浅谈可变正时气门技术

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摘要 (2)
关键词 (2)
引言 (2)
一、可变正时气门技术基本简介 (5)
二、早期的可变气门技术 (5)
㈠、本田VTEC系统 (5)
㈡、宝马VANOS系统 (6)
㈢、丰田VVT-i系统 (7)
三、21世纪的新可变气门技术 (8)
(一)、VVT-i的发展：VVTL-i (8)
（二）、从VTEC至i-VTEC (8)
（三）、更为先进的Valvetronic (9)
结论 (12)
参考文献 (13)
浅谈可变正时气门技术
摘要：
近几十年来，基于解决发动机动力性、经济性与排放性能之间的矛盾，汽车发动机技术不断创新发展，而其中发动机的可变气门正时技术便是改善这一问题的方案之中最为中肯，也是发展最为完善的技术。

本文主要展开浅谈发动机可变气门正时技术在各大公司所推出的、且具有代表性的系统，介绍可变正时气门技术的发展，同时着重探讨较为先进的宝马公司Valvetronic系统，其不仅能使发动机在进新鲜空气时更顺畅，而且还可以对其气门升程进行连续性微调。

随着可变气门正时技术的越来越成熟并且广泛的被各种发动机所采用，VVT可变正时气门技术以其独特的魅力（动力性和经济性，降低排放），将会越来越受到青睐。

关键词：发动机；可变气门技术；气门正时技术；气门正时；气门升程
引言
福州玖玖丰田汽车销售服务有限公司是一汽丰田于2003年9月正式授权的4S经销店，注册资金1500万元人民币，总占地面积为10372㎡；建筑面积5530㎡。

其中新车展示厅1100㎡，维修车间2340㎡。

玖玖丰田公司一直积极致力于丰田车系的市场开拓和推广，不仅拥有经过丰田专业培训的资深管理和技术人员，并且秉承丰田汽车客户满意度第一——CSNO.1的客户服务理念，推行丰田汽车4S中心管理模式，以丰田专业化的维修技术为标准，使用丰田专业配套的维修设备和完整的专业技术培训计划（TEAM 21），引进丰田联网的零配件体系和产品，以一流的设备、一流的服务管理、一流的维修技师队伍、一流的纯正零件供应向福州地区乃至全省汽车客户提供高效快捷的售后品牌服务。

玖玖丰田在2006年5月被正式认定为福州唯一一家一汽丰田二手车置换认定店，并被评为全国柯斯达20家重点店和陆地巡洋舰30家重点店。

玖玖丰田以优秀的人力、充实的物力、雄厚的财力等资源优势，有信心为广大丰田车主提供最高效、最快捷、最满意的服务。

玖玖公司所经营车型有一汽丰田国产全车系，包括皇冠、锐志、花冠、威驰、普锐斯、普拉多、陆地巡洋舰、柯斯达。

而且还经营进口丰田汽车，如霸道2700、RAV4、海狮、大霸王。

2009年2月至6月两个月期间，我在福州嘉利德斯有限公司车间机修岗位实习。

这是第一次正式与社会接轨踏上工作岗位，开始与以往完全不一样的生活，每天在规定的时间上下
班，上班期间要认真准时地完成自己的工作任务，不能草率敷衍了事。

我们的肩上开始扛着民事责任，凡是得谨慎小心，否则随时可能要为一个小小的错误承担严重的后果而付出巨大的代价，再也不是一句对不起和一纸道歉书所能解决的。

“天下英雄出我辈，一入江湖岁月催”从学校到社会的大环境的转变，身边接触的人也完全换了角色，老师变老板，同学变同事，相处之道完全不同。

在这巨大的转变中，我们可能彷徨，迷茫，无法马上适应新的环境。

我们也许看不惯企业之间残酷的竞争，无法忍受同事之间的漠不关心的眼神和言语。

很多时候觉得自己没有受到领导的注意、重用，所干的都是一些无关紧要的杂活，自己的提议或工作不能得到老板的肯定。

做不出成绩时，会有来自各方面的压力，老板的眼色、同事的嘲讽。

而在学校、有同学老师的关心和支持，每日只是“上课”，很轻松。

常言道：工作一两年胜过读十年书。

三个月的实习时间虽然不长，但是我从中学到了很多东西、技术上的、做事、态度、乃至做人。

自学能力
“在大学里学到的不是只是，而是一种叫做自学的能力”。

参加工作后才能深刻体会这句话的精髓。

除了本业知识技能和客户沟通外，课本上学的理论知识真正用到的很少。

我是在汽车机修岗位实习，平时工作是做做汽车日常保养和5S工作，开始的时候几乎没用上自己所学的专业知识。

而汽车所应用的技术日新月异，作为车间的技术员师傅们，面对各种各样的车型，各种各样的情况，他们经常要在最短的规定时间内检测诊断出汽车的故障并且排除掉，他们只能在自己的基础上努力的自学来尽快的掌握新的能力。

