汽车发动机可变配气相位与气门升程
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。
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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。
可变气门配气相位和气门升程
技能训练九可变气门配气相位和气门升程电子控制系统的检测可变气门配气相位和气门升程电子控制系统英文全称为：VVTVLECS（VTEC）根据发动机转速、负荷等的变化来控制 VTEC 机构工作，改变驱动同一气缸两进气门工作的凸轮，以调整进气门的配气相位及升程，并实现单进气门工作和双进气门工作的切换。
第一部分教学组织一、目的要求①了解可变配气相位控制系统（VTEC）的结构及其工作原理。
②掌握可变配气相位控制系统（VTEC）电路的检修。
二、工具器材三、教学节奏与方式四、成绩评定（成绩评定的等级为优良、及格和不及格）第二部分教学内容一、可变配气相位控制系统（VTEC）1．VTEC 机构的组成（以本田雅阁F22B1发动机为例）同一缸有主进气门和次进气门，主摇臂驱动主进气门，次摇臂驱动次进气门，中间摇臂在主、次摇臂之间，不与任何气门直接接触。
相应凸轮轴上的凸轮也有主凸轮、中间凸轮和次凸轮。
如图9-1所示。
图9-1本田雅阁F22B1发动机VTEC结构图2．VTEC 机构的工作原理工作原理发动机低速运转时，电磁阀不通电使油道关闭，此时，三个摇臂彼此分离，主凸轮通过主摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆；次凸轮的升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量关闭。
配气机构处于单进、双排气门工作状态，单进气门由主凸轮轴驱动，如图9-2所示。
当发动机高速运转，且发动机转速、负荷、冷却液温度及车速达到设定值时，电脑向 VTEC 电磁阀供电，使电磁阀开启，来自润滑油道的机油压力作用在正时活塞一侧，由正时活塞推动两同步活塞和阻挡活塞移动，两同步活塞分别将主摇臂和次摇臂与中间摇臂接成一体，成为一个组合摇臂。
此时，中间凸轮升程最大，组合摇臂受中间凸轮驱动，两个进气门同步工作，气门的升程、提前开启和迟后关闭角度均随发动机转速的升高而增大。
当发动机转速下降到设定值，电脑切断 VTEC 电磁阀电流，正时活塞一侧油压下降，各摇臂油缸孔内的活塞在回位弹簧作用下，三个摇臂又彼此分离而独立工作。
发动机可变气门技术研究与探讨
发动机可变气门技术研究与探讨作者：金艳秋来源：《山东工业技术》2017年第03期摘要：现在汽车发动机普遍应用可变气门技术，本文首先阐述了发动机可变气门技术的作用，然后对现在主流车型上的发动机可变气门正时技术和发动机可变气门升程技术进行了总结分析，最后对发动机可变气门技术提出了展望。
关键词：发动机；可变气门正时；可变气门升程DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.2520 引言发动机可变气门技术能在一定范围内调整凸轮轴的转角和升程，即可变气门正时技术和可变气门升程技术。
1 发动机可变气门正时技术的作用固定不变的气门正时很难同时满足发动机高转速、低转速等多种工况的需求。
可变气门正时技术的功能是改变发动机气门开启时间、闭合时间和气门开启持续时间，以满足发动机不同工况下的需求。
多数发动机可变气门正时系统可以实现进气门可变正时，即单可变气门正时技术；而少数发动机还在排气门配备了可变气门正时系统，即双可变气门正时技术。
2 发动机可变气门升程技术的作用发动机的动力性大小取决于喷油量的多少，而喷油量的多少与单位时间内进入气缸内的空气量多少有关。
发动机可变气门正时技术只能改变气门开启、闭合时间和气门开启持续时间，却不能显著改变单位时间内的进气量，而可变气门升程技术就能满足这个需求。
可变气门升程技术的功能主要是改变发动机气门开启的深度即气门升程，以达到根据发动机转速的需求提供空气量，从而使燃烧更充分效率更高。
3 发动机可变气门正时系统不同类型发动机的可变气门正时系统在名称上略有不同，但是其基本工作原理是非常类似的。
