可变配气相位
配气相位与可变配气相位机构
⑦气门重叠：在某一时间内，进气门、排气门同时开启的现 象。
⑧气门重叠角α+δ ：气门重叠时的曲轴转角。
气门重叠与气门重叠角
1.气门重叠：当进气门早开和排气门迟关时，出现的进排气 门同时开启的现象。
2.气门重叠角：气门同时开启的角度（+ ）。
气门重叠角
排气过程
进气过程
配 气 相 位 示 意 图
位，增大进气 地利用高转速时的气流惯
迟闭角；提前 性，充分进行过后充气，
排气门相位， 提高充气效率；排气门相
增大排气提前 位提前，满足发动机高速
角
时动力性的要求
适当推迟排气 推迟排气相位，充分利用 相位，减小排 燃烧压力；进气门相位提 气提前角；提 前，提高充气效率，减小 前 进 气 门 相 位 ，泵气损失，使发动机获得 减 小 进 气 迟 闭 最大转矩。 角
进气侧凸轮正时提前示意图
配气相位保Hale Waihona Puke 示意图进气侧凸轮正时延迟示意图
（4）Dual VVT-i机构在不同工作情况下实现的正时功能
怠速、轻 载、低温 和起动
中等负荷 时
进气门相位延迟，排 防 止 出 现 缸 内 气门相位提前，减小 新 鲜 充 量 向 进 进排气门的重叠角， 气 管 的 倒 流 ，
配气相位动态演示
二、 可变配气相位机构
1.发动机双智能可变气门正时机构（Dual VVT-i） （1）Dual VVT-i机构组成及控制原理
Dual VVT—i机构控制原理
（2）Dual VVT-i机构的结构
VVT-i控制器
进气侧凸轮轴正时机油控制阀
（3）Dual VVT-i机构工作原理
配气相位与可变配气相位机构
进气系统可变配气相位认识
1、控制进气道空气流通截面积大小的动力阀安装在进气管上，动 力阀的开闭由真空控制阀控制动作，ECU根据各传感器信号通过真 空电磁阀（VSV）控制真空罐和真空控制阀的真空通道； 2、真空电磁阀有两种类型：常态常开型和常态常闭型。
二、可变进气系统
2、进气谐振控制系统（可变进气道）
通过分阶段改变进气歧管的长度，使发动机在整个转速范围内都 能提高扭矩输出；在低转速范围内，对进气空气控制阀进行优化控制 以实现进气歧管长度分阶段改变。
新世嘉
一、可变气门正时技术
4、DVVT
有一些设计，双可变气门正时系统它能同时改变 进气凸轮轴和排气凸轮轴的相位角，从而获得与转速 更匹配的气门叠加角，因此达到更高的配气效率。
DVVT通用 用的比较多
一、可变气门正时技术
5、可变气门升程（工作过程，详见备注）
（1）低速时，采用短升程，能产生更大的进气负压及更多的涡流，让 空气和燃油充分混合，因而提高低转速时的扭力输出； （2）高转速时，采用长升程来提高进气效率，让发动机的呼吸更顺畅。
2、可变进气系统分为动力阀控制系统和进气谐振系统；
3、动力控制系统是控制发动机进气道的空气流通截面的大小，以适 应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性； 4、进气谐振控制系统通过分阶段改变进气歧管的长度，使发动机在 整个转速范围内都能提高扭矩输出；在低转速范围内，对进气空气控 制阀进行优化控制以实现进气歧管长度分阶段改变。
电控发动机原理与维修
——冷却系统
——进气系统可变配气相位认识
前言
可变配气相位技术根据不同转速和负荷的情况 改变进气的时刻或进气方式，使燃烧效率达到最好 从而改善动力、降低油耗、减小污染。
可变配气相位的认识
可变配气相位的作用
可变配气相位的作用《可变配气相位的作用》嘿，朋友们！今天让我来给你们讲讲一个超厉害的汽车技术——可变配气相位。
咱先从一个日常生活场景说起哈。
你想想，你有个好朋友叫小李，他呀，特别喜欢开车，就跟车是他亲密伙伴似的。
有一天，小李开着他心爱的车子去兜风，那心情，简直美滋滋。
一路上哼着小曲，别提多惬意了。
可开着开着，小李就发现车子好像有点不对劲，动力不太够，加速也没以前那么猛了。
这可把小李急坏了，他就像热锅上的蚂蚁，不知道咋办才好。
这时候，咱就得请出可变配气相位这个“大救星”啦！可变配气相位就像是车子的“魔法调料”，能让车子的性能发生神奇的变化。
你看啊，这汽车发动机就好比是人的心脏，而配气相位呢，就像是心脏跳动的节奏。
如果这个节奏一成不变，那车子有时候就会觉得“累”呀，跑起来就没那么带劲了。