在这个科技爆炸的时代，知识技术更新太快，像以前那样靠原有的知识能力肯定是不行的。

我们必须在工作中勤于思考，主动动手去琢磨，不断的学习，不断的积累。

遇到不懂的地方，自己要先思考解决的方法，查找维修手册，上网搜寻资料，然后再去虚心请教他人，而没有自学能力，停滞不前的人迟早要被企业和社会所淘汰。

工作辛苦
由于现在还住在学校，所以每天7点不到就得起床去挤公交车，就算再冷再差的天气，只要不是你轮休的时间，都得去上班，有时候公司的工作繁忙，晚上或休息日都得加班，留给个人支配的时间更少，我们必须克制自己，不能随心所欲地做一些事情，跟在学校的睡懒觉、迟到、逃课，完全不同。

有时候每日重复单调繁琐的工作，时间久了容易厌倦。

像每天要做的5S，收集废机油，日常保养，显得枯燥乏味。

但是工作简单也不能马虎，个人的一个小小的错误可能会给企业带来巨大的麻烦或损失，还得认真的完成。

而像同公司的SA接待还
得每天面对客户，打预约电话，回访电话，口干舌燥不说，还得忍受一些客户的不友好语气甚至是无情的投诉。

如果因为某些客户的意愿来回奔走。

而事实上所有的事情并不是一次就能成功完成的，必须具备、锻炼坚忍不拔的个性，还有遇挫折时不放弃的精神。

一直以来，我们都是依靠父母的收入，工作以后，我们才体会到父母赚钱的来之不易。

而且要开始有意识地开始培养自己的理财能力，我们才刚毕业，工资水平普遍不高，除租房餐费和日常的开支，有时候要寄点钱孝敬父母。

要合理的支配手中的钱。

为人处世
踏上社会，我们与形形色色的人打交道。

由于存在着利益关系，又工作繁忙，很多时候同事不会像同学一样对你嘘寒问暖。

而有些同事表面上笑脸相迎，背地里却勾心斗角不择手段，因此刚出校门的我们很多时候无法适应。

但是环境往往会影响一个人的工作状态。

一个冷漠无情的车间、公司，情绪低落会导致工作效率不高。

而偶尔的为同事带来一个祝福，一声问候，不仅有助于营造良好的工作环境，而且能给自己带来快乐，何乐而不为。

在离毕业的仅剩几个月的时间里，我更加珍惜这三年来和同学之间的点滴。

总结
我是学机械理科的学生，在书本上学到了很多汽车基本的知识理论，似乎通俗易懂，但从未付诸到实践中来，真正到车间去工作的时候，才体会到其中差别的有多大。

我们在老师那、书本上学到了很多的知识，似轻而易举，要亲临其境或亲自上阵才能意识到自己的知识能力的匮乏和欠缺。

实习的这个三个月，我拓宽了视野，增长了见识，体验到社会竞争的残酷，而更多的是希望自己在工作中积累各方面的经验，为将来实现自己的目标作准备。

而在我以下的论文中，将以自己三个月来在企业，从实践中，从手册上，从同事、同学的交流中的所见所闻，整理，归类出自己的见解。

在汽车发动机技术的发展历程中，可变化技术日益得到重视，其可以随着使用工况及要求的变化，或者为了解决矛盾及避免发动机的不正常工作现象的出现，使相关系统的结构或参数作出相应的变化，从而使发动机在各种工况下，各种性能都能得到较好地提高，而且避免不正常燃烧及超负荷现象的产生。

可变化技术包含的内容很多，如可变进气系统、可变气门技术、可变增压系统及可变喷油系统。

在此，本文着重介绍了可变气门技术在现代汽车上的应用。

一、可变正时气门技术基本简介
发动机可变气门正时技术(VVT，Variable Valve Timing)原理是根据发动机的运行情况，调整进气（排气）的量、气门开闭时间和角度。

使进入气缸的空气量达到最佳状况，提高可燃混合气的燃烧效率。

其优点是节省燃油，功升比大、减少废气排放，但是其在中段转速时扭矩不足。

该系统是发动机ECU通过的传感器的信号、控制执行器对发动机凸轮的相位进行调节，从而让气门开启、关闭的时间随发动机转速的变化而变化，以提高充气效率，增加发动机功率的。

BMW的发动机中很早就已采用该技术，目前如本田的VTEC、i-VTEC、；丰田的VVT-i；日产的CVVT；三菱的MIVEC；铃木的VVT；现代的VVT；起亚的CVVT等也逐渐开始使用。