下面以丰田汽车可变气门正时系统为例阐述其工作原理，该系统ECU采集发动机各传感器（如发动机转速传感器、节气门位置传感器、水温传感器、车速信号、档位信号等）信号，根据其内部存储的正时参数进行控制凸轮轴正时控制阀，从而将油压施加给凸轮轴正时带轮以提前或推迟配气正时。
4 发动机可变气门升程技术系统（1）本田汽车可变气门升程系统。
一种新型发动机可变配气相位与气门升程机构的设计
一
匐 似
种新型发动机可变配气相位 与气 门升程机构的设计
Ｄｅｓｉ ｇｎ ｏｆ ａ ｖａｒａｂｌ ｉ ｅ ｖａｌ ｖｅ ｐｈａｓ ａｎｄ ｖａｌ ｉｔｍ ｅｃｈａｎｉ ｅ ｖｅ ｌ ｆ ｓｍ ｏｒｎｅｗ ｆ ｅｎｇｉ ｏｄｅｌ ｎｅ ｍ
务Ｉ
种 类 型 。此 类 机 构 结 构 原 理 简 单 ，可 以保 持 原 发
匐 似
动 机 电 脑 （ ＣＵ）控 制 。 步 进 电 机 控 制 原 理 如 Ｅ 图 ３ 示 。 发 动 机 电 脑 主 要 根 据 转 速 、 负 荷 、 水 所
动 机 气 门 系统 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 ；其 缺
陈建 华
高 志贤
ＣＨＥＮ Ｊａｎ ｈ ａ． ｉ － ｕ ＧＡＯ ｉ ｉ ｎ Ｚｈ． ａ ｘ
（ 邯郸职业技术学 院，邯郸 ０ ６ ０ ） ５ ０ １
摘
要 ：本 文分 析了可变配气相位 技术的研究现状 ，提 出了一种新的发动机可变 配气相位与气门升程机 构的设计思路 ，能方便实现对进 、排 气门的配气相位及气 门升程的全范围控制 。
点是 不能 改变 气 门升 程和 气 门开 启持 续时 间 。 ２ ）变 换 凸轮 曲线的 可变 配 气相位 机 构 这 类 机 构 可 以提 供 两 种 以 上 凸轮 曲线 ，在 不 同 转 速 和 负 荷 下 采 用 不 同的 凸轮 曲线 驱 动 气 门 。 如本 田公 司 的 可变 配 气 相 位 与 气 门升 程 （ Ｅ ） ＶＴ Ｃ 机 构 ，就 能根 据 发 动 机 运 行 工 况 的 变 化 ，通 过 变 换 驱动 气 门 的 凸 轮 ，来 实 现 对 配 气 相 位 及 升 程 的控 制 。但 此 种 机 构 可 变 配 气 相 位 与可 变 气 门升 程 不 是连 续变 化 的 ， 而 只是 分 成 两 个 阶 段 ， 因此 ，还 是不能 满 足所 有 工况 变化 的需 要 。 ３ ）既 改变 凸轮 轴 相 角又 变换 凸轮 曲线 的 可变 配 气 相位 机构 丰 田公 司 的智 慧型 可变 气 门正 时 及 升 程 控 制 系统 （ ＶＶＴ —） 由两 部 分 组 成 。一 部 分 由ＶＶ ｉ Ｌｉ Ｔ—
可变配气相位与气门升程
可变配气相位与气门升程
此君何人？
Байду номын сангаас
王军霞，奥运冠军，原中国女 子田径队队员，是中国历史上最出 色的田径选手之一。生在农村的她 由于家庭生活条件艰苦，从小就养 成了吃苦耐劳的优良品质，加上科 学训练，在赛场上屡获佳绩，被誉 为“东方神鹿”。1993年在世界 田径锦标赛上获得10000米金牌， 同年在全运会上打破了女子3000 米和10000米的世界纪录，两项纪 录保持至今。1996年亚特兰大奥 运会上获得女子5000米金牌，成 为中国首位获奥运会长跑金牌的运 动员。在2012年11月24日晚国际 田联名人堂百年庆典仪式上，王军 霞入选“国际田联名人堂”，是中 国乃至亚洲首位入选的田径运动员。
什么是配气相位？
本田VTEC技术
1.VTEC结构
2.VTEC工作原理
宝马汽车公司VANOS系统
丰田汽车公司VVT-i技术
1.VVT-i的结构
2.VVT-i控制器的结构
3.工作原理
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。
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。
【技术】浅谈本田IVTEC
【关键字】技术浅谈本田i-VTEC发动机技术普通的发动机在制造出来后，配气相位和气门升程就固定不变了，无法适应不同转速下发动机对进排气的需求。
因此，传统的发动机设计人员在考虑凸轮轴型线时都采用折中方案，既要照顾高速也要考虑低速。
但是这种综合考虑的设计方案在某种程度上限制了发动机的性能，已远远不能满足现在车用发动机的要求。