但是有了可变配气相位，那就不一样啦！它可以根据车子的不同状态，灵活地调整这个“节奏”。
比如说，在车子低速行驶的时候，可变配气相位能让进气门和排气门的开启和关闭时间变得恰到好处，就像一个优秀的指挥家，让整个“乐队”演奏得和谐又美妙。
这样一来，车子就能更省油，而且还能减少尾气排放呢，是不是超厉害？再比如说，当小李想要来个激情加速的时候，可变配气相位又能迅速调整，让更多的空气进入发动机，就像给车子打了一针“兴奋剂”，让它瞬间活力满满，风驰电掣！这不就像是咱人跑步，有时候要慢跑，那就慢悠悠地调整呼吸；要是突然要冲刺了，那肯定得大口大口喘气呀！汽车也是一样的道理嘛。
咱再打个比方，可变配气相位就像是一个超级灵活的舞者，在不同的音乐节奏下都能跳出最精彩的舞蹈。
它能让汽车在各种情况下都表现得游刃有余，无论是在城市的拥堵道路上慢慢爬行，还是在高速公路上尽情驰骋。
你说，要是没有可变配气相位，那车子得多“憋屈”呀！就好像咱人被束缚住了手脚，想跑也跑不快，想跳也跳不高。
所以说呀，可变配气相位的作用那可真是太重要了！它让汽车变得更加智能、更加高效、更加环保。
发动机可变配气相位技术探析论文[终稿]
![发动机可变配气相位技术探析论文[终稿]](https://img.taocdn.com/s3/m/0f8204333069a45177232f60ddccda38376be1a4.png)
目录摘要 (2)一、可变气门正时技术 (3)（一）、可变气门正时系统的原理 (3)1、可变配气相位调整原理 (4)2、可变配气相位技术条件 (5)（二）、可变气门正时技术的现状 (5)（三）、可变气门正时技术的发展趋势 (6)二、国内外可变气门配气机构的现状和发展趋势 (7)（一）、可变配气机构分类 (7)（二）、可变气门技术的发展现状 (7)三、可变配气相位技术研究意义 (8)三、连续可变配气凸轮轴设计浅析 (9)（一）、连续可变凸轮轴作用 (9)（二）、连续可变配气凸轮轴的工作原理 (9)（三）、连续可变配气凸轮轴与传统可变配气技术凸轮轴优缺点比较10（四）、可变配气相位技术条件 (11)四、可变气门正时技术的发展趋势 (11)参考文献 (13)摘要本文介绍了从进气晚关角及进排气的动态效应几方面着手，不断改进发动机的配气相位以及进排气系统，使发动机的实际性能曲线逐步接近计算机仿真曲线。
配气相位、进气门间隙、排气门间隙、转速、负荷五个调整参数之间是相互影响的。
通过在配气机构多刚体模型中引入柔性体,描述了配气机构的动力学性能;建立了柔性体气门弹簧,分析了气门弹簧动刚度的非线性行为,并且依据模态技术计算得到其动态应力;该方法为优化设计配气机构等机械产品及对其进行疲劳性能研究提供了依据。
该仪器可检测各种汽、柴油发动机的启动性能、高压点火性能、燃油喷射性能、充电性能、动力性能、配气相位、发动机异响震动分析等30余种技术参数，并分析故障产生的原因、检测过程中，可随时显示各种波形及技术参数和结果并可随机打印，该仪器内存有一百多种国内外发动机技术参数，内容十分丰富，随时可以与检测结果对比。
Passat B5轿车有4缸和6缸两种发动机,4缸机有4G54与4G64两种型号,6缸机型号为6G72,其配气机构均采用顶置凸轮轴式配气机构。
介绍了气门间隙自动调整器的结构、工作原理,以及其维护与保养。
目前，汽车工业的发展正在面临着两个主要问题——能源的枯竭与环境的污染。
可变配气相位课件
02
03
减少排放
优化后的进气、排气过程有助于 减少燃烧不完全产物的生成，降 低尾气排放。
04
02可变配气相位的类型连续可变配气相位定义
连续可变配气相位是指发动机在 运转过程中，进、排气门的开启 和关闭时刻可以连续地调整，以 适应不同转速和负荷下的需求。
实现方式
通过配备可变气门正时机构或连 续可变气门升程机构来实现。
3
故障三
控制系统故障。控制系统的电路或芯片 出现故障，也会导致配气相位异常。解 决方法是检查并修复控制系统电路，或 更换故障芯片。
可变配气相位的维修与保养
保养一
定期清洗。定期清洗配气机构和 传感器，防止积碳和污垢影响配
气相位准确性。
保养二
定期更换磨损部件。根据使用情况 和厂家推荐，定期更换配气机构中 的磨损部件，确保机构运转顺畅。
拓展应用领域
