一种新型发动机可变配气相位与气门升程机构的设计
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可变气门正时和升程机构结构和检修(上)
１ ｏ ｌ Ｉ Ｉ ２
轮 １ １驱动 中摇 臂 ２ ，同步 带动 摇 臂
２ 、８驱动两十 进 气门 ７ 。由于 中凸轮 直径 大 ．使两 十进 气 门 ７都 开启 早 、
升程 太。
盟
当发 动 机 降 至某 一设 定 转 速 时． 摇臂 中括 塞处 机 油压力 消失 ， 由 于 活塞 ｌ ３右 侧 回位 弹簧 的压 力 ．各 括塞 又 回到 原来 （ ２中 圈 “ ” 的位置 ．三个 摇臂 又分 开 ， Ｂ） 各 自独立 转 动 。 ＶＥ Ｔ Ｃ机 构 是 由 电 子控 制 模 块 （ Ｃ ）通过 机 油控制 阀 １ ＥＵ ７来 控 制 的 。（ 续 ） 待
正 时和开 程的调 整 基率上 两级舳 ； 的。凸轮 １ ｏ和 １ ２一起分 别推 动摇 臂 ８和 ３ 凸 。
２固直径小 ， 摇臂 ３接触 时 间很短 ，因此 与 ２ ．第 二种 是 将 可变 机 构 置 于进 气 凸 轮 轴 轮 １ Ｏ 经摇 臂 ８ 接触 的一十进 ） 占 动轮上 ，其 代表 性结 构是 丰 田 ｖ Ｔ—ｉ智 能 实 际上 只有 与凸 轮 １ （ Ｌ ｖ （ 型 可变气 门正 时机 构 ） ； ３ ．第 三种 是 将 可 变 机 构 同时 置 于进 气 凸
下 止 点
向延迟 撼
延迟进气 门关 增加 发动
囤 １
配 气 相 位 囤
肌
择合适 ，就 不会有 废气 流＾进 气管 和新 鲜气 流随 同废 气排 出。一般来 说， 在较 低转 速 ｆ ０ ｏ转 ／ ） 发 ３０ 分 肋 动机上 还 是可 以令人 满意 的。
但 对 于 现 代 高 速 汽 油 机 （０ ０ ５Ｏ
闭 时同 ， 改 机 车出功 以 自 善克 气教率
最大延 迟正 低温 时较大 的
轮 １ １驱动 中摇 臂 ２ ，同步 带动 摇 臂
２ 、８驱动两十 进 气门 ７ 。由于 中凸轮 直径 大 ．使两 十进 气 门 ７都 开启 早 、
升程 太。
盟
当发 动 机 降 至某 一设 定 转 速 时． 摇臂 中括 塞处 机 油压力 消失 ， 由 于 活塞 ｌ ３右 侧 回位 弹簧 的压 力 ．各 括塞 又 回到 原来 （ ２中 圈 “ ” 的位置 ．三个 摇臂 又分 开 ， Ｂ） 各 自独立 转 动 。 ＶＥ Ｔ Ｃ机 构 是 由 电 子控 制 模 块 （ Ｃ ）通过 机 油控制 阀 １ ＥＵ ７来 控 制 的 。（ 续 ） 待
正 时和开 程的调 整 基率上 两级舳 ； 的。凸轮 １ ｏ和 １ ２一起分 别推 动摇 臂 ８和 ３ 凸 。
２固直径小 ， 摇臂 ３接触 时 间很短 ，因此 与 ２ ．第 二种 是 将 可变 机 构 置 于进 气 凸 轮 轴 轮 １ Ｏ 经摇 臂 ８ 接触 的一十进 ） 占 动轮上 ，其 代表 性结 构是 丰 田 ｖ Ｔ—ｉ智 能 实 际上 只有 与凸 轮 １ （ Ｌ ｖ （ 型 可变气 门正 时机 构 ） ； ３ ．第 三种 是 将 可 变 机 构 同时 置 于进 气 凸
下 止 点
向延迟 撼
延迟进气 门关 增加 发动
囤 １
配 气 相 位 囤
肌
择合适 ，就 不会有 废气 流＾进 气管 和新 鲜气 流随 同废 气排 出。一般来 说， 在较 低转 速 ｆ ０ ｏ转 ／ ） 发 ３０ 分 肋 动机上 还 是可 以令人 满意 的。
但 对 于 现 代 高 速 汽 油 机 （０ ０ ５Ｏ
闭 时同 ， 改 机 车出功 以 自 善克 气教率
最大延 迟正 低温 时较大 的
i-VTEC 、ECOTEC DVVT 、Double-VANOS
上海理工大学报告姓名：学号：专业：浅述三款发动机可变气门系统1 摘要能源与环境问题是目前汽车工业所面临的两个问题。
为了提高汽油机的燃油经济性和动力性，满足越来越严格的排放法规要求，世界各大公司竞相采用新技术装备其生产的轿车。
为了满足发动机全工况的要求，就需要设计可变的配气相位。
可变气门技术就改变了传统发动机中配气相位固定不变的状态，在发动机运转工况范围内提供最佳的配气正时，较好地解决了高转速和低转速、大负荷和小负荷下动力性与经济性的矛盾，同时改善废气排放。
本文选取当前市场上三个不同国家的三款发动机可变气门系统，分别是本田的i-VTEC 、通用的ECOTEC DVVT 、宝马的Double-VANOS，进行简述。