总的来说技术都大同小异，只是名字不同。

韩系车的VVT是根据日系车中的丰田VVT-I 和本田VTEC技术模仿而来，但是相比丰田的VVT-I可变正时气门技术，韩系车VVT仅仅是可变气门技术，缺少正时技术，所以韩系车VVT发动机确实要比一般的发动机要省油，但是在技术上还是不及丰田和本田。

这里主要浅谈宝马（VANOS）、丰田（VVT-i）、本田（VTEC），然后通过丰田VVT来进一步认识了解可变正时气门技术。

二、早期的可变气门技术
近年来，发动机的可变气门正时技术因为其独特的优点[VVT(丰田)，Variable Valve Timing]被广泛应用于现代轿车上，发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高。

尤其是现在汽车节能减排思想的不断发展，其也能借着这项技术使发动机的污染度进一步降低。

宝马与丰田公司的骄傲之作V ANOS与VVT-i最早解决了这个问题，而最早在可变气门发动机技术上获得杰出表现的当属于日本本田公司于80年代中期推出VTEC发动机。

㈠、本田VTEC系统
“VTEC”为“Variable Valve Timing and LiftElec—tronic Control System”的缩写，中文意思为“可变气门正时及升程电子控制系统”。

VTEC作为本田公司在1989年推出的
专有技术，它能随发动机转速、负荷及水温等运行参数的变化而适当地调整配气正时和气门升程，使发动机在高、低速下均能达到最高效率。

在VTEC系统中，其进气凸轮轴上分别有三个凸轮面，分别顶动摇臂轴上的三个摇臂，当发动机处于低转速或者低负荷时，三个摇臂之间无任何连接，左边和右边的摇臂分别顶动两个进气门，使两者具有不同的正时及升程，以形成挤气作用效果。

此时中间的高速摇臂不顶动气门，只是在摇臂轴上做无效的运动。

当转速在不断提高时，发动机的各传感器将监测到的负荷、转速、车速以及水温等参数送到电脑中，电脑对这些信息进行分析处理。

当达到需要变换为高速模式时，电脑就发出一个信号打开VTEC电磁阀，使压力机油进入摇臂轴内顶动活塞，使三只摇臂连接成一体，使两只气门都按高速模式工作。

当发动机转速降低达到气门正时需要再次变换时，电脑再次发出信号，打开VTEC电磁阀压力开头，使压力机油泄出，气门再次回到低速工作模式。

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。

整个VTEC系统由发动机电子控制单元(ECU)控制，ECU接收发动机传感器(包括转速、进气压力、车速及水温等)的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。

㈡、宝马VANOS系统
宝马的VANOS系统，“可变凸轮轴控制系统” (Variable Camshaft Contro1)，是基于一个能够调整进气凸轮轴与曲轴相对位置的调整机构，该技术首次应用于1992年BMW 5系列搭载的M50发动机。

VANOS技术目前的新版本是双VANOS，即增加了对排气凸轮轴的调整机构。

宝马的VANOS系统，如下图所示。

VANOS系统根据发动机转速和加速踏板位置来操作进气凸轮轴。

在发动机转速达到最低时，将随后开启以改善怠速质量及平稳度。

发动机处于中等转速时，进气门提前开启以增大扭矩并允许废气在燃烧室中进行再循环从而减少耗油量和废气的排放。

最后，当发动机转速很高时，进气门开启将再次延迟，从而发挥出最大功率。

㈢、丰田VVT-i系统
VVT-i是丰田独有的领先发动机技术，过去仅装备于丰田的进口原装高档车上。

VVT-i 是“Variable Valve Timingintelligent”的缩写，意思是“智能可变配气正时”。

其可以连续调节气门正时，但不能调节气门升程。

它的工作原理是：当发动机由低速向高速转换时，ECU就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮油腔里，这样，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，使凸轮轴在60。

的范围内向前或向后旋转，从而改变进气
门开启的时达到连续调节气门正时的目的。

丰田VVT-i系统，如图2所示。

三、21世纪的新可变气门技术
(一)、VVT-i的发展：VVTL-i
丰田的VVTL．i技术(VariableValveTiming&LiftIntelligent)，是在原来的vvT-i发动机上的凸轮轴，多了可以切换大小不同角度的凸轮。

同时也利用摇臂机置来决定是否顶到大角度或小角度的凸轮，而作到可连续式地改变发动机的正时、重叠时问(重叠相位角) 进气门与两阶段式的升程。

VVTL—i还运用跟VTEC一样的方法来根本解决发动机在高转速时所需要更多的气门重叠时问与气门的开关升程深度，而不同的地方在于，摇臂内VVTL-i是借用油压使一个个销的移动来决定顶到那种尺寸的凸轮。

