸轮轴发动机的进排气端均进行气门升程的调节,不过这功能并非所有本田DOHC发动机均有，只限定某些车型。8気ハルゴ・旧気バルブ本田的DOHC8気ハルゴ・旧気バルブ本田的DOHC双顶置凸轮轴发动机可在魅E气端均实现气门升程可变但VTEC的局限性依然比较明显汽车之家AUTOHOME.COM.CH可変ハルブタイミング・リフト微構図(DOHCVTEC)・瓦メ績カムノヤフト❷リ気Mカムシャフト・低速用カム03イ明カム〇 アーム〇ンド。ノカーアーム•セカンダリーロンカーアーム❽・区ピストンA。,由圧ビストン8♦メトンバーピン0111ストモー，ヨンスプIノング(褊助スプリング)［本田的可变气门升程功能可在进排气端均起作用但这只限定于某些型号的发动机」工作原理和R系列发动机的进气端完全相同,都是通过三根摇臂的链接与分离实现的,不过既然排气气门升程也可得到提升,就表示高转速ド排气效果将更高,可以更默契的和提高效率的进气气门协作来增强发动机的动カ输出。通过上面的介绍我们能看到本田的可变气门升程系统结构并不复杂,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。但这一原理也是羁绊本田可变气门升程技术进步的瓶颈，因为不可能在凸轮轴上加上更多的凸轮来实现更多级的调节,因此日产和宝马都另辟蹊径，而且最终都实现了让气门升程连续可变,下面我们ー起来看看日产是如何做到的。

日产可变气门升程技术:WEL应用车型:英菲尼迪G37、英菲尼迪FX50rH前VVEL技术只应用在日产高端品牌英菲尼迪的两款车型匕!日产是可变气门升程领域的后来者,多年来日产车型上都没有这项功能的身影。但2007年末,随着第四代G37的上市,日产也终于发布了自己的可变气门升程技术VVEL,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。随后上市的FX50的那台VK50VE发动机是第二款使用VVEL的发动机。同时日产也有计划将VVEL普及到自己的低端车型上。lUTOHOME.英菲尼迪G37lUTOHOME.英菲尼迪G37搭栽的是日产最新的3.7L的VQ37HR发动机作为日产五代VQ发动机,该发动机最大功率握升到328马カ（241千瓦）/7000rpm最大扭矩也达到363牛米/5200rpm本田的VETC是利用不同的凸轮来实现不同转速下气门升程的改变,而II产则是在驱动气门运动的摇臂上做文章。为了实现连续可变这个功能就必须研发出・种可无级改变工作状况的机构,日产的VVEL系统利用ー个简单的螺杆和螺套达到了这个H的。r可实现VVEL连续可变气门升程技术的独特摇臂结构』利用螺套上在螺杆①上的横向移动带动连杆③从而转动控制杆")来实现气门升程的变化

螺杆我们可以理解为11常生活中常见的螺栓,而螺套就是拧在螺栓上的螺母,螺母随着转动就可沿着螺栓上的螺纹上下运动，换个角度来看这就是・种无级调节方式。日产的工程师就是将一组螺杆（螺栓）和螺套（螺母）加到了发动机的气门摇臂上来使气门升程连续（无级）可变的。

气门升程最大3心力厶リノクトドラクリャフト气门升程最大3心力厶リノクトドラクリャフト具体实现方法也很简单,在此我们不得不佩服这些工程师的奇思妙想。首先车载电脑根据当前的发动机转速来决定螺套的所在位置,那个黑色的直流马达就是用来驱动螺套的。而螺套山一根连杆与控制杆相连,螺套的横向移动可以带动控制杆转动,控制杆转动时上面的摇臂随之转动,而摇臂又与linkB（连杆B）相连,摇臂逆时针转动时就会带动!inkB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。如果没看明白请把本段结合上面两张图再看一遍,应该不难理解。日产的这套VVEL连续可变气门升程系统在一定范围内（这个范围的大小由螺杆的长度和输出凸轮的角度来决定）可实现无级连续调节,针对不同的发动机转速都有相应的气门升程，这种形式无疑更加灵活自主，不过目前VVEL系统只应用在进气端，因此还存在进化的余地。而日产也宣布将在2010年把VVEL技术应用到自己的大部分车型上，对此我们十分期待。