关键词：i-VTEC 、ECOTEC DVVT 、Double-VANOS2 发展现状现在我们周围很多车型的发动机都采用的“可变气门正时技术”是上世纪60年代末由菲亚特公司最先研发成功的，但这项技术真正被发扬光大、为人熟知还要从本田应用VTEC技术的1983年算起，最早VTEC技术被运用在本田的REV 摩托车发动机上，正是因为这项技术才使看似矛盾的车辆燃油经济性和动力性有了更好的结合办法。
3 原理i-VTECi-VTEC技术作为VTEC技术的升级技术，其不仅完全保留了VTEC技术的优点，而且加入了当今世界流行的智能化控制理念。
本田公司在1989年推出了自行研制的“可变气门正时和气门升程电子控制系统”，英文全“Variable ValveTiming 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。
本田的VTEC发动机一直是享有“可变气门发动机的代名词”之称，它不只是输出马力超强，它还具有低转速时尾气排放环保、低油耗的特点，而这样完全不同的特点在同一个发动机上面出现，就因为它在一支凸轮轴上有多种不同角度的凸轮。
一种全新的发动机VVT及VVL装置设计研究
ｔ ｎ ｈ ｎ ｅ ｙ ｕ ０ ￣ ａ ｄ ｖ ｌｅｌ ｈ ｎ ｅ ｒ ｍ ｉ ｇｃ ａ ｇ ｓｂ ｐ ｔ ６ ＣＲＡ ｎ ａｖ ｆ ｃ ａ ｇ ｓ ｏ ５ｍｍ ｔ ｄ ｅｅ ｇｎ ｐ ｅ ｍｉ ｏ ｉ ｔ ｆ ａ ｌ ｎ ｉ ｅｓ ｅ ｄ ｔ ８ｍｍ ｔ ａ ｅ ｎ ｉ ｅｓ ｅ ｄ Ｎｏ ｖ ｌ ｅｓ ａｉ ｇ ｉ ｏ ａ ｔ ｄ ｅ ｇ ｎ ｐ ｅ ． ａｖ ｅ ｔ ｒ ｎ ｂ ｕ ｃ ａ ｅ ｎ ｆ ｕ ｄｉ ｏ ｅｅ ｇ ｎ ｐ ｅ ａ ｇ ． ｏ ｎ ｅｈ ｓｂ ｅ ｎ ｗｈ ｌ ｎ ｉ ｅｓ ｅ ｄ ｒ ｎ ｅ ｏ ｎ
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配气相位
河南工业职业技术学院《汽车发动机构造与维修》
ch3 配气机构
（三）类型： 类型： 1、按气门的布置： 气门顶置式；气门侧置式 2、按凸轮轴的布置位置： 下置式；中置式；上置式 3、按曲轴与凸轮轴的传动方式： 齿轮传动；链条传动；齿带传动 4、按每气缸气门数目： 二气门式；四气门式等
在进排气门分别通过两根凸轮轴单独驱动时在进排气门分别通过两根凸轮轴单独驱动时可以通过一套特殊的机构将进气凸轮轴按要可以通过一套特殊的机构将进气凸轮轴按要求转过一定的角度从而达到改变进气相位的求转过一定的角度从而达到改变进气相位的目的
《汽车发动机构造与维修》
ch3 配气机构
配气相位
河南工业职业技术学院——汽车工程系 河南工业职业技术学院——汽车工程系
由上可见，进气门开启持续时间内 的曲轴转角，即进气持续角为： α+180°+β。
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《汽车发动机构造与维修》
ch3 配气机构
（三）排气门的配气相位 1.排气提前角 (1)定义：在作功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。 从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角(或早开角)。 排气提前角用γ表示，γ一般为40°~80°。 (2)目的： ①利用气缸内的废气压力提前自由排气：恰当的排气门早开，气缸内还 有大约300kPa~500kPa的压力，作功作用已经不大，可利用此压力使气缸 内的废气迅速地自由排出。 ②减少排气消耗的功率：提前排气，等活塞到达下止点时，气缸内只剩 约110kPa~120kPa的压力，使排气冲程所消耗的功率大为减小。 ③高温废气的早排，还可以防止发动机过热。
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ch3 配气机构
（三）类型： 类型： 1、按气门的布置： 气门顶置式；气门侧置式 2、按凸轮轴的布置位置： 下置式；中置式；上置式 3、按曲轴与凸轮轴的传动方式： 齿轮传动；链条传动；齿带传动 4、按每气缸气门数目： 二气门式；四气门式等
在进排气门分别通过两根凸轮轴单独驱动时在进排气门分别通过两根凸轮轴单独驱动时可以通过一套特殊的机构将进气凸轮轴按要可以通过一套特殊的机构将进气凸轮轴按要求转过一定的角度从而达到改变进气相位的求转过一定的角度从而达到改变进气相位的目的
《汽车发动机构造与维修》
ch3 配气机构
配气相位
河南工业职业技术学院——汽车工程系 河南工业职业技术学院——汽车工程系
由上可见，进气门开启持续时间内 的曲轴转角，即进气持续角为： α+180°+β。