随着技术的进步，可变配气相位系统将不仅限于汽车发动机领域，未来有望拓展至航空、船舶、能源等 其他领域，提高各类动力系统的效率。
更高性能的可变配气相位系统研发
提高响应速度
通过优化控制系统和机械结构，提高可变配气相位系统的 响应速度，使发动机能够在更短时间内适应工况变化，提 高动力输出。
降低能耗
02
适应新能源发动机需 求
随着新能源发动机的普及，可变配气 相位系统需要适应新能源发动机的特 性，如更高的压缩比、更低的排放要 求等，以实现更佳的性能和环保效果 。
03
集成化设计
为了适应新能源汽车的发展需求，可 变配气相位系统需要朝着集成化、轻 量化的方向发展，降低系统体积和重 量，提高空间利用率。
进一步提高可变配气相位系统的能量利用效率，降低系统 本身的能耗，有助于提高发动机整体燃油经济性。
汽车新技术8可变配气相位
其特性参数主要是三个:气门开启相位、 其特性参数主要是三个 气门开启相位、气门开启持续角度 气门开启相位 (指气门保持升起持续的曲轴转角 和气门升程。这三个特性参 指气门保持升起持续的曲轴转角)和气门升程 指气门保持升起持续的曲轴转角 和气门升程。 数对发动机的性能、油耗和排放有重要影响。 数对发动机的性能、油耗和排放有重要影响。通常将气门开启 相位和气门开启持续角度统称为气门正时。 相位和气门开启持续角度统称为气门正时。随着发动机负荷和 转角的改变，这三个特性参数(特别是进气门开启相位和开启持 转角的改变，这三个特性参数 特别是进气门开启相位和开启持 续角度)的最佳选择是根本不同的 的最佳选择是根本不同的。 续角度 的最佳选择是根本不同的。
随着发动机各缸采用多气门化， 随着发动机各缸采用多气门化，发动机的高速动力性有了很大 的提高，同时却带来了中小负荷经济性变差和低速扭矩的降低。 的提高，同时却带来了中小负荷经济性变差和低速扭矩的降低。 为了解决此矛盾， 为了解决此矛盾，近来高性能轿车发动机广泛采用了可变配气相 位与气门升程电子控制(VTEC)机构，从而使从高速到低速整个使 机构， 位与气门升程电子控制 机构 用范围性能得到提高. 用范围性能得到提高
装有VTEC机构的发动机每个气缸和常规的高速发动机一样配置 机构的发动机每个气缸和常规的高速发动机一样配置 装有 有两个进气门和两个排气门。它的两个进气门有主次之分， 有两个进气门和两个排气门。它的两个进气门有主次之分，即主 进气门和次进气门。每个进气门均由单独的凸轮通过摇臂来驱动。 进气门和次进气门。每个进气门均由单独的凸轮通过摇臂来驱动。 驱动主次进气门的凸轮分别叫主、次凸轮， 次摇臂。 驱动主次进气门的凸轮分别叫主、次凸轮，主、次摇臂。 中间摇臂， 中间摇臂，不与任何气门 接触，三摇臂并在一起， 接触，三摇臂并在一起， 均可在摇臂轴上转。 均可在摇臂轴上转。 中间凸轮； 中间凸轮；升程最大
可变配气相位
三、宝马（BMW's variable valve travel）
宝马的控制机构是由电机 驱动的，电机通过蜗杆传 动齿轮，然后由齿轮上的 凸轮带动摇臂运动来改变 摇臂的控制角，然后在凸 轮轴的驱动下由摇臂带动 气门运动。所以通过改变 摇臂的角度就可以改变气 门的行程了。由于是通过 电机控制的，所以可以在 一定区域内做无段级调节 气门开度。
方法：排气门早开是为了在气压较大时排干净，而排 气门晚关也是为了利用惯性排气。
由于进气门早开和排气门晚关，致使活塞在上止点附 近出现进、排气门同时开启的现象，称其为气门重叠。
气门重叠大小对发动机带来的影响
气门重叠角小：发动机在低速的时候可以获得较大的进气量， 能在低速时发挥出较大的扭矩。而在高速时发动机无法获 得较大的充气量，导致无法获得较大的功率，气门重叠角 过小时，发动机在高速时会熄火。
气门重叠角大：发动机在低速时无法获得较大的进气量，而 导致在低速运转时无法获得较大的转矩。而在高速时发动 机却能获得较大的充气量，使发动机能够发挥出较大的功 率. 配气相位使得气门开启和关闭时间成为一个定值，无法 改变，这也就意味着发动机只能在低速或者高速时发出较 大的转矩或者较大的功率。
新技术
近几十年来，基于提高汽车发动机动力性、经济性和降 低排污的要求，许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大 量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技 术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展 和完善阶段，有可能成为未来内燃机技术的发展方向。
