【《车用汽油机可变气门技术进展分析》6200字】

车用汽油机可变气门技术进展分析摘要配气机构直接影响汽油机的换气过程，可变气门技术在燃烧过程中起着至关重要的作用。可变气门技术包括三个方面：气门正时相位可变、气门升程可变和开启持续期可变。连续可变正时系统机械结构简单，成本低，已基本成为现代汽油机的标准技术。本文通过结合当前能源与环境问题分析，引申出当前车用发动机的发展趋势，进而为后续阐述可变气门技术的应用奠定基础，分析展示各类可变气门技术对发动机性能、油耗、排放的影响，并且分析不同可变气门技术的优劣势，并对各可变气门技术的未来应用趋势进行分析，从而分析车用汽油机可变气门技术的发展趋势。综上所述，对车用汽油机可变技术进展的分析对以后的汽车发动机可变气门技术发展和研究提供借鉴意义。关键词：车用汽油机可变气门技术进展分析目录TOC\o"1-3"\h\u19587引言 16177第一章车用发动机发展概况 2234011.1车用发动机发展现状 246951.2车用发动机发展趋势 320906第二章可变气门技术对发动机性能、油耗、排放的影响 4297112.1可变气门技术对发动机性能的影响 414612.2可变气门技术对发动机油耗的影响 5226402.3开启持续期可变技术及对汽油机排放的影响 512971第三章各类汽油机可变气门技术的优劣势分析 7123873.1可变气门正时技术优劣势分析 7181603.2可变气门升程技术优劣势分析 830038第四章车用汽油机可变气门技术的发展趋势分析 1028785结论 115871参考文献 11引言为了缓解日益恶化的环境和能源危机，研究降低油耗和排放技术已成为当务之急。在各种发动机改进技术中，可变气门机构作为汽油机中为数不多的能大大提高性能的技术之一，正在进行相关研究。与此同时，增强驱动性能可以提高汽车的吸引力，而驱动性能仍然是许多消费者的强烈要求。因此，当汽车发动机转速较低时，燃油消耗难以稳定消耗。然而，在汽车发动机用单气门的前提条件下，燃油供应和控制将面临更高的技术难度。所以，本文对车用汽油机可变气门技术的发展趋势进行研究分析，为以后提供借鉴意义。第一章车用发动机发展概况1.1车用发动机发展现状汽车发动机是汽车的动力装置和心脏，决定了汽车的动力性、经济性、稳定性和环境友好性。根据能源来源的不同，汽车发动机可分为柴油发动机、汽油发动机、电动汽车的电动机和混合动力发动机。传统的汽油和柴油发动机是内燃机，活塞式发动机将燃料的化学能转化为活塞式发动机中的机械能，并将动力传递到外部。［3］汽油机具有高转速、低质量、低噪音、易启动和低生产成本的特点，柴油机具有高压缩比、高热效率以及比汽油机更好的经济和排放性能王孟,张力,谢博强,等.可变气门正时机构动态响应特性的试验研究[J].汽车工程,2012(5):5.王孟,张力,谢博强,等.可变气门正时机构动态响应特性的试验研究[J].汽车工程,2012(5):5.科学技术的不断进步带动了汽车技术的创新发展，也在一定程度上促进了国家能源改革的深化，是一项重大的双赢举措。2020年前三季度中国发动机产量为180458万千瓦，同比下降32.47%，具体如图1所示（资料来源：国家统计局）:图1:2014-2020年中国发动机产量及增速随着汽车市场的快速发展，汽车发动机的技术也在发生着根本性的变化，而且速度越来越快，但这将进一步加剧汽车排放的环境污染，成为越来越严重的现象，这与中国的节能减排和环境保护政策相悖。未来汽车行业发动机技术的发展应以促进其技术创新为目标，重点发展新型汽车发动机技术，实现节能减排和环境保护的目标。2020年前三季度中国汽车发动机产量为1522.1万台，同比下降31.1%。据中国汽车工业协会数据显示，2020年前三季度车用汽油发动机产量为127.29万台，同比下降33.2%；中国柴油机发动机为24.86万台，同比下降17.4%；中国其他燃料发动机为0.06万台，同比下降73.9%，具体如图2所示（资料来源：国家统计局）:图2:2014-2020年中国发动机细分产量汽车作为大众运输的基本手段，是由社会经济和技术发展所支撑的，在大多数城市，出租车和公共交通工具是普遍存在的。