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《汽车发动机构造与维修》
ch3 配气机构
（三）排气门的配气相位 1.排气提前角 (1)定义：在作功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。 从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角(或早开角)。 排气提前角用γ表示，γ一般为40°~80°。 (2)目的： ①利用气缸内的废气压力提前自由排气：恰当的排气门早开，气缸内还 有大约300kPa~500kPa的压力，作功作用已经不大，可利用此压力使气缸 内的废气迅速地自由排出。 ②减少排气消耗的功率：提前排气，等活塞到达下止点时，气缸内只剩 约110kPa~120kPa的压力，使排气冲程所消耗的功率大为减小。 ③高温废气的早排，还可以防止发动机过热。
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四程发动机的换气过程和可变配气相位技术分析
翡霸
应 用方法论
１ ８ ９
四程发 动机 的换气 过程和 可变配气相 位技术 分析
吴 华
（ 安管理局交通 运输 局长水河农场交 通科 ，黑龙江北安 １ ４ ０ ） 北 ６０７
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
止点前０ 。枷 。曲轴转 角打开 。为了利用高速气流的惯性 ， 进气 门通常 在下止点４ｏ－Ｏ ｏ ７。曲轴转角才关闭 ，以增加进气量 。 ４ 气 门叠开 。排气 门的迟后关 闭和进气 门的提前开启 ， 得在上 ） 使
止点附近一定的曲轴转 角范 围内，存在着进 、排气门同时开启的现象 ， 气 门叠 开角一般 为２ 。一 ｏ ０ ６。曲轴转角。适 当的气 门叠开 角 ， 不但 可以 增加新鲜空气充量 ，而且可 以利用新气帮助清除废气 ，减少汽缸中废气 量 。叠开角过大可能发生废气倒流入 ：减小排气系 ＩＩ） 统阻力 和排气门处的流动损失 。
２２ 进气 损失 ＿ 进气损失主要是指进气过程 中，因进气 系统 的阻力而引起的功 的损 失。如图中面积Ｉ 所示 。它与排气损失相 比相对较小 。排气损失 与进气 Ｉ Ｉ 损失之和，称为换气损失 ，即面积 （＋Ｉ ｌ）。 Ｉ ＋Ｉ ＩＩ
在上止点附近 ， 废气 尚有一定流动能量 ，可利用气流惯性进一 步排气 ，
减少缸内残余废气量 ，同时还可以减少排气 阻力。 ３ 进 气过程为 了使新鲜空气 充量更顺利地进人气 缸 ，尽可能保证 ） 在活塞下行 时有足够大的进气截面积，减小进气阻力 ， 进气 门一般在上
－
・
开
６
２ 换 气损 失
２ １排气损失 ． 排气损失是从排气 门提前打开 ，直到进气行程开始 ，气缸内压力到 达大气压力之前 ， 循环功的损失 。它可分为以下几项 内容。 １ ）自由排 气损 失 ，是 由于 排气 门提 前 打开 而 引起 的膨 胀 功 的 减少。 ２ 强 制排气损失 ，是活塞上行强制推 出废气所消耗 的功 。随着排 ） 气提前角增大 ，自由排气损失面积Ｉ ，强制排气损失面积Ｉ 增加 Ｉ 减小 ， 如 排气提前角减少 ，则强制排气损失 面积增加。所以最有利的排气提前角
应 用方法论
１ ８ ９
四程发 动机 的换气 过程和 可变配气相 位技术 分析
吴 华
（ 安管理局交通 运输 局长水河农场交 通科 ，黑龙江北安 １ ４ ０ ） 北 ６０７
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
止点前０ 。枷 。曲轴转 角打开 。为了利用高速气流的惯性 ， 进气 门通常 在下止点４ｏ－Ｏ ｏ ７。曲轴转角才关闭 ，以增加进气量 。 ４ 气 门叠开 。排气 门的迟后关 闭和进气 门的提前开启 ， 得在上 ） 使
止点附近一定的曲轴转 角范 围内，存在着进 、排气门同时开启的现象 ， 气 门叠 开角一般 为２ 。一 ｏ ０ ６。曲轴转角。适 当的气 门叠开 角 ， 不但 可以 增加新鲜空气充量 ，而且可 以利用新气帮助清除废气 ，减少汽缸中废气 量 。叠开角过大可能发生废气倒流入 ：减小排气系 ＩＩ） 统阻力 和排气门处的流动损失 。
２２ 进气 损失 ＿ 进气损失主要是指进气过程 中，因进气 系统 的阻力而引起的功 的损 失。如图中面积Ｉ 所示 。它与排气损失相 比相对较小 。排气损失 与进气 Ｉ Ｉ 损失之和，称为换气损失 ，即面积 （＋Ｉ ｌ）。 Ｉ ＋Ｉ ＩＩ