二、本田（VTEC）
结构：
VTEC不工作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂缸内，和 中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂油缸内，次同步活 塞和弹簧一起则位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和液力油 道相通，液力油来自工作油泵，油道的开启由ECM通过VTEC 电磁阀控制。
可变配气相位
可变配气相位发动机的转速变化范围较大固定的配气相位和气门升程不能将发动机的性能发挥到最佳。
这就要求发动机具有可变配气机构，而各种的可变气门技术原理是一致的无非是气门正时可变或气门升程可变两种。
各自的特点无非就是实现的机构不同有的是机械式的、有的是液压式、有的是电子式的辅以液压类构件。
可变配气相位气门驱动可变正时气门是通过使凸轮轴和曲轴相位改变一个角度来实现的，各种正时气门机构的主要差异在于实现凸轮轴调相的方式不同。
（1）液压驱动方式发动机曲轴正时齿正时齿轮之间采用齿形带轮与凸轮轴传动，机构需要用张紧轮张紧，在张紧轮基础上，外加一个调整惰轮。
通过调整惰轮，可以改变`齿形带两端的长度。
当一边变长而另一边变短时，会使凸轮轴相对曲轴发生角位移，实现配气相位的改变。
该机构的优点是结构较为简单，对原发动机的改动小。
目前国内外已有个别发动机配气机构采用了液压张紧器，如德国奥迪和大众公司已将液压张紧器可变配气相位机构用于其实际产品中。
（2）电子驱动方式另外一种典型的凸轮轴调相机构是通过谐波传动实现。
谐波传动调相机构主要有刚轮、柔轮和波发生器3个构件，柔轮是易变形的薄壁外齿圈，刚轮是刚性内齿轮，波发生器由椭圆盘和柔性轴承组成。
3个构件中任何一,个都可作为主动件，其余两个一个为固定件，一个为从动件；亦可以任意两个为主动件，其余一个从动。
它通过使波发生器转动，使柔轮及凸轮轴相对于刚轮及正时皮带轮转过一定角度，而达到调相的目的。
Nelson／Elrod和清华大学都进行过这种凸轮轴调相机构的研究。
可变升程气门驱动为一种通过改变摇臂比而可变气门驱动机构示意图。
这种机构通过改变摇臂绞接点的位置来改变摇臂比，仅可改变气门升程，而不能改变气门正时和开启持续期。
本机构的优点是结构简单，缺点是气门正时未得到优化。
变配气相位和升程气门驱动配气相位可变气门驱动机构能提高中低速转矩，改善低速稳定性，但由于最大气门升程仍保持不变，所以燃油经济性的改善很小。
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况变化而变化。而传统发动机配气相位是固定不变的，是一
种折衷方案，不能在各种情况下提供最佳正时。
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二 改变配气相位的方法
1 改变凸轮轴和曲轴的相对位置 ---使凸轮轴偏转一个角度
2 改变凸轮的形状
----不同工况使用不同的凸轮
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三
常见可变配气相位装置
迟后角越大。当汽油机小负荷运转时，由于进气压力较低，
要求气门重叠角减小，否则会出现废气倒流，使进气量减少。
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可变配气相位技术简介
一 为何使用可变配气相位技术
1 配气相位对发动机的动力性、经济性及排放有着重要的影响。 2 为了获得较好的发动机性能，配气相位应随着发动机不同工
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机电工程系
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工作过程控制 • VTEC系统气门工作状态的切换由控制系统控制。 • 主要由传感器、控制单元和执行器组成。
