发动机可变配气机构的研究进展
发动机无凸轮轴式气门可变技术总结与展望
总693期第三十一期2019年11月河南科技Henan Science and Technology发动机无凸轮轴式气门可变技术总结与展望涂宇1雷先华1王怡1吴志海2刘爱云1（1.湖南交通工程学院，湖南衡阳410005；2.长沙市轨道交通运营有限公司，湖南长沙410000）摘要：发动机可变气门技术是根据汽车的不同工况及时调整控制气门参数，以满足发动机不同工况下的最佳配气需求，是解决发动机燃油经济性和排放性二者矛盾的核心技术之一。
本文主要分析了发动机现有凸轮轴式气门可变技术的发展历程，就当下最具有潜力和研究价值的无凸轮轴式可变气门技术进行了研究。
关键词：发动机；可变气门技术；无凸轮轴气门驱动中图分类号：U46.11文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）31-0053-03 Summary and Prospect of Variable Technology of Valve without Camshaft TU Yu1LEI Xianhua1WANG Yi1WU Zhihai2LIU Aiyun1（1.Hunan Institute of Traffic Engineering，Hengyang Hunan410005；2.Changsha Rail Transit Operation Co.，Ltd.，Changsha Hunan410000）Abstract:The engine variable valve technology is one of the core technologies to solve the contradiction between en⁃gine fuel economy and engine emission，which is to adjust and control valve parameters in time according to different working conditions of the vehicle to meet the optimal gas distribution demand under different working conditions of the engine.This paper mainly analyzed the development process of the existing camshaft valve variable technology of the engine,and studied the non camshaft valve variable technology which has the most potential and research value at present.Keywords:engine；variable valve technology；no camshaft valve drive能源与环境问题是汽车行业所面临的两大主要问题，汽车发动机上运用的许多技术，如双涡轮增压、缸内直喷、无极自动变器、混合动力、小型轻量化等都是为了提高汽车燃油经济性、动力性等各方面的性能，满足越来越严格的国Ⅵ排放法规要求，达到节能减排的目的。
发动机可变配气相位技术探析论文
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 (9)（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)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。
02-可变配气机构工作原理拓展
可变配气控制技术（一）配气控制技术早期的研究进展比较缓慢，主要成果是在1985年以后取得的，其发展先后顺序大致如下：优化凸轮型线、可变凸轮相位-可变凸轮型线。
机械式全可变气门机构、无凸轮轴电磁（电液、电气及其他）驱动配齐机构、无凸轮轴全可变配气机构。