在上止点附近 ， 废气 尚有一定流动能量 ，可利用气流惯性进一 步排气 ，
减少缸内残余废气量 ，同时还可以减少排气 阻力。 ３ 进 气过程为 了使新鲜空气 充量更顺利地进人气 缸 ，尽可能保证 ） 在活塞下行 时有足够大的进气截面积，减小进气阻力 ， 进气 门一般在上
－
・
开
６
２ 换 气损 失
２ １排气损失 ． 排气损失是从排气 门提前打开 ，直到进气行程开始 ，气缸内压力到 达大气压力之前 ， 循环功的损失 。它可分为以下几项 内容。 １ ）自由排 气损 失 ，是 由于 排气 门提 前 打开 而 引起 的膨 胀 功 的 减少。 ２ 强 制排气损失 ，是活塞上行强制推 出废气所消耗 的功 。随着排 ） 气提前角增大 ，自由排气损失面积Ｉ ，强制排气损失面积Ｉ 增加 Ｉ 减小 ， 如 排气提前角减少 ，则强制排气损失 面积增加。所以最有利的排气提前角
发动机配气相位讲解
。二、排气门的配气相位
1．排气提前角 从排气门开始开启到下 止点所对应的曲轴转角称为排气提前角 ( 或早开角 ) ，用 γ 表示， γ 一般为 40 °～ 80°。 2．排气迟后角 从上止点到排气门关闭 所对应的曲轴转角称为排气迟后角 (或晚 关角)，用δ表示。δ一般为10°～30°. 3. 排气门开启持续时间内的曲轴转角， 即排气持续角为γ+180+δ。
可变配气相位
常见的双气门机构与四气门机构的气门 正时主要是考虑发动机的有效功率、转 矩尽可能增大，但在发动机怠速运行时， 动力性就会急剧下降，燃料经济性会变 得很差。为了避免这些缺点，有些汽车 近年来采用一种可变配气相位勺气门升 程电子控制 (VTEC) 机构 ( 如本田汽车 ) 来 控制进气时间与进气量，从而使发动机 产生不同的输出功率。
进气门的配气相位
1．进气提前角 从进气门开始开启到上止点所 对应的曲轴转角称为进气提前角 ( 或早开角 ) ， 用α表示。一般为10°～30°。 2．进气迟后角 从下止点到进气门关闭所对 应的曲轴转角称为进气迟后角(或晚关角)，用β 表示，β一般为40°～80°。 进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持 续角为。α+180﹢β。
2 ．工作原理 VTEC 机构是采用一根凸轮轴上设 计两种(高速型和低速型 )不同配气定时和气门升 程的凸轮，利用液压进行切换的装置。高低速的 切换是根据发动机转速、负荷、水温及车速进行 检出，由ECU进行计算处理后将信号输出给电磁 阀来控制油压进行切换 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。正时活塞的一端和压油道相 通，液压油来自工作油泵，油道的开启由ECU通 过VTEC电磁阀控制。
1．排气提前角 从排气门开始开启到下 止点所对应的曲轴转角称为排气提前角 ( 或早开角 ) ，用 γ 表示， γ 一般为 40 °～ 80°。 2．排气迟后角 从上止点到排气门关闭 所对应的曲轴转角称为排气迟后角 (或晚 关角)，用δ表示。δ一般为10°～30°. 3. 排气门开启持续时间内的曲轴转角， 即排气持续角为γ+180+δ。
可变配气相位
常见的双气门机构与四气门机构的气门 正时主要是考虑发动机的有效功率、转 矩尽可能增大，但在发动机怠速运行时， 动力性就会急剧下降，燃料经济性会变 得很差。为了避免这些缺点，有些汽车 近年来采用一种可变配气相位勺气门升 程电子控制 (VTEC) 机构 ( 如本田汽车 ) 来 控制进气时间与进气量，从而使发动机 产生不同的输出功率。
进气门的配气相位
1．进气提前角 从进气门开始开启到上止点所 对应的曲轴转角称为进气提前角 ( 或早开角 ) ， 用α表示。一般为10°～30°。 2．进气迟后角 从下止点到进气门关闭所对 应的曲轴转角称为进气迟后角(或晚关角)，用β 表示，β一般为40°～80°。 进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持 续角为。α+180﹢β。
2 ．工作原理 VTEC 机构是采用一根凸轮轴上设 计两种(高速型和低速型 )不同配气定时和气门升 程的凸轮，利用液压进行切换的装置。高低速的 切换是根据发动机转速、负荷、水温及车速进行 检出，由ECU进行计算处理后将信号输出给电磁 阀来控制油压进行切换 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。正时活塞的一端和压油道相 通，液压油来自工作油泵，油道的开启由ECU通 过VTEC电磁阀控制。