发动机ECU根据转速传 感器、车速传感器、水温传 感器、负荷传感器等信号进 行判断，输出相应的控制信 号，通过电磁阀调节摇臂内 活塞液压系统，使发动机在 不同的工况下由不同的凸轮 控制，从而使进气门的开度 和正时处于较佳状态。
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2019/2/12
2
2 影响充气效率ηv的因素：
1 ) 气缸进气终了温度 Ta 2 ) 气缸进气终了压力 Pa 3 ) 残余废气 4 ) 配气相位
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3 提高充气效率的措施：
1
2 3 4
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减少进、排气阻力；如气道光滑、形状合理、 取消化油器等 使用多气门技术，改善换气效果 进、排气道分置，采用增压中冷技术 合理设计配气相位；尤其是采用可变配气正时 电控技术，优化气门开、闭时间和气门升程； 采用进气谐波控制技术 使用增压技术
辅助（次） 进气凸轮
排气凸轮
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摇臂组件：三个进气凸轮分别驱动三根摇臂，与主凸轮、
辅助凸轮和中间凸轮相对应的摇臂分别为主摇臂7、辅助摇臂5 和中间摇臂6。三根摇臂内装有 由液压控制移动的同步活塞3 和4、正时活塞1等。
1—正时活塞 2—正时活塞弹簧 3—同步活塞A
4—同步活塞B
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配气相位图
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机电工程系
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配气相位演示
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重要提示
合理的配气相位是根据发动机结构形式、转速、负荷等 因素，通过反复试验而确定的。 1) 结构不同，配气相位也不同；
2) 发动机转速、负荷不同，配气相位也不同。
转速越高，每一次的进排气时间越短，要求提前角和
机电工程系
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工作原理：
工作时，ECU根据发动机转速、负荷、水温等传感器信号， 控制正时电磁阀动作，使调节器上下移动，改变链条上下松 紧量，最终改变进气凸轮轴与曲轴的相对位置，从而连续调 节进气相位。
特点：
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五、本田 i—VTEC 介绍
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机电工程系
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4
大众公司（如宝来、奥迪、帕萨特）
特点:
通过改变凸轮轴和曲轴的相对位置改变气门的开闭 时刻,不能改变气门升程和开启持续角，但可以连续控制。
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四、德国大众可变气门正时控制系统 1 结构 P119
正时电磁阀 液压缸 链条
2019/2/12机电源自程系172019/2/12
特点:
改变凸轮的形状既可改变气门的开闭时刻,又能改变
气门升程，但是非连续的。
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2
丰田公司 VVT--i
如 花冠 威驰 凯美瑞
Variable Valve Timing ------Intelligent
3 韩国 CVVT DVVT
Continuously Variable Valve Timing
5—辅助摇臂 6—中间摇臂
7—主摇臂
机电工程系