大多数家庭的可支配收入增加了，对一些家庭来说，汽车已成为生活的必需品。汽车在使用一段时间后，不可避免地需要更换和维修，而发动机作为汽车的重要组成部分，对汽车的稳定运行起着重要作用。近年来，随着新能源汽车销量的增加，对汽车发动机的需求也随之减少。2020年前三季度汽车用发动机销售量为15041349台，同比下降32.21%。其中，2020年10月中国车用发动机进口数量为7万台，同比增长16.7%；中国车用发动机出口数量为32万台，同比下降5.9%。其中，2020年10月中国车用发动机出口金额为177557千美元，同比下降2.7%；中国车用发动机进口金额为172038千美元，同比增长6.1%徐涛,詹樟松,吴学松,等.可变气门升程技术现状及发展趋势[J].内燃机,2013(6):5.徐涛,詹樟松,吴学松,等.可变气门升程技术现状及发展趋势[J].内燃机,2013(6):5.1.2车用发动机发展趋势目前属于汽车行业高速发展的时期，越来越多全新的发动机技术层出不穷，在这其中，节能减排与绿色环保可以说是未来汽车发动机技术发展的重点关注内容，并且也是未来汽车发动机技术发展的主要方向。能源方面的消耗和环境的污染属于现阶段人们所关注的重点问题，为了能够使汽车得到长远的发展，必须要顺应时代的变化，朝向环保节能减排的方向逐渐转变与发展。应该将追求汽车发动机技术的经济性、功率以及环保性作为未来发展的目标与未来发展的主要趋势，从而为后续可变气门技术的应用奠定基础。第二章可变气门技术对发动机性能、油耗、排放的影响2.1可变气门技术对发动机性能的影响可变气门技术是一种先进的发动机技术，它通过控制气门的开启时间和量来改善发动机的性能和燃油效率。许多学者通过实验和模拟研究了可变气门技术对发动机性能的影响，取得了一系列的研究成果熊力.浅析汽车发动机的可变气门技术[J].时代汽车，2018（007）：127-128.熊力.浅析汽车发动机的可变气门技术[J].时代汽车，2018（007）：127-128.一些研究表明，可变气门技术可以提高发动机的燃烧效率和输出功率。通过调节气门的开启时间和量，可以实现更充分的燃烧，减少燃料浪费和排放物的产生。此外，可变气门技术还可以提高发动机的响应速度和输出扭矩，提高驾驶的舒适性和驾驶体验。然而，也有研究表明，可变气门技术对发动机性能的影响并不总是显著。一些因素，如发动机的设计和工作条件，也会影响可变气门技术的效果。因此，在实际应用中，需要综合考虑各种因素，并进行适当的调整和优化，以实现最佳的性能和燃油效率。图3:可变气门技术的流程2.2可变气门技术对发动机油耗的影响可变气门技术是现代发动机技术中的一个重要发展方向。与传统发动机相比，可变气门技术可以更好地控制气门的开启和关闭时间、幅度和持续时间等参数，从而提高发动机的燃烧效率、功率输出和响应速度，同时减少排放和噪音。这些优点使得可变气门技术成为降低油耗的有效手段乐吉祥.试析汽车发动机的可变气门技术[J].内燃机与配件，2018，03（No.255）：77-78.乐吉祥.试析汽车发动机的可变气门技术[J].内燃机与配件，2018，03（No.255）：77-78.具体而言，可变气门技术对发动机油耗的影响主要体现在以下几个方面：更好的燃烧效率：通过调整气门的开启和关闭时间和幅度等参数，可变气门技术可以更好地控制燃烧室内的空气流动和混合气的配比，从而提高燃烧效率。这意味着发动机可以在同样的油耗下产生更多的动力输出。更高的功率输出：通过提高燃烧效率和更好地控制气门的开启和关闭时间，可变气门技术可以提高发动机的功率输出。这使得发动机可以更快地响应加速踏板的操作，从而提高车辆的行驶性能和驾驶乐趣。减少发动机负荷：通过在低负荷条件下关闭气门，可变气门技术可以减少发动机的负荷。