迄今为止，具有代表性的可变配气机构主要有Toyota公司的VVT-i,BMW公司的Vanos,Honda公司的VTEC,Mitsubishi公司的MIVEC, Porsche公司的Vario-Cam,BMW的Valvotronic等。
1.丰田VVT-i技术VVT-i的全称是Variable Value Timing intelligent，翻译成中文就是智能可变配气正时，这项技术系统是丰田特有的并且在世界技术上领先的发动机技术系统，可以连续调节气门正时，但是不可以调节气门升程。
该技术的工作原理就是当发动机从低速度迈向高速度的时候，电子计算机就会自动地把机油压入进气的凸轮轴，然后驱动齿轮内的小涡轮，在这样的压力下，小涡轮和齿轮可旋转就会有一定的角度，当凸轮轴在六十度范围内往前或者往后旋转时，就可以改变进气门开启的时间，从而达到连续调节气门正时的目的，如图3-3-44所示。
图3-3-44丰田VVT-i技术丰田VVT-i发动机的ECU在各种行驶工况下自动搜寻一个对应发动机转速、进气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，并通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，达到最佳气门正时的位置，从而能有效地提高汽车的功率与性能，尽量减少耗油量和废气排放，如图3-3-45所示。
图3-3-45丰田VVT-i技术工作原理2.宝马VANOS技术宝马VANOS技术系统是可以调节进气凸轮轴和曲轴位置的，使得在不同情况下进气凸轮轴和曲轴的位置相对应。
宝马公司第一次使用这项技术是在1992年的宝马五系列的搭载M五十发动机上。
发动机可变配气技术及发展
调查思考发动机可变配气技术及发展哈菲史楠（西安汽车职业大学，陕西西安710000）摘要:近年来，生态问题与环境保护引发全球关注，因为它是人类实现可持续发展的必然前提，低能耗与低污染已然变成了当前汽车发动机的主要研发目标。
而目前的种种现代技术中，可变配气技术脱颖而出，成为主流研发目标之一，此技术主要通过改变汽车发动机的供气实现降低油耗与污染的要求，为此本文便针对发动机可变配气技术及发展进行简要探析。
关键词:发动机；可变配气技术1关于发动机可变配气技术的研究现状及发展1.1本田VTEC控制机构本田发动机率先成功将可变气门正时与升程电子控制两种配气机构设置在了一台发动机上，简称VTEC机构,实现了人们长久的高速与低速相位值自动转换的梦想，大幅度提升了汽车的动力性与经济性。
发动机配气相位角受车辆气流的进气与排气影响各不相同，其动力与经济性因此而不同;可变配气相位将传统固定不变的配气相位状态进行改变，根据发动机的运行状态下提供最优的配气正时,进而提升发动机的进气系数，解决了传统因转速、负荷造成的动力性与经济性的矛盾,使发动机怠速状态下更加稳定、转速更低，低速下更加平稳山。
VTEC机构由单独的凸轮与摇臂进行驱动，其主次摇臂间有中间摇臂且不与任何气门产生直接接触，三者均由专门的柱塞实现联动，并运用主油道的油压进行控制冲间凸轮的升程最大，其次为主凸轮,最小升程的为次凸轮，中间凸轮是依据发动机的双进双排、大功率、高转速运行状态进行设计的;主凸轮则是依据单进双排、低转速运行状态进行设计的;次凸轮则是主要依据发动机怠速状态进行设计。
1.2丰田WFi智能可变气门正时系统丰田的VVT-i智能可变气门正时系统主要是改变进气门开闭的时间使之达到最佳气门正时,配气相位角不变、进气门升程的大小不变，此结构发动机运行状态稳定、可靠,功率提升10%到20%,油耗降低3%到5%oVVT-i机构主要由外壳、四齿转子、锁销、油道控制、电磁控制阀组成；其安装在进气凸轮轴前端随正时链轮实现同步转动，在运转的过程中能通过运用润滑系统的油压实现自动调节凸轮轴和正时链轮的相对角度，调节机构的转子中有液压锁销,能实现与连接齿轮的同步传动或解脱,进而实现进气门的开闭时间角度的大小；电磁控制阀接收作者简介:哈菲（1989-），女，汉族，甘肃武威人，本科，助教，汽车检测与维修。
汽车构造实验：发动机曲柄连杆机构和配气机构实验报告
实验一:发动机曲柄连杆机构和配气机构1.实验目的：掌握曲柄连杆机构的布置，主要部件的安装位置和相互关系；理解配气机构的组成，共用和工作原理。