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3 VTEC的工作原理
发动机低速时：发动机低速时，电磁阀不通电，油道关闭，三个摇臂
独立工作，高速凸轮摇臂空摆，主凸轮驱动主气门，次凸轮驱动次气门 微量开启；基本上是单进、双排工作。
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机电工程系
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发动机高速运转且发动机转速、负荷、和水温达 到设计值时，ECU 向电磁阀供电，机油压力作用于 正时活塞，推动同步活塞移动，三个独立摇臂成为一 个组合摇臂锁成一体；由于高速凸轮相位最大，故形 成双进、双排，且较低速时配气相位和气门行程加大。
电控部分：ECU 、传感器(发动机转速、负荷、 车速和水温)、电磁阀。 机械部分：以4气门为例，每缸对应3个摇臂、5 个凸轮和3个正时活塞
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机电工程系
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电控部分：
ECU
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机电工程系
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机械部分
凸轮轴：对应于每一缸有五段凸轮参与工作
凸轮轴
主进气 凸轮
中间进 气凸轮
1
VTEC的作用
根据发动机的运行状况改变配气相位和气门升程,
从而提高了发动机的动力性和经济性
2 VTEC的基本结构
1—凸轮轴 2—摇臂轴 3—主摇臂 4—正时板 5—中间摇臂 6—止推活塞 7—辅助摇臂 8—同步活塞B 9—同步活塞A 10—正时活塞
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主要组成：
可变配气相位机构有很多种，由比较简单的凸轮轴 调相机构开始，然后是变换凸轮型线机构，到今天的连
续可变配气相位机构，可变配气相位技术逐渐被应用到
发动机上，并取得了较好的效果。
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机电工程系
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1 本田汽车公司如思域、雅阁 i—VTEC
Intelligent----- Variable Valve Timing & Valve Lift Electronic Control System 智能----可变配气正时及气门升程电子控制系统
一、配气机构的功用
按照发动机各缸工作循
环和点火顺序的要求，适时
地打开和关闭各缸的进、排
气门，使新鲜可燃混合气或 新鲜空气及时进入气缸，废 气及时地排出气缸。
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二、发动机的充气效率
1 定义 • 用 V 表示，是指新鲜空气或可燃混合气充满气缸的 程度。
ηv=M/M0
M ——进气过程中，实际进入气缸的新气的质量 Mo——在进气状态下，充满气缸工作容积的新气质量
4 发动机对配气相位的要求： 1 延长进、排气时间： 进气、排气门早开晚关 2 配气相位应随发动机工况的变化而变化 如：转速提高，气门提前角和迟后角应增大； 反之，要求减小。
主要原因： 1）气门的通道面积是由小到大逐渐变化的 2）可利用气流的惯性进行充气和扫气 3）发动机转速升高，气体流速增大，惯性力增加，同时， 进气终了气压降低。
4
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三、配气相位
1 配气相位的定义：
用曲轴转角CA来表示发动机进、排气门实际的 开启与关闭时刻及开启持续的时间被称为配气相位。
2 配气相位图 用环形图来表示配气相位的图称为配气相位图
3 配气相位对发动机工作影响： 主要影响发动机的动力性、其次是经济性和排放 性能。
2019/2/12 5