项目14：智能可变气门控制机构(VVT-I 或VTEC)的检测与维修.详解
图6-9 VVTL-i系统的凸轮轴
图6-10 VVTL-i系统的摇臂
项目14：智能可变气门控制机构（VVT-I 或VTEC）的检测与维修
机油压力控制阀中的伺服 阀是由ECU进行占空比控 制的。当发动机高速运转 时，机油压力控制阀开启， 机油直接通往在凸轮转换 机构上，使高速凸轮起作 用。
图6-11 机油压力控制阀
1—中间凸轮 2—中间摇臂
项目14：智能可变气门控制机构（VVT-I 或VTEC）的检测与维修
4. VTEC系统电路
发动机控制ECU根据发
动机转速、负荷、冷却液 温度和车速信号控制 VTEC电磁阀。电磁阀通 电后，通过压力开关给电 脑提供一个反馈信号，以 便监控系统工作。
项目14：智能可变气门控制机构（VVT-I 或VTEC）的检测与维修
智能可变气门升程系统（VVTL-i）
项目14：智能可变气门控制机构（VVT-I 或VTEC）的检测与维修
1.2 可变气门升程系统概述
VVTL-i系统的组成与VVT-i相似，控制系统也包括曲轴/凸轮轴位置、节气门位置、 冷却液温度传感器和空气流量计（见图6-11），而驱动部件则包括机油控制阀 （OCV），特殊的凸轮轴和摇臂组件（如图6-9、6-10和6-11所示）等。VVTL-i 系统的控制原理见图6-12所示。VVTL-i系统的工作过程见表6-2所示。
有些发动机 只匹配可变 气门正时， 如丰田的 VVT-i发动机；
有些发动机只匹 配了可变气门升 程，如本田的 VTEC；
有些发动机既匹配 的可变气门正时又 匹配的可变气门升 程，如丰田的 VVTL-i，本田的 VTEC-i
项目14：智能可变气门控制机构（VVT-I 或VTEC）的检测与维修
1. 可变气门正时
可变配气相位技术
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。
四种形式的可变配气机构 2
三、工作原理：
1、怠速工况—转速较低，混合气流速慢，进气提前 角应较小，使进气重叠角减小，以防止发动机回火。 为此，电磁阀的控制电流较小，磁吸力较小，使滑 阀应处于“保持状态”，油道内无油压，锁销处于 锁止状态，进气门不提前开启，保证怠速平稳运转。
2、中等负荷工况—转速较高，混合气流速加快，惯性 能量较大，进气门应早开，加大重叠角，可使废气排 出量加大，提高容积效率。滑阀应处于“提前状态”， 以加大发动机的扭矩值。为此，电磁阀的电流随之加 大，滑阀在较大的磁吸力作用下，可左移到极限位置， 出油孔和回油孔随动开启。使转子右旋转，进气门开
（一）构造—它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。
只能对进气凸轮轴进行调 整。排气凸轮轴被曲轴正 时齿带驱动，不能调整。 进气凸轮轴通过正时链条 被排气凸轮轴驱动。 凸轮轴调整是通过电控液 压活塞将油压作用于链条 张紧器来完成的。凸轮轴 调整机构的工作油路与气 缸盖上的油道相通。
启程度随之加大，最大可达40° 曲轴转角。
3、大负荷工况—转速相对降低，混合气流速变慢，应使进气门早 开程度减小，以防止发动机回火，用加大晚关程度来加大扭矩值。 为此，电磁阀不通电，不产生磁吸力，滑阀在其弹簧的作用下，被 推到右端极限位置。其出油道和回油道反向转换，转子反向左转， 进气门早开程度减小，滑阀应处于“迟后状态”，保证了发动机扭
丰田车系
智能可变气门正时系统(VVT—i系 统)
VVT—i（Variable Valve Timing intelligent）
智能可变气门正时系统，用来控制进气凸轮轴在 40°角范围内，自动保持最佳的气门正时，以适应 发动机工作状况的需要，实现了在所有速度范围内， 使配气相位智能化的变化（保持、提前、迟后）。从 而，提高了发动机的扭矩和燃油经济性及净化性。
内燃机学会报告-VVT 可变气门
3、控制机构结构简单、成本低。
与国外先进技术的对比
方 功 案 能 菲亚特的UNIAIR 全可变 Lotus的EHFVVT 全可变 SDFVVT 全可变
试验转速
成 本
6000r/min
高
3500r/min
高
6000r/min
低
控制机构
复 杂
复 杂
相对简单
（3）实现可变气门重叠角，通过内部EGR， 改善排放性能。这种内部EGR的实现也可 以充分拓展HCCI运行范围。
（4）增加充气效率，提高动力性能。FVVT可
使发动机在各种转速下具有最合理的配气相位， 实现最佳充气效率，提高动力性能。