通过拆装发动机，初步帐务发动机曲柄连杆机构，配气机构的组成，共用，结构特点及拆装要点。
2.实验设备和工具：凌志400；时代超人；大众polo；螺丝刀；老虎钳；扳手3.实验的步骤: 1.在老师的带领下，观看了凌志400发动机的工作状态，并初步了解了发动机的各部分组成有曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、点火系、润滑系、冷却系起动系等组成。
2.老师讲解了有关曲柄连杆机构、配气机构的结构及其功用3. 拆装1台柴油机，初步了解曲柄连杆机构、配气机构各零部件的名称、位置、相互关系及构造特点，摇转曲轴，以了解各零部件的相互关系、运动规律和特点。
拆卸时，先拆除发动机外表的所有附件。
如：空气滤清器、进排气管、水箱、电气设备、燃油供给系统、机油滤清器等等，然后拆卸气门室盖，拆下配气机构零部件，卸下气缸盖以及油底壳，必要时，还须拆卸正时齿轮室和飞轮等。
而后进行曲柄连杆机构的拆卸。
安装时，应逆拆卸顺序进行。
安装飞轮时，需用专用扳手上紧螺母，并用手锤敲击扳手柄的尾端，直到上紧为止。
观察并研究曲柄连杆机构的组成与各零、部件的结构特点：气缸、缸体、缸盖、曲轴箱等机体零件的总体布置,不同型号发动机机体零件的结构特点。
不同类型燃烧室的组成和结构特点。
活塞连杆组的组成，各部分的功用、型式和结构特点。
连杆小头、活塞销和活塞销座间的固定方法。
比较不同型号发动机活塞环的类型、数量和断面形状。
整体式曲轴和组合式曲轴结构上的区别。
曲轴各部分的作用和结构特点，曲轴轴向游动量的限制方法，平衡重的作用与位置。
连杆轴承和主轴承的类型、数量结构特点、定位方法和紧固方式。
曲轴与飞轮的连接方法，飞轮上各记号的意义。
曲轴箱通气管的作用、位置和构造。
4.原理描述：我们最常见的两种发动机为汽油发动机和柴油发动机，一般而言，汽油机由两大机构和五大系统组成，即曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统组成；柴油机两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和起动系统组成，柴油机是压燃的，不需要点火系统。
摩托车发动机可变正时配气机构的试验研究
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中小 排量 摩 托 车 发 动 机ＶＶＴ 构 ，是 在 参 考 国 内 外 机
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和制 造提供 指导 。
简 化 必 然 带来 误 差 ，试 验 室 模拟 试 验 还 存 在 难 以 克 服 的 问题 ，即对惯 性 力的模 拟 。惯性 力是空 间分 布 力 ，惯 性 力 的模拟 只能 靠运动 模拟 来 间接实 现 。模 拟试 验最 基本
的要 求 是 空 间上 的 限 制 ，不 可能 允 许 车 架 有 大 范 围 的运
控制 电路
试验研 究
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配气机构的现状与前景分析
配气机构的现状与前景分析概述配气机构是内燃机中非常关键的一个部分，它决定了燃油的燃烧是否充分，进而影响到整个发动机的性能和功率输出。
随着汽车技术的不断发展，配气机构的研发也在不断推进，以满足消费者对于更高性能和更低油耗的需求。
现状目前，配气机构在传统汽车中仍占据着主导地位，采用的主要还是气门机构和进气道控制机构两种形式。
气门机构可以分为平衡杆和气门摆杆两种，前者对于减小摩擦和防止气门卡住有很好的作用，后者则能够更加准确地控制气门的开启和关闭时间，对于提高燃油利用率和减小排放有很好的效果。
进气道控制机构主要用于管理发动机的进气量和进气时间，通过气流的控制来优化燃烧效率和提高动力输出。
而随着新能源汽车和混合动力车的兴起，配气机构也在逐渐转型。
在混合动力车中，采用可变气门正时技术的发动机已经成为了主流，具有更高的能效和更低的排放。
而在电动车中，传动系统的简化和轻量化使得发动机可以更加精简，减少了对于气门机构和进气道控制机构的需求。