宝马可变气门升程技术:Valvetronic应用车型:国内在售的除M3和M5外的宝马车型「宝马的Valvetronic被装备在绝大多数宝马车型上」相比日产的VVEL,宝马的Valvetronic可变气门升程技术更加为人所知,这是宝马于2001年发布的自家可变气门升程技术,被广泛应用在宝马发动机上,目前国内在售的除M3及M5外的宝马车型的发动机均有此功能。和日产的VVEL一样，宝马的Valvetronic也是目前少数可以实现连续可变的气门升程技术之-〇

传统进气门由节气门传统进气门由节气门结构控制混合气Intakevalvewtththrottkplate.ThesupplyofthefueIXarmixtureiscontroledbythethrottleplateVatvkftisunchangedValvetronic技术Intake"NewithVALVETRONIC.ThefueitevmixtureiscontrolledbyaRdMevalvefelt,wthoutathrottleplate宝马的Valvetronic系统同样是依靠改变摇臂结构来控制气门升程。传统的发动机大多都是利用凸轮轴上的凸轮挤压摇臂带动气门挺杆来使气门上下运动,而宝马的工程师在凸轮轴与传统摇臂间加装了一根偏心凸轮轴（上图红色部分）,利用偏心凸轮轴上的凸轮位置的改变来实现气门升程的改变。日产的VVEL的作用范围取决于螺杆长度,而宝马的Valvetronic的气门升程范围则由偏心凸轮的角度及高度而定,据官方介绍,这套系统可以将气门升程最大增加10mm,这对髙转速下增大进气量是很有帮助的。为了能让大家更清楚的了解到Valvetronic的工作方式,我们ー起来看看上面的这段视频介绍。视频从纵向剖面角度演示了连续可变气门升程的工作过程，请注意视频50秒处，左上部那个银色的凸轮变化，这个凸轮就是前面提到的那个偏心凸轮,电脑根据发动机转速控制这个凸轮的角度,当它向右旋转到头时，气门摇臂也被顶在了最靠下的位置,此时气门开启的幅度最大。虽然都是改变凸轮轴与气门挺杆间的摇臂机构,但宝马的Valvetronic和日产的VVEL设计思路完全不同,可谓异曲同工。但是目前也有人认为宝马的这套系统结构有些复杂，在高转速极限状态下的作用并不理想,这也是M3和M5的高转速发动机不用Valvetronic的原因。同时和VVELー样,Valvetronic目前也只应用在发动机的进气端，因此研发出更强大、更轻巧的新型Valvetronic系统也许正是宝马现在在做的事情。总结:除了本文介绍的这三家厂商外,菲亚特、奥迪、保时捷、丰田、三菱以及斯巴鲁也通过自己的技术探索实现了发动机气门升程可变的功能,但总体来看这项技术目前在国内还远远没有达到普及的程度，希望随着中国市场的壮大，各大合资厂商能尽快将最新的技术引进到国内在售车型h,更希望我们的自主品牌能尽早研发出属于自己的同类技术。宝马Valvetronic技术Valvetronic引擎利用软体与硬体的组合来取代传式的节气门构造。Valvetronic一字有电子控制取代传统的机械控制气门机构的意思、。Valvetronic修改进气门的正时与升程,Valvetronic系统有一支与传统式引擎ー样的凸轮轴,而且有还有一支偏心轴与滚轴及顶杆的机构,并由步进马达所带动著,藉由接收来自油门位置的信号，步进马达改变偏心凸轮的偏移量,经由一些机械传动间接地改变进气门的作动。