这意味着发动机可以在较低的转速下运转，从而降低油耗。减少怠速油耗：通过控制气门的开启和关闭时间，可变气门技术可以减少发动机怠速时的油耗。这是因为发动机在怠速时需要消耗大量的能量来保持运转，而通过控制气门可以减少不必要的能量消耗。因此，可变气门技术可以有效地降低发动机的油耗，提高发动机的燃烧效率、功率输出和响应速度，同时减少排放和噪音，成为现代发动机技术中的一个重要发展方向。。2.3开启持续期可变技术及对汽油机排放的影响与只能在两个阶段优化某些工作条件的可变气门机构相比，气门的连续可变升程和连续期可以优化整个工作条件的性能，可以实现无节气门的全面控制，大大减少泵气体的损失。可变气门机构还可以灵活控制气缸中的残余废气量，扩大实现发动机均质压燃着火的工况范围，实现油耗较低的潜力。持续期可变技术（ContinuouslyVariableValveTiming，CVVT）是指通过控制气门开启和关闭的时间和幅度，使发动机在不同转速和负载下保持最佳性能的技术。与传统的固定气门技术相比，CVVT可以提高发动机的燃烧效率、降低排放和燃油消耗。CVVT的开启可以使汽油机在不同转速和负载下保持最佳性能，并且能够提高发动机的燃烧效率，从而减少了废气排放。此外，CVVT还能够提高发动机的动力性和扭矩输出，减少发动机噪音和振动。相应地，这些优势也会带来一定的油耗降低。研究表明，CVVT技术可以有效地降低汽油机的油耗和排放。例如，一项研究发现，在低负载条件下，CVVT技术可以将燃油消耗降低约6%。此外，CVVT技术还可以降低氮氧化物（NOx）和二氧化碳（CO2）的排放量，有助于改善空气质量和减少环境污染。第三章各类汽油机可变气门技术的优劣势分析3.1可变气门正时技术优劣势分析3.1.1可变气门正时技术优势分析可变气门正时系统可以降低发动机油耗，提升发动机动力，它还能替代废气再循环系统，降低发动机废气排放。可变气门正时系统在低转速时，让进气门打开提前量小，以避免吸入废气；在高转速时，让进气门打开提前量大，以使增大进气量。在低温、低负荷低速时，可变气门正时控制系统（比如丰田公司VVT-i系统）的控制延迟进气门的打开时刻，提前排气门的关闭时刻，可减少气门重叠，以减少废气逆吹入进气管。丰田VVT-i系统高速运行如下：图4:丰田VVT-i系统高速图丰田的VVT-i可变正时系统的控制逻辑除了转速外，还有引擎负载等因素。这种系统只能改变气门开闭的时刻，不能改变开闭过程的时间长短，也不能改变升程。有些变正时系统只有两三个固定的正时角度可选，有些则是正时角度可以连续变化的。本田i-vtec技术是由凸轮驱动的全可变气门正时技术，也是第一家应用该技术的制造商。在低负荷运行状态下，小活塞控制进气门在原位置以上的开启和关闭，气门升量相对较小，似乎与普通发动机没有什么不同，但不会影响气门的开启和关闭状态。低速运行和高速运行同步控制旋转气门的开闭时间和开闭度，可以从经济和动力两个层面满足汽车的可用性能。因此，本田在几乎所有等级的车型中都使用了它i-vtec技术。不管是本田VTEC，丰田VVT，还是宝马和奔驰的复杂结构。［5］目的是通过改善进气效率，得到额外的空气量再燃烧相应额外的油从而实现单位排量的大功率输出以及减排节油的目的。3.1.2可变气门正时技术劣势分析可变气门正时技术刚被应用的时候，搭载这项技术的车型有一个共同的毛病，就是在可变气门正时系统启动后，发动机的噪音会明显提高。并且，升程不可变、气门开闭的时长不可变导致高转速下马力提升不足。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，这也是它的缺点。3.2可变气门升程技术优劣势分析3.2.1可变气门升程技术优势分析在现有的汽油机中，气门升降机本身是固定不变的，并且由于凸轮轴配置文件只有一种，发动机在高速和低速领域都不能使汽油机得到良好的反应。传统汽油机的气门升降机本身可以在其他工作条件下选择，但必须在不能获得高效率和低速扭矩的前提下进行调整。