可变配气相位技术
可变配气相位与气门升程
凸轮轴和节气门的工作示意图
我们最熟悉的可变气门升程系统无疑 就是本田的i-vtec技术了，本田也是 最早将可变气门升程技术发扬光大的 厂商。本田的可变气门升程系统结构 和工作原理并不复杂，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。 当发动机达到一定转速时，系 统就会控制连杆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，从而发动机动力更强。 这种在一定转速后突然的动力爆发也 能够增加驾驶乐趣，缺点则是动力输 出不够线性。 而随后像奥迪，三菱和丰田等厂商也都研发出了自己的可变气门升程技术，它同样 是通过增加凸轮轴上的凸轮来实现了气门升程的分段可调。
谢谢！ 谢谢！
车辆3班
可变配气相位
我们知道，发动机转速越高，每个汽缸一个周期内留给吸气和排气的绝对时 间也越短，因此想要达到较好的充气效率，这时发动机需要尽可能长的吸气 和排气时间。显然，当转速越高时，要求的重叠角度越大。也就是说，如果 配气机构的设计是对高转速工况优化的，发动机容易在较高的转速下，获得 较大的峰值功率。 但在低转速工况下，过大的重叠 角则会使得废气过多的泻入进气 岐管，吸气量反而会下降，气缸 内气流也会紊乱，此时ECU也会 难以对空燃比进行精确的控制， 从而导致怠速不稳，低速扭矩偏 低。相反，如果配气机构只对低 转速工况优化，发动机的就无法 在高转速下达到较高的峰值功率。 所以传统的发动机都是一个折衷 方案，不可能在两种截然不同的 工况下都达到最优状态。
呼吸之道
可变配气相位与气门升程
参加过长跑比赛同学都知道，呼吸的快慢以及深浅对体能 发挥的影响——太急促或刻意的屏息都有可能增加疲劳感，使 奔跑欲望降低。所以，我们在长跑比赛时往往需要不断按照奔 跑步伐来调整呼吸频率，以便随时为身体提供充足的氧气。 对于汽车发动机而言，这个 道理同样适用。可变配气相位 与气门升程技术就是为了让发 动机能够根据不同的负载情况 的能够自由调整“呼吸”的时 间和深浅程度，从而提升动力 表现，使燃烧更有效率。
四程发动机的换气过程和可变配气相位技术分析
四程发动机的换气过程和可变配气相位技术分析摘要配气相位与进排气流的流动速度密切相关，即与发动机转速有关。
原则上讲，一种配气相位只适合一种发动机转速。
配气相位取决于凸轮的形线，配气相位对发动机的性能影响很大，且由于凸轮形线的不同，也决定了发动机是高速还是低速。
如果高速凸轮，则发动机在高转速范围功率很大，但在中低转速范围功率下降很多，反之亦然。
当然，人们希望发动机在任何转速范围都能得到较大的功率。
针对四程发动机不同转速时的换气特性，有的大排量发动机采用了可变配气相位技术。
关键词四程发动机；换气过程；可变配气相位；技术分析发动机的排气过程和进气过程的总和，统称为换气过程。
换气过程的任务是将缸内的废气排净，吸入尽可能多的新鲜工质。
1 换气过程发动机运行时，在如此短的换气时间内，要使排气干净，进气充足是比较困难的。
为了增加气门开启时间，充分利用气流的流动惯性以及减少换气损失，改善换气过程，提高发动机性能，进、排气门一般都提前开启，迟后关闭，不受活塞行程的限制。
整个换气过程超过两个冲程，约占曲轴转角410°-490°。
根据气体流动特点和进排气门运动规律，换气过程分为自由排气、强制排气和进气过程三个主要阶段，如图l所示。
1）自由排气阶段。
从排气门在下止点前开始开启，到气缸内压力接近于排气管压力这个时期，称为自由排气阶段。
如图1a中b’点所示，气门开启时，气缸内压力较高（大于排气管压力2倍以上），可利用废气自身的压力自行排出。
此时，排气流处于超临界状态，流过排气门处的气体流速，等于在该处气体状态下的音速。
其流量只决定于气门开启面积，并和气体状态有关，与排气门前后的压差无关。
随着活塞的推移，缸内压力不断下降，当缸内压力与排气管压力之比为1.9以下时，排气流进入亚临界状态，排气量由气缸压力和排气管内的压力差来决定，压力差越大，排出的废气量越大，当到某一时刻，气缸内压力与排气管内压力相等时，自由排气阶段结束，一般在下止点后10°-30°曲轴转角。
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
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。
2019/2/12
12
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
2019/2/12 机电工程系 13
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。
2019/2/12
10
2019/2/12
11
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
2019/2/12
机电工程系
27
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。
2019/2/12 机电工程系 28
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