IntakevalvewithVALVETRONIC.Intakevatvewiththrottleplate.Thesupplyofthefuel/airmixtureiscontrolledbythethrottleplate.Valveliftisunchanged.Thefuel/airmixtureiscontrolledbyavariablevalvelift,withoutathrottleplate.Intakevatvewiththrottleplate.Thesupplyofthefuel/airmixtureiscontrolledbythethrottleplate.Valveliftisunchanged.Thefuel/airmixtureiscontrolledbyavariablevalvelift,withoutathrottleplate.传统式的气门机构与Valvetronic机构的比较Valvetronic引擎主要是利用无段可变进气升程的控制,来取代原有节气阀的功能,Valvetronic有一只独立的电脑它与引擎管理系统分开,由数位引擎管理系统结合-40MHz32位元的电脑构成网路。Valvetronic能降低保养维修的费用、增加冷车时的运转性能、减少排放的废气,并且提供引擎较平滑的运转,Valvetronic引擎由于其燃油的雾化性能相当好，因此不必特别使用某种等级的汽油。Valvetronic能让引擎的呼吸更顺畅，燃油的消耗约减少I0%,在引擎低速运转有著极为良好的燃油效率,在将来2008新的二氧化碳规定中Valvetronic将是BMW重要的ー环。操作:传统的气门空气进气量是由节气阀所控制燃油喷射系统监视著经有流通节气阀的空气流量,来决定引擎燃烧时所须要的燃油量，也就是说当节气阀打得愈开时，流入燃烧室的空气也就愈多。在较轻的节气门时，节气阀部分甚至接近关闭。在活塞仍在运转时，部份的空气进入进气歧管,这时在燃烧室与节气门之间的进气歧管存在部份的真空，吸力与泵浦抵抗的活塞，浪费能量,工程师将这个现象称为“泵浦流失”(Pumpingloss),当怠速运转，节气门只开启一部份，因此有更多的能量损失。

改进马达的螺旋齿轮改变偏心轴的旋转量,带动中摇转并传统的凸轮轴互连动著,再压传至摇臂最后オ压下气门。Valvetronic能藉由减少气门的升程,并且进入燃烧室的空气量,将泵浦流失减至最低。与传统式的双凸引擎来比较，Valvetronic利用ー支附加的偏心轴、步进马达和一些中置摇臂,来控制气门的启开或关闭，假如摇臂压得深一点进气门就会有较高的升程,Valvetronic就是有办法自由控制著气门升降，长进气就是大的气门升程，短进气就是小的气门升程。作动数据:气门升程的变化0~9.7丽之间调整螺旋齿轮至最大与最小之位置只须0.3秒结合双VANOS技术中置摇臂只有0.008mm的公差偏心轴的作动只须几毫秒优点:在Valvetronic引擎冷却水流经汽缸盖,可减少约60%温度水泵浦大小只须原来的一半,减少动カ损失约60%动カ方向油快速地被加热,减少液压泵浦的动カ使用装置水泵浦及动カ泵浦在同一轴上，及在冷却与机油间的热交换器,减少温度30机Valvetronic原设计草图:e:ル側ノ，%/"%"滔"6

\2レ・/方s,gsさア:6cルガグ»3弓〜/叱以dahls限优41tbュ〃10即ルュ〃10即ルとんn或自琉彬ル4Qr 野ザ6c4-ガ2宀3EnableVgeAub&ルガ3 EnableVgeAub&ルガ3 3ルン?给彷ビル£血烟ルン?给彷ビル£血烟^n'ab/ej瓜优んb日セen拈いeMe"〃心，t奇思妙变一日产VVEL可变气门升程技术谁的发动机最强悍?也许你会说是宝马,或本田,或是保时捷,因为,它们都有可变气门升程技术，拥有非常优秀的升功率。现在,别忘了加上日产,它也有了自己的可变气门升程技术VVEL,用奇妙的设计激发了发动机更强动カ。此前，如果说宝马的ValveTronic,是世界上唯一可连续调节气门升程的技术，那现在,这个‘‘唯一"只能用“率先”取代,因为日产最近也公布了它的VVEL技术，和宝马ー样，可以连续调节气门升程，成为仅有的几个拥有此技术的车厂之一。