前景随着汽车技术的不断发展，配气机构在未来也将继续发生转型升级。
其中，变量气门正时技术的进一步完善和普及无疑是一个趋势。
这种技术可以实现气门的开启和关闭时间的实时调整，以匹配发动机的运行状态，进一步提升燃油利用率和动力输出。
同时，可变气门升程技术也有望得到更广泛的应用，这种技术可以根据发动机负载情况动态调整气门升程，从而达到更高的进气效率和更低的油耗。
另外，电动车的发展也将进一步影响配气机构的设计和制造。
电动车对于发动机的需求减少了，而更多的会关注电力电子系统和电池管理系统的优化，但电动车的底盘空间限制仍然存在，因此要求配气机构能够进一步精简和轻量化，同时可靠性和维修方便性也是需要考虑的因素。
配气机构作为内燃机中非常重要的一个部分，在未来的发展中仍然有很多机遇和挑战。
随着技术的不断升级和应用的不断拓展，相信这个行业会迎来更加美好的未来。
发动机电液全可变配气机构设计与仿真研究
发动机电液全可变配气机构设计与仿真研究
陆传荣;路勇;李建;侯秀芹
【期刊名称】《应用科技》
【年(卷),期】2017(044)001
【摘要】为了突破传统机械凸轮机构的限制，改善柴油机任意工况下的动力性、
经济性和排放性能。
本文根据发动机全可变配气性能要求，设计一套基于电液驱动的全可变配气驱动系统，在分析配气机构工作原理基础上，基于GT⁃power建立
电液驱动执行器和控制器模型，仿真分析不同工况下全可变气阀的升程和落座速度。
结果表明该系统可以实现气阀开启相位、升程以及持续期的全可变，气阀落座冲击较小，可以实现发动机的全可变配气控制需要。
【总页数】5页(P57-61)
【作者】陆传荣;路勇;李建;侯秀芹
【作者单位】海军驻上海711所军事代表室，上海201108;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TK421.4
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1.发动机可变配气机构的研究进展 [J], 郭建;苏铁熊;王军
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3.某小排量发动机可变配气机构试验研究 [J], 黄旭; 李冲霄; 尹琪
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发动机可变配气机构的研究进展
0 引言
由于环境保护和人类可持续发展的要求，低能耗和低污染已成为汽车发动机的发展目标。
要求发动机既要保证良好的动力性又要降低油耗满足排放法规的规定。
在各种现代技术手段中，可变配气技术已成为新技术发展方向之-[1]。
这一技术能通过改变发动机的供气来达到降低油耗和满足排放要
求。
1 可变配气机构的分类
1．1 按控制参数的分类
按照控制参数的不同，可变配气技术可分为可变气门正时(VVT)和可变气门升程(VVL)两类。
可变气门正时即气门开启与关闭时刻可变，根据气门开启持续期的变化又分为可变气门相位(vP)和可变气门相位与持续期(VET)两类；可变气门升程主要是改变了气门开启的最大升程，按照气门正时与持续期的变化情况又可分为可变气门升程与正时(VLT)和气门升程单独可变两类f2】。
1-2 按可变配气实现途径的分类
实现可变配气有多种途径，按照有无凸轮轴可分为基于凸轮轴的可变配气机构和无凸轮轴的可变配气机构两类。
基于凸轮轴的可变配气机构主要可分为可变凸轮型线、可变凸轮轴相位角、可变凸轮从动件三类；无凸轮轴的可变配气机构根据气门驱动形式主要可分为电磁驱动气门、电液驱动气门、电气驱动气门、电机驱动气门以及其他气门驱动形式几大类圆。
2 发动机可变配气机构的国内外研究与发展现状
2．1 发动机可变配气机构在国外的研究与发展现状
配气控制技术早期的研究进展比较缓慢，主要成果是在1985年以后取得的，其发展先后顺序大致如下：优化凸轮型线一可变凸轮相位一可变凸轮型线一机械式全可变气门机构一无凸轮轴电磁(电
液、电气及其他)驱动配齐机构一无凸轮轴全可变配气机构。