如果采用可变气门技术，燃料消费效率将得到进一步保障，车辆的经济性也将得到稳定化。气门升程机技术的发展是可以调节气门,大小为主要方向,速度在其他条件下气门陪同大小的调整适应动力力输出和吸进气量的一致,但在一定程度上提高燃料利用效率,实现节能和减排的效果。［2］3.2.2可变气门升程技术劣势分析气门非线性变化、扭矩提升不大、结构复杂。VTEC系统可以看作是有时刻和升程都有区别的两套凸轮。非连续的两种凸轮状态之间的转换转速是4500。在接近8000的红线转速时，类似赛用凸轮的设计可以给1.6引擎增加30匹马力。然而，为了保持这么大的马力，需要通过频繁的换挡将转速保持住。虽然低转速凸轮只需要适应到4500的转速（其它引擎可能需要适应到6000），但扭矩却没有太大优势。3.3可变升程控制发动机技术优劣势分析3.3.1可变气门升程技术优势分析可变升程的主要作用出了提高高转速时的动力外，还可以在低转速时让节气门开度尽可能增大，进而减少泵气损失，提高引擎效率，降低油耗。同样出于降低油耗的目的，相比于宝马的ValeTrPoic来说，尼桑的VVEL系统更适合高转速工况。［6］其凸轮不是和凸轮轴连接在一起的，凸轮摆角的大小决定了气门的升程。在降低油耗的同时兼顾高转速。3.3.2可变气门升程技术劣势分析宝马的ValeTrPoic系统的设计初衷是根据油门踏板的信号，通过调节升程来降低油耗。结构上由电机、偏心轮、中间臂等组成。电机控制中间臂，进而控制气门升程。这套系统过大的内部摩擦损耗和惯性损耗导致其不适用于提高高转速下的动力，结构过于复杂。第四章车用汽油机可变气门技术的发展趋势分析4.1可变气门技术从研究阶段向实用阶段发展从20世纪80年代后期开始，随着全世界能源及环境问题逐渐浮出水面，各国对提高燃油效率及减少污染物质的要求也逐渐变得严格，因此出现了很多可变气门系统。现有的发动机凸轮气门位相是通过多种配气相位试验来实现的，其中要考虑多种工作条件来选择固定配气相位，这是对发动机性能的折中，因此在各种条件下不可能达到最佳性能。可变气门相位机构可以根据发动机启动状态的变化，实时调整气门正时、气门开启持续时间、气门升程等一个或一个以上参数。通过气门开闭时间的调整，发动机在各种工作条件下可以最大限度地利用空气流动的动态现象，改善吸气过程，减少排气。发动机速度低时，适当减少气门的升程，可以增加气流通过气门的流速，增加汽缸内气体的干扰，加速燃烧速度，提高儿童速度的稳定性。［4］在高负荷状态下适当增加气门升程，减少空气流动的油门损失，可以提高发动机的体积效率，提高燃油效率。可变气门技术因其自身的优点而越来越受到人们的重视。特别是汽车电子技术的迅速发展，使可变气门技术从研究阶段大幅提升到实用化阶段。4.2发动机如何在不同工况下都具备最佳气门升程是后续研究重点汽车发动机的可变气门技术当中的升程技术对于气门的开合度会起到稳健的控制效果，而正时系统也可以对气门的开、闭时间进行计划，这两个方面共同的配合决定了发动机的进气量的变化，对汽车发动机的可变气门控制系统而言，也是重要的组成部分。当前该技术发展速度较快，且可变气门结构拥有多种形式，发动机如何在不同工况下都具备最佳气门升程也成为了后续研究重点。4.3机械式全可变气门机构是今后发展的重点可变气门正时技术几乎已然成为当今发动机的标准配置，技术人员又在此基础上研究出了可变气门升程技术，当二者结合在一起时，可以在各种工况下和各种转速下提升发动机的进、排气效率。在提升动力的同时，也降低了油耗。可变气门机构按照有无凸轮可以分为传统凸轮轴可变气门机构和无凸轮轴可变气门机构。其中可变定时、可变气门型线、可变气门从动件等采用传统凸轮轴的可变气门机构已经被发动机产品广泛应用，其后续的发展主要以机械式全可变气门机构为目标，目前大部分机械式全可变气门机构仍处于试验研究阶段。结论实现可变气门技术的方法有很多种，每一种方法都可以在不同程度上改变气门的运行参数，提高汽油机燃油的效率和动力性能，减少尾气排放。本文通过