因此，人们希望能够有这样一种发动机，其凸轮型线能够适应任何转速，不论在高速还是低速都能得到最佳的配气相位。
于是，可变配气相位控制机构应运而生。
在可变配气相位控制机构中比较有代表性的便是本田公司的i-VTEC 系统。
一、VTEC系统介绍本田汽车公司在1989年推出了自行研制的“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”，英文全称“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System”，缩写就是“VTEC”，是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。
与普通发动机相比，VIEC发动机同样是每缸4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法"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力性、经济性与低排放的统一和极佳状态。
下面将给大家详细介绍一下本田的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。
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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（3）i-VTEC发动机。
i-VTEC系统是在VTEC系统的基础上，增加了一个称为 VTC（Variable timing control可变正时控制）的装置——一 组进气门凸轮轴正时可变控制机构，即iVTEC=VTEC+VTC。
2. 宝马汽车公司VANOS系统。
宝马汽车公司VANOS（Variable camshaft control），称为 可变凸轮轴控制系统，属于气门正时连续可变，但一般只 是进气气门正时可变。如果进排气气门正时都可变，则采 用双可变凸轮轴控制（Double VANOS）。
（2）可变进气道系统。 ① 双脉冲进气系统。 ②四气门二阶段进气系统。 ③三阶段进气系统。
1.1.2 可变气门正时和升程控制系统
1.本田汽车公司VTEC技术 本田VTEC（Variable Valve Timing & Lift electronic control system），称为电子控制可变气 门正时与举升系统，当改变气门升程时，气门正时 与气门重叠角随之改变。 （1）VTEC结构。
（2）VTEC工作原理。
• 当发动机在中低速工作时，控制系统使主、副摇臂与中间摇臂分离，利 用两侧的低速凸轮A、B驱动主、副摇臂，压动气门开启。中间摇臂在 弹簧的作用下与中间凸轮（高速凸轮）一起转动，但此时由于没有油压 作用于同步活塞，所以中间摇臂与气门的开闭无关。 • 当发动机高速运转时，控制系统使摇臂内部的液压活塞沿箭头方向移动。 此时主、副及中间摇臂在同步活塞的作用下连成一体，均由中间凸轮 （高速凸轮C）来驱动，从而获得高功率所需的配气正时和气门升程。
• 根据发动机ECU的指令，当凸轮轴正时控制阀位于图（a）所示时，机 油压力施加在活塞的左侧，使得活塞向右移动。由于活塞上的旋转花键 的作用，进气凸轮轴相对于凸轮轴正时带轮提前某一角度。 • 当凸轮轴正时控制阀位于图（b）位置时，活塞向左移动，并向延迟的 方向旋转。进而，凸轮轴正时控制阀关闭油道，保持活塞两侧的压力平 衡，从而保持配气相位，由此得到理想的配气正时。
1.1可变配气相位与气门升程
• 1.1.1 可变进气系统 作用： ①能兼顾高速及低速不同工况，提高发动 机的动力输出和降低燃油消耗； ②降低发动机的排放污染； ③改善发动机怠速及低速时的性能及稳定 性。
• 可变进气系统的分类：
（1）多气关； 第二，在进气道上设置旋转阀门，根据设定工况打开或关 闭该气门的进气通道，这种结构比用凸轮、摇臂控制简单。
1.1.3 丰田汽车公司VVT-i技术
• 丰田汽车公司VVT-i（Vatiable Valve Timing intelligent）称为智能可变气门正时系统。 （1）VVT-i的结构。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。
• VVT-i控制器的结构：
（2）工作原理。