2019/2/12 3
3 提高充气效率的措施：
1
2 3 4
5 6
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
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
VVTI-概况VVTIVVT-i是Variable Valve Timing-intelligent的缩写，它代表的含义就是智能正时可变气门控制系统。
这一装置提高了进气效率，实现了低、中转速范围内扭矩的充分输出，保证了各个工况下都能得到足够的动力表现。
另一个先进之处在于全铝合金缸体带来的轻量化，不仅减小了质量，也降低了发动机的噪声。
可变配气正时控制机构的主要目的是在维持发动机怠速性能情况下，改善全负荷性能。
这种机构是保持进气门开启持续角不变，改变进气门开闭时刻来增加充气量。
（1）凌志LS400汽车可变配气正时控制机构(VVT-i)VVT-i系统用于控制进气门凸轮轴在50°范围内调整凸轮轴转角，使配气正时满足优化控制发动机工作状态的要求，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、经济性和降低尾气的排放。
VVT-i系统由VVT-i控制器、凸轮轴正时机油控制阀和传感器三部分组成，如下图所示。
其中传感器有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和VVT传感器。
LS400汽车的发动机是8缸V型排列4气门式的，有两根进气凸轮轴和两根排气凸轮轴。
在工作过程中，排气凸轮轴由凸轮轴齿形带轮驱动，其相对于齿形带轮的转角不变。
曲轴位置传感器测量曲轴转角，向ECU提供发动机转速信号；凸轮轴位置传感器测量齿形带轮转角；VVT传感器测量进气凸轮轴相对于齿形带轮的转角。
它们的信号输入ECU，ECU根据转速和负荷的要求控制进气凸轮轴正时控制阀，控制器根据指令使进气凸轮轴相对于齿形带旋转一个角度，达到进气门延迟开闭的目的，用以增大高速时的进气迟后角，从而提高充气效率。
1)结构VVT-i控制器的结构如下图所示，它包括由正时带驱动的外齿轮和与进气凸轮轴刚性连接的内齿轮，以及一个内齿轮、外齿轮之间的可动活塞。
活塞的内、外表面上有螺旋形花键。
活塞沿轴向的移动，会改变内、外齿轮的相对位置，从而产生配气相位的连续改变。
VVT外壳通过安装在其后部的剪式齿轮驱动排气门凸轮轴。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可变配气相位技术
定义：用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。
进气配气相位为180°+进气提前角α+进气迟后角β，排气配气相位为180°+排气提前角γ+排气迟后角δ。
试验证明：在进、排气门早开、晚关的过程中，进气门的晚关，对充气效率影响最大，其次是
重叠角的大小，人们多在进气门方面改善性能指标。
通过试验证明，两种进气迟后角的充气效率（ηv）和功率（Ne）变化规律是：1、低速时，
晚关60°的充气效率ηv低、发动机功率Ne升高迟后。
2、高速时，超过2300~2500r/min后，晚关60°的充气效率ηv和功率Ne ，明显优于40°的相位角。
进气门晚关时对ηv和Ne的影响。
正时柱塞的锁止槽中，该锁止片依靠高速时的惯性力解脱。
大众车系可变气门正时机构VVT (Varble Valve Timing)原理:
结构图
原理图
采用双顶置凸轮轴、4气门结构。
排气凸轮轴通过正时齿形皮带与曲轴相连接，进、排气土林轴之间采用链条驱动，链条上装有油压张紧器。
a)低速时—早开、早关，重叠角加大；b)高速时—晚开、晚关，重叠角减小
可变相位调节器是在液压紧链器的基础上，加装了用ECU控制的电磁阀，形成了一个“配气相位调节总成”部件
大众车系链条式配气相位调节机构
工作原理
1）当发动机转速低于1 300r/min时，电磁控制阀不通电，进气凸轮轴即反向转动一定角度θ，进气门早开角度变小，进、排气门的重叠角变小，防止发动机回火，低速运转平稳。
2）当发动机转速高于1 300r/min时，电磁控制阀通电，进气门早开角度变大，进、排气门的重叠角变大，废气排出率加大，提高了容积效率和转矩值。
3）当发动机转速高于3 600r/min时，电磁控制阀又断电，调节工作结束，进气门又回到不提前的位置，晚开和晚关角度加大，可利用气体的惯性能量，提高功率值。
大众车系可变气门正时机构的特点是只改变进气门开、关时间的早晚，配气相位角值不变（时间平移—即早开、早关；晚开、晚关），不改变进气门升程的大小。
丰田车系智能可变气门正时系统VVT-i
结构
汽车运用VCT后，发动机的性能可得到提高。
（1）提高的进气效率
（2）提高发动机的功率和扭矩输出
（3）提高发动机的燃油经济性
（4）改善发动机在怠速和低负荷时的稳定性在发动机工作过程中，VCT （Variable Camshaft Timing）系统持续不断的修正正时以得到最适宜的进气效果。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。