此外，FVVT可增加汽油机在中小负荷时的进气流动速度， 加快燃烧速度，提高怠速稳定性； FVVT可通过停滞气门，使发动机实现可变排量，提高发 动机的负荷率、降低燃油耗。
六 创新点
1、气门平稳落座的控制
（1）控制方法：
单向阀结构，可变节流面积，
小孔、缝隙节流等；
（2）控制效果：
液压气门落座速度主要受 气门最大升程影响；
2、机构控制方法
机械液压控制
特点： 适合高速度； 成本低；
五、可行性
1、电磁阀需要具有较高的运行频率和极快的响应 时间，该问题已不存在；
2、气门平稳落座的控制，已找出控制规律；
4.1、实验测量机构
图 气门升程实验测量简图
4、气门运动规律的测量
4.2、实验测量结果
气门升程H与液压活塞腔压力Pv
4.2 实验测量结果
2000r/min时气门运动规律
4000r/min时气门运动规律
5、气门落座速度的控制
5.1 可变节流孔
与国外先进技术的对比
方 功 案 能 菲亚特的UNIAIR 全可变 Lotus的EHFVVT 全可变 SDFVVT 全可变
试验转速
成 本
6000r/min
高
3500r/min
高
6000r/min
低
控制机构
复 杂
复 杂
相对简单
（3）实现可变气门重叠角，通过内部EGR， 改善排放性能。这种内部EGR的实现也可 以充分拓展HCCI运行范围。
（4）增加充气效率，提高动力性能。FVVT可
使发动机在各种转速下具有最合理的配气相位， 实现最佳充气效率，提高动力性能。
此外，FVVT可增加汽油机在中小负荷时的进气流动速度， 加快燃烧速度，提高怠速稳定性； FVVT可通过停滞气门，使发动机实现可变排量，提高发 动机的负荷率、降低燃油耗。
六 创新点
1、气门平稳落座的控制
（1）控制方法：
单向阀结构，可变节流面积，
小孔、缝隙节流等；
（2）控制效果：
液压气门落座速度主要受 气门最大升程影响；
2、机构控制方法
机械液压控制
特点： 适合高速度； 成本低；
五、可行性
1、电磁阀需要具有较高的运行频率和极快的响应 时间，该问题已不存在；
2、气门平稳落座的控制，已找出控制规律；
4.1、实验测量机构
图 气门升程实验测量简图
4、气门运动规律的测量
4.2、实验测量结果
气门升程H与液压活塞腔压力Pv
4.2 实验测量结果
2000r/min时气门运动规律
4000r/min时气门运动规律
5、气门落座速度的控制
5.1 可变节流孔
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龚 文 资
（ 无锡 商业 职业 技术 学 院 ，江 苏无锡 ，２ ４ ５ ） １１３
摘 要 ：分 析 了可 变 配气 相位 技 术 的研 究 现状 ，设 计 了一 种新 的发 动机 可变 配 气相 位与 气 门 升程 机 构 ，该 技 术 发 明通 过 应 用 数 字 控制 技术 控 制 配气 凸轮 ．从 而 可变 控 制 配气 相 位 与气 门 升程 。对这 种 可 变 配气 相 位 与气 门升 程 技术 进 行 了 优化 分 析 的
ａ ｉ ｔ ｎ ２ １ ， ５： ４ ７ ｎｚ ｉ ， ０ ２ （ ７ ～ ６机 配气相 位 和气 门升 程对 发动 机性 能有
示 ，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 ，从
结 果 表 明 ：这 种 新 发 明能 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 ，提 高 了发 动机 的 功率 等 各项 性 能 。 关 键 词 ：可 变 配气 相 位 ；气 门升 程 ；数字 控 制 技 术 ；发 动 机性 能
中圈 分 类 号 ：Ｔ ４ ３ Ｋ ０
参 进 进
图 １ 备 工 况 下 的 配 气 相 位 图
相 位 （ ｒ ｂｅＶ ｌｅＴｍ ｎ 。Ｖ 机 构 能使 气 门 正 Ｖａｉ ｌ ａ ｉ ｉｇ Ｖ ａ ｖ
时 、气 门开启 持续 时 间及气 门升程 等参 数 中 的一 个或
多个 随 发动 机 的工况 变化 实 时进行 调节 ．从 而 获得更
而达到 稳定 怠速 、提高 燃料 经济性 和起 动性 能 。
很 大影 响 因发动 机转 速 和负荷 的不 同 ．对 配气 相位
和气 门升程 的要 求 也不 同 。但 在传 统 的发 动机 配气机 构 中 ，气 门驱动 凸轮 的形状 、凸 轮轴 与 曲 轴 的相 对位
置 是 固定 的 ．在 发 动 机 运 转 时配 气 相 位 和气 门 升程 都 不 能 改 变 ．导 致 发 动 机 性 能 不 能 在 各 种 工 况 下 均 能 得 到 最 佳 优 化 为解 决 上 述 问题 ．汽 车发 动 机 可 变配 气相位 与可变气 门升程装 置应运 而生［ 可变配气 １ ］