对于可变气门正时，大家可能比较熟悉，无论发动机转速高低，气门的开启升程只有ー个固定的大小，改变正时，对性能的提升并不明显。但对于可变气门升程，它在必要的时候，可以扩大气门开度的80%,气缸进气量显著增加，因此,动カ提升也很明显，这便是可变气门升程的优越所在。事实也是，本田发动机的威名，正是从VTEC开始的，这是世界上第一个可变气门升程技术,也是高达125bhp升功率量产发动机的缔造者,迄今为止,没有超越;宝马的ValveTronic,相比VTEC,可以连续调节气门升程,难怪宝马的发动机不但动カ强劲,动カ输出也更加平顺;还有保时捷，拥有全球最简便的可变气门升程机构vcp,结构简单，动カ惊大，用在跑车那有限空间里，再合适不过了。4、5年之后,现在,日产、丰田等也相继发明了自己的一套可变气门升程技术，时间上虽说迟了・些，但性能匕似乎后生更可畏，相比本田和保时捷的两段式调节，日产的VVEL是连续线性调节气门升程技术，比它们更平顺，相比宝马的ValveTronic,VVEL在设计ヒ有更迅速的反应时间，气门调节的响应更快,而且设计独特，匪夷所思，完全不同于先前几个车厂的设计思维。具体原理，详见我们后面的图示说明。在VVEL之前,日产的VQ系列发动机也是鼎鼎有名的,凭借充足动カ、平顺运转、低噪音、低油耗等多次跻身世界十大发动机行列。在VQ发动机匕大多都装备了日产的C-VTC可变气门正时技术,但这似乎还显现不出VQ发动机的优越性。现在，日产在英菲尼迪G37轿跑车的VQ37发动机匕首次装备了VVEL可变气门升程，配合C-VTC,就像本田的i-VTEC,宝马的VANOS+ValveTronicー样，让发动机的气门控制更接近理想化。VVEL技术的应用，除了显著增加发动机动力外，在很多方面都有好处。在中低转速时,可以控制气门比普通发动机更小的开度，这样既节油，又可以减小凸轮轴的摩擦カ，增加发动机低转扭力。随着发动机转速升高，气门的开启角度也渐渐增大，转入动カ优先模式。整体上来说，发动机排放要比没有VVEL技术时低10%以上，它使得动カ、经济性、排放和平顺度都达到了高度均衡。VQ37是VVEL的首次应用这台3.7升发动机最大马カ是330bhp升功率达89.2bhp,峰值扭力也达到38.Ikgm,相比宝马搭载在3系、5系上最新的3.0发动机的升功率,还要高ー些，不过,相比宝马在M系列上的设定，日产的这个动カ设定，就显得保守不少。但据VQ发动机的良好平台，以及VVEL的结构原理分析，它的潜カ远不止如此，日常可能要留在合适的时机来表现它的威力，比如下一代350Z上。

因为VVEL的在动カ和排放控制上都大有进步,日产把它列入了2010绿色计划,也就是在2010年前，日产所有车型的排放都将严格控制，汽油机的二氧化碳排放量,争取达到柴油机水平,因此,在日产计划中,VVEL要尽快普及在日产的大排量发动机上。可变气门正时和升程的区别可变气门升程和可变气门正时,很容易混淆,实际上，它们的差别很大。可变气门正时技术,各大车厂,各种叫法五花八门,比如VVT、CVVT、VANOS、S-VT、VVT-i、CVTC等，就差叫CCTV了。简而言之，如果把气门比作控制气缸进气流的闸门，那可变气门正时不改变闸门的开度大小,只改变闸门开闭的时机,可以让气缸的进气量最优化，只是不明显。但可变气门升程技术,却可以改变闸门的开度大小，在需要的时候,可以显著增加进气量，提升动カ。这是少数几家车厂的宝贝技术,目前只有本田、宝马、保时捷和丰田拥有。对于各种可变气门正时,虽叫法不同，但结构原理大同小异,而可变气门升程技术，却被各车丿严格的专利保护起来，以至于到目前为止，还没有哪两个近似，由此可见，可变气门升程技术的重要地位。VVEL结构和原理可变气门升程,需要根据发动机不同转速、负荷,改变气门的打开角度,也就是升程,让我们来看看日产的VVEL是如何实现这ー功能的。