迄今为止，具有代表性的可变配气机构主要有Toyota公司的VVT—i、BMW 公司的Vanos、Honda公司的VTEC、Mitsubishi公司的MIVEC、Porsche 公司的Vario—Cam、BMW 的Valvotronics等。
下面将分类介绍国外可变配气机构的研究及发展现状。
2．1．1基于凸轮轴的可变配气机构
1)可变凸轮型线的可变配气机构
此类可变配气机构能同时改变气门正时、持续期及升程．改变方式目前主要有阶段式与连续式两种。
a)阶段式改变凸轮型线的可变配气机构
Honda公司的V rEC、Mitsubishi公司的MIVEC以及Porsche公司的Vario—Cam等均属于阶段式改变凸轮型线的可变配气机构。
下面以Honda公司的VTEC为例，介绍阶段式改变凸轮型线的可变配气机构。
VTEC在2个进气门上采用了3个凸轮及3个摇臂，如图1所示，其中3个摇臂可独立运动也可连成一体运动。
转速较低时，通过液压机构使主、次摇臂分别由主凸轮和次凸轮驱动，中间摇臂随中间凸轮运动。
但是对气门不起作用，这样主、次进气门的升程曲线不同，可以形成涡流。
转速较高时，通过液压机构使3个摇臂连成一体，并受中间凸轮驱动．以满足发动机高速的要求。
这类机构优点是可以提供两种以上凸轮型线，在不同转速和负荷下，采用不同的凸轮型线驱动气门『11；缺点是只能优化某些工况，不能实现全工况性能的优化[21。
b)连续式改变凸轮型线的可变配气机构
Fiat公司早期开发了凸轮型线在轴向可连续变化的3D凸轮机构。
如图2所示，一个带有锥度外廓的凸轮和装有可倾斜式垫块的挺柱相接触，凸轮轴的轴向移动使得凸轮的不同部分和挺柱相接触，导致气门升程和配气相位发生变化。
基圆半径沿凸轮轴的轴向是不变的，但凸轮升程沿轴向改变，故垫块必须随凸轮轴旋转变化它的倾斜角。
凸轮轴端部安装一机械式调速器，当凸轮轴转速发生变化时，调速器拖动凸轮轴产生轴向移动，使得气门升程和配气相位同时发生改变。
该机构优点是可以
在气门升起、回落特性上进行控制『11；缺点是凸轮与从动件之问会产生点接触。
磨损较严重，所以日前应用并不广泛[21。
图1 Honda公司的VTEC机构
图2 Fiat三维凸轮机构
2)改变凸轮轴相位角的可变配气机构
可变凸轮轴相位配气机构利用凸轮轴调相原理，凸轮型线是固定的，而凸轮轴相对曲轴的转角是可变的。
该类机构发展到现在，先后出现了螺旋齿式和叶片式两种结构，目前叶片式结构已经逐步取代了螺旋式结构[21。
螺旋齿式结构主要有Nissan凸轮轴可变相位机构：叶片式结构主要有BMW 公司的Vanos机构、Toyota公司的VVT—i机构、Honda公司的i-VTEC机构、Ford公司的VCT机构、Delphi公司的VCP机构等。
下面介绍BMW 公司的Vanos机构(图3)。
转子7通过螺栓与凸轮轴固定在一起，壳体1通过链条与曲轴连接。
停机时，锁止销6以无压力的方式嵌入凹口锁止槽中，保证每次启动时凸轮轴随壳体1一起运动，使凸轮轴有确定的初始相位。
调节相位时，润滑油首先进入凹口锁止槽中，将锁止销压回并释放转子。
供油油路与液压腔11相通，向该腔中供油，回油油路与液压腔l2相通，向外泄油，转子叶片9在压力差的作用下带动凸轮轴相对于壳体l转动，从而改变相位。
反向调节时．供油及泄油与上述方向相反L2l。
这类机构优点是是可以对进气门关闭角和进排气重叠角进行控制，而且机构原理简单，可以保
持原发动机气门系不变，只用一套额外的机构来改变凸轮轴相角，对原机改动较小。
便于采用，应用较广泛；缺点是不能改变气门升程和持续期口】。
3)可变凸轮从动件的可变配气机构
这类机构保持凸轮型线不变，通过改变凸轮轴与气门之间从动件(如推杆，摇臂等)的运动规律，实现气门运动的可变。
按照从动件的类型分为液压式和机械式两类。
a)液压式可变凸轮从动件的可变配气机构
20世纪90年代中期，Siemens／Hvundai开发了EVT系统，并且已应用于Hyundai2．0LDHC发动机上，该系统属于液压式可变凸轮从动件的可变配气机构，其结构如图4所示。
当电磁阀关闭时，润滑油被封闭在液压腔内。
由于液体的不可压缩性，气门按照凸轮型线运动；当电磁阀打开时，凸轮虽然继续驱动从动件，但润滑油会通过电磁阀流出液压腔，从而改变了气门的运动。
由ECU控制电磁阀开启与关闭的时刻，就能实现对气门正时和升程的控制。