２ ）中等 负荷 、高负 荷 中低 速 。如 图 １ ｆ）所 示 ， ｂ 提 前 进 气 门 的 打 开 时 刻 、推 迟 排 气 门 的关 闭 时 刻 ． 可 增 加 气 门重 叠 ． 以增 加 Ｅ Ｒ 率 以 及 降 低 泵 气 损 Ｇ 失 ，从 而 改 善 排 放 控 制 和燃 料 消耗 率 。 此 外 。提前
收 稿 日期 ：２ １ 年 １ ０１ ０月 １ 日 ０ 修 回 日期 ：２ １ ０ ２年 １月 １ ３日
１ １改变 凸轮轴 相 角 的可变 配气 相 位机 构 ［ ２ 】 。该类
文 献标 识 码 ：Ｂ
ｄ ｉ１． ６／ｉ ｎ１０ — ２５２ １． ． １ ｏ： ０３ ９ ．ｓ ． ６ ７ ０ ． ２０ ０ ９ ｊｓ ０ ０ ５２
龚 文 资 ． 种 新 型 发 动机 可 变 配 气 相 位 与气 门 升程 机 构 的 设 计 ［． 国农 机 化， ０ ２ （）７ ～ ６ 一 Ｊ 中 】 ２ １，５： ４ ７ Ｇ Ｎ ｎ ｚ Ｄ ｓ ｎｏ ｖｒ ｂｅｖｌｅ ｈ ｓ ａｄｖｌｅｌｔ ｅｈｎｓ ｒ ｅ ｎ ｉ ｄｌＪ Ｃ ｉｅｅＡ ｒ ｕ ｕａ Ｍ ｃ — Ｏ ＧＷｅ －ｉ ｅｉ ｆ ａｉ ｌ ａｖ ａｅ ｎ ａ ｆ ｍ ｃａ ｉ ｆ ｗｅ ｇ ｅｍｏｅ ［． ｈｎｓ ｇｉ ｌ ｒ ｅｈ ． ｇ ａ ａ ｐ ｖ ｉ ｍ ｏｎ ｎ ］ ｃ ｔｌ
进气 门关 闭 时刻 可 减 少 进气 被 逆 吹 回 进 气 管 ．改 善
充气 效率
３ ）高负 荷 、高速 。如 图 １ ｆ ｃ ）所示 ，提前 排气 门
的打开 时刻 ，可 以减 少泵 气损 失 ：延迟 进气 门的关 闭
时刻 。可 以利用 惯性增 压 提高 充气 效率 ．从 而 提高 发 动机 的输 出功率 ４ ）废 气再 循环 （ Ｇ ）功 能 。通 过提 前 打开 进 气 Ｅ Ｒ
２ １ ２ ３期 ０ ２年第 总 第 ４ ５期
中国农机 化
Ｃ ｉ ｅｅ Ａｇ ｉ ｌ ｒ ｌ ｃ ａ ｉ ｔ ｎ ｈｎ ｓ ｒ ｕ ｔ ａ ｃ ｕ Ｍｅ ｈ ｎ ｚ ｉ ａｏ
Ｎｏ５ ０１ ．，２ ２ Ｔｏ ａ ． ３ ｔ ｌＮｏ２４
一
种新型发动机可变配气相位 与气 门升程机构 的设计
好 的燃 油经济 性 、更优 异 的扭 矩和 功率 特性 ，提高 怠
速稳 定性 和降低排放 。
１ 可 变 配 气 相 位 技 术 的研 究现 状
可 变 配 气 相 位 机 构 按 结 构 特 点 和 驱 动 方 式 的不 同 ．可 分 为 凸轮 驱 动机 构 和无 凸轮 驱 动机 构 两大 类 。 凸轮驱 动可 变配气 相位 机 构研 究 时 间相 对较 长 ．机 构 相 对 简 单 可 靠 ，在 汽 车 上 已获 广 泛 应 用 。 随着 微 电 脑 技 术 的发 展 ．无 凸轮 驱 动 可 变 配气 相 位 机 构 成 为 近 年 来 研 究 的新 领 域 ，由 于其 涉及 液 压 、电磁 、电
子 等 多 个 领 域 ，结 构 较 为 复 杂 ， 目前 正 处 于研 究 及
试 用 阶段
门 ，让 部分废 气 流至 进气 管 ，起 到废气 再循 环 ｆＧ １ Ｅ Ｒ
的作用 ，从 而降低 Ｎ ｘ的排 放 。 Ｏ
１２ 凸轮驱 动可 变配气 相位 机构 ．
１１ 可 变配 气相位 技 术在各 工 况下 的实现 功能 ． １ ）低 温 、起 动 、低 负荷 、低 速 。 如 图 ｌ ｆ１所 ａ
（ 无锡 商业 职业 技术 学 院 ，江 苏无锡 ，２ ４ ５ ） １１３
摘 要 ：分 析 了可 变 配气 相位 技 术 的研 究 现状 ，设 计 了一 种新 的发 动机 可变 配 气相 位与 气 门 升程 机 构 ，该 技 术 发 明通 过 应 用 数 字 控制 技术 控 制 配气 凸轮 ．从 而 可变 控 制 配气 相 位 与气 门 升程 。对这 种 可 变 配气 相 位 与气 门升 程 技术 进 行 了 优化 分 析 的
ａ ｉ ｔ ｎ ２ １ ， ５： ４ ７ ｎｚ ｉ ， ０ ２ （ ７ ～ ６机 配气相 位 和气 门升 程对 发动 机性 能有
示 ，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 ，从
结 果 表 明 ：这 种 新 发 明能 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 ，提 高 了发 动机 的 功率 等 各项 性 能 。 关 键 词 ：可 变 配气 相 位 ；气 门升 程 ；数字 控 制 技 术 ；发 动 机性 能