普通发动机的气门驱动组,由气门、凸轮轴、凸轮、摇臂等组成。日产的VVEL系统相当特别，凸轮轴上的凸轮，全都改由偏心轮设计，摇臂也是套在偏心轮匕也正是这样独特的设计，オ使得可变气门升程得以实现吧。VVEL系统额外增加了摇臂控制机构，摇臂通过偏心轮套在控制轴上，而控制轴可以在直流马达带动下，旋转一定角度。当发动机在高转速或者大负荷时，如图所示:直流马达带动螺杆转动，套在螺杆上的螺套向马达这边横向移动,与螺套联动的机构使得控制轴逆时针旋转一定角度。由于摇皆套在控制轴的偏心轮匕因此摇臂的旋转中心下移，也就相当于摇臂位置距离气门更近，所以，凸轮轴旋转时，可以让摇臂上LinkB点ド移更多位置,气门的开启角度也就更大。当发动机转入中、低转速或者小负荷，马达在电脑指令下，驱使螺套向远离马达方向移动,联动机构使控制轴顺时针方向旋转，偏心轮的圆心上移,摇臂的旋转中心也就上移，整个摇臂距离气门的距离变远，凸轮轴旋转时,摇臂上LinkB点下移距离变短，气门的开启角度也就变小。由于马达的转动是线性的,它可以控制气门在最大升程和最小升程之间连续变化，因此，这种设计可以让发动机动カ输出平滑，不会有突兀感。"VTEC"・可变气门正时及升程电子控制系统技术"VTEC"为英文"VariableValveTimingandLiftElectronicControlSystem”的缩写,中文意思为"可变气门正时及升程电子控制系统"。一般汽车发动机每缸气门组只由一组凸轮驱动,而VTEC系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮,并可通过电子控制系统的自动操纵,进行自动转换。采用VTEC系统,保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求,使发动机无论在何速率运转都达到动カ性、经济性与低排放的统一和极佳状态。"VTEC"技术由本田公司首创,下面给大家详细介绍ー下本田的VTEC发动机技术发动机的性能往往是各方面性能的集中表现。好的发动机的设计应该是在低速时可以发出强劲的扭矩,在高速时可以发出强大的功率。发动机某些部件的设计将会影响发动机工作的状况,比如压缩比、气门的数目、进气歧管调整机构和排气管的体积和长度等,但是这些都没有凸轮轴的设计对发动机性能的影响大。凸轮轴,在它上面有许多蛋状圆形突出的部分,它的作用就是在适当的时候开启和关闭发动机气缸的阀门。凸轮轴看起来并不是ー个很特别的东西,但是它却可以称的上是发动机的心脏，对凸轮轴的外廓形状和其初始转角的位置哪怕是微小的改变,都会使发动机的运转将会出现完全不同的另ー种状况。在决定凸轮轴的设计之前,工程师必需知道什么样的车采用什么样的发动机。很显然,为牵引机车设计的发动机需要在低速时能够发出大的扭矩,为运动型跑车设计的发动机需要在高速时有更大的功率输出。变速比、传动装置和车重都是我们在选择ー个凸轮轴所必需考虑的因素。不正确的使用凸轮轴,不仅会使汽车性能变差,加速无カ,行动迟缓，面且还很耗油,任何人驾驶这种车都将是一件痛苦的事情，正确的设计和使用凸轮轴，驾驶对我们来说就会是一件愉快的事情了。很难想象,一根看似结构简单的凸轮轴就可以在低速时让发动机发出大扭矩,在高速时可以让发动机发出高的功率。也有些厂家利用可变凸轮定时机构来使发动机达到这种性能。为了在低转速使时可以得到较大的转矩,此时的凸轮转角相对于机轴会有一个相对提前的角度，这样气门就会比正常情况下提前一段时间关闭,增大气缸的压カ，从而达到增加转矩的目的。面在高速时,凸轮轴就会相对于机轴有一个时间延迟，气门比正常情况延迟一段时间关闭，可以增加发动机的效率，从而达到增加功率的目的。可变凸轮正时机构可以解决这个问题,但是本田已经跨越了这ー步,并找到了一个更好的办法。本田对这种高性能发动机的解决