中圈 分 类 号 ：Ｔ ４ ３ Ｋ ０
参 进 进
图 １ 备 工 况 下 的 配 气 相 位 图
相 位 （ ｒ ｂｅＶ ｌｅＴｍ ｎ 。Ｖ 机 构 能使 气 门 正 Ｖａｉ ｌ ａ ｉ ｉｇ Ｖ ａ ｖ
时 、气 门开启 持续 时 间及气 门升程 等参 数 中 的一 个或
多个 随 发动 机 的工况 变化 实 时进行 调节 ．从 而 获得更
而达到 稳定 怠速 、提高 燃料 经济性 和起 动性 能 。
很 大影 响 因发动 机转 速 和负荷 的不 同 ．对 配气 相位
和气 门升程 的要 求 也不 同 。但 在传 统 的发 动机 配气机 构 中 ，气 门驱动 凸轮 的形状 、凸 轮轴 与 曲 轴 的相 对位
置 是 固定 的 ．在 发 动 机 运 转 时配 气 相 位 和气 门 升程 都 不 能 改 变 ．导 致 发 动 机 性 能 不 能 在 各 种 工 况 下 均 能 得 到 最 佳 优 化 为解 决 上 述 问题 ．汽 车发 动 机 可 变配 气相位 与可变气 门升程装 置应运 而生［ 可变配气 １ ］
２ ）中等 负荷 、高负 荷 中低 速 。如 图 １ ｆ）所 示 ， ｂ 提 前 进 气 门 的 打 开 时 刻 、推 迟 排 气 门 的关 闭 时 刻 ． 可 增 加 气 门重 叠 ． 以增 加 Ｅ Ｒ 率 以 及 降 低 泵 气 损 Ｇ 失 ，从 而 改 善 排 放 控 制 和燃 料 消耗 率 。 此 外 。提前
收 稿 日期 ：２ １ 年 １ ０１ ０月 １ 日 ０ 修 回 日期 ：２ １ ０ ２年 １月 １ ３日
１ １改变 凸轮轴 相 角 的可变 配气 相 位机 构 ［ ２ 】 。该类
文 献标 识 码 ：Ｂ
ｄ ｉ１． ６／ｉ ｎ１０ — ２５２ １． ． １ ｏ： ０３ ９ ．ｓ ． ６ ７ ０ ． ２０ ０ ９ ｊｓ ０ ０ ５２
龚 文 资 ． 种 新 型 发 动机 可 变 配 气 相 位 与气 门 升程 机 构 的 设 计 ［． 国农 机 化， ０ ２ （）７ ～ ６ 一 Ｊ 中 】 ２ １，５： ４ ７ Ｇ Ｎ ｎ ｚ Ｄ ｓ ｎｏ ｖｒ ｂｅｖｌｅ ｈ ｓ ａｄｖｌｅｌｔ ｅｈｎｓ ｒ ｅ ｎ ｉ ｄｌＪ Ｃ ｉｅｅＡ ｒ ｕ ｕａ Ｍ ｃ — Ｏ ＧＷｅ －ｉ ｅｉ ｆ ａｉ ｌ ａｖ ａｅ ｎ ａ ｆ ｍ ｃａ ｉ ｆ ｗｅ ｇ ｅｍｏｅ ［． ｈｎｓ ｇｉ ｌ ｒ ｅｈ ． ｇ ａ ａ ｐ ｖ ｉ ｍ ｏｎ ｎ ］ ｃ ｔｌ
进气 门关 闭 时刻 可 减 少 进气 被 逆 吹 回 进 气 管 ．改 善
充气 效率
３ ）高负 荷 、高速 。如 图 １ ｆ ｃ ）所示 ，提前 排气 门
的打开 时刻 ，可 以减 少泵 气损 失 ：延迟 进气 门的关 闭
时刻 。可 以利用 惯性增 压 提高 充气 效率 ．从 而 提高 发 动机 的输 出功率 ４ ）废 气再 循环 （ Ｇ ）功 能 。通 过提 前 打开 进 气 Ｅ Ｒ
２ １ ２ ３期 ０ ２年第 总 第 ４ ５期
中国农机 化
Ｃ ｉ ｅｅ Ａｇ ｉ ｌ ｒ ｌ ｃ ａ ｉ ｔ ｎ ｈｎ ｓ ｒ ｕ ｔ ａ ｃ ｕ Ｍｅ ｈ ｎ ｚ ｉ ａｏ
Ｎｏ５ ０１ ．，２ ２ Ｔｏ ａ ． ３ ｔ ｌＮｏ２４
一
种新型发动机可变配气相位 与气 门升程机构 的设计
好 的燃 油经济 性 、更优 异 的扭 矩和 功率 特性 ，提高 怠
速稳 定性 和降低排放 。
１ 可 变 配 气 相 位 技 术 的研 究现 状
可 变 配 气 相 位 机 构 按 结 构 特 点 和 驱 动 方 式 的不 同 ．可 分 为 凸轮 驱 动机 构 和无 凸轮 驱 动机 构 两大 类 。 凸轮驱 动可 变配气 相位 机 构研 究 时 间相 对较 长 ．机 构 相 对 简 单 可 靠 ，在 汽 车 上 已获 广 泛 应 用 。 随着 微 电 脑 技 术 的发 展 ．无 凸轮 驱 动 可 变 配气 相 位 机 构 成 为 近 年 来 研 究 的新 领 域 ，由 于其 涉及 液 压 、电磁 、电
子 等 多 个 领 域 ，结 构 较 为 复 杂 ， 目前 正 处 于研 究 及
试 用 阶段
门 ，让 部分废 气 流至 进气 管 ，起 到废气 再循 环 ｆＧ １ Ｅ Ｒ
的作用 ，从 而降低 Ｎ ｘ的排 放 。 Ｏ
１２ 凸轮驱 动可 变配气 相位 机构 ．
１１ 可 变配 气相位 技 术在各 工 况下 的实现 功能 ． １ ）低 温 、起 动 、低 负荷 、低 速 。 如 图 ｌ ｆ１所 ａ