就是这样的方式，VVTL—i结合了VVT-i 的连续式可变正时与重叠角，与VTEC式的凸轮轴切换，可以说是近似完美式的发动机。

（二）、从VTEC至i-VTEC
在VTEC发明l2年后的2001年，也就是在丰田公司的VVTL-i发表之后，VTEC技术已经受到严厉的挑战，不久，本田公司再次向世界车坛推出了新一代的VTEC技术，名为i-VTEC 系统(如图3所示)。

所谓i-VTEC系统，即在现有VTEC系统的基础上，增加一个被称为“可变正时控制”VTC(Variable Timing Contro1)的系统，即i-VTEC=VTEC+VTC (如图4所示)。

此时，排气阀门的正时与开启的重叠时间是可变的，由VTC控制，VTC机构的导入使发动
机在大范围转速内都能有合适的配气相位，使得i-VTEC也跟VVTL-i一样达到近似完美的可变气门发动机。

典型的VTC系统由VTC作动器、VTC油压控制阀、各种传感器以及ECU组成。

VTC 作动器和VTC油压控制阀可根据ECU的信号产生动作，使进气凸轮轴的相位连续变化。

VTC 令气门重叠时间更加精准，保证进、排气门最佳重叠时间，可将发动机的功率提高20%。

VTC机构的导入，使得气门的配气相位能够“智能化”地适应发动机负荷的改变。

VTC 在发动机运转过程中配合VTEC系统的作用主要运用在3个方面。

1、最佳怠速/稀薄燃烧区域。

在此区域内，VTC系统停止作用，此时气门重叠角最小，由于VTEC的作用，产生强大的涡流，从而使发动机怠速工作稳定。

2、最佳油耗和排气控制区域。

在此区域内，VTEC发挥作用，产生强大的涡流，从而使可燃混合气混合更加均匀，同时VTC的作用使气门重叠角加大，将部分废气重新吸入气缸，起到了EGR的作用，以此达到最佳油耗和排气控制。

3、最佳扭矩控制区域。

在此区域内，通过VTC的控制，以最适当的气门重叠角，同时配合VTEC系统的作用，使得发动机的输出扭矩最大限度地提高。

另外，i-VTEC发动机采用进气歧管在前，排气歧管在后的布置。

排气歧管缩短了长度，也就是缩短了与三元催化器之间的距离，使三元催化器更快进入适当的工作温度，能有效控制废气排放。

由于发动机启动后i-VTEC系统就进入状态，不论低转速或者高转速VTC都在工作，也就消除了原来VTEC 系统存在的缺陷。

综上所述，由于i-VTEC系统中VTC机构的导入，使得发动机的配气相位能够柔性地与发动机的负荷相匹配，在发动机的任何工况下，都能找到最佳的配气相位，以最佳的气门重叠角，实现中低速时低油耗和低排放，高速时高功率和大扭矩，这就像按照人脑的要求那样进行控制，因此被形象地称之为“智能化”VTEC。

（三）、更为先进的Valvetronic
Valvetronic是宝马公司的得意之作(如图所示)，它比VVTL-i或i-VTEC有更为先进一步的地方。

首先，Valvetronic少了节气阀的设计，（节气门是始终保持在一个合适的位置，此外发动机会进行初始状态自检，如果Valvetronic系统有故障则会自动切换回节气门模式）使得发动机在进新鲜空气时更顺畅。

首先，宝马的Valvetronic技术发动机是世界上第一台没有节气门设计的发动机，它减掉节气门设计的主要优点就是省油，通过各项试验测验结果显示出来其Valvetronic的发动机要比其他发动机节省7%以上的燃油消耗。

众所周知，踩下油门踏板的时候发动机会加油，提升转速。

但我们知道实际上是通过节气门改变进气量，然后汽车ECU通过传感器检测进气量然后控制喷油量多少。

但事实上，据很多资料显示，当我们轻踩油门的时候，节气门只是稍稍的开启一个角度，然而同时活塞正往下运动，企图从接近关闭的进气管吸入空气，这时节气门和活塞之间会形成真空，外界的大气压力对于活塞的动作形成很大的抵抗力，大大消耗能量，发动机转速越低，节气门就关得越紧，造成的能量损失就越大。

可以看出来，Valvetronic发动机减去节气门可以在很大程度上避免这个问题，特别是在低转速的时候。

省掉节气门后，发动机直接由电子控制进气阀门的开启深度来控制进气量。

Valvetronic发动机在踩油门时的信号是以电子的方式传给发动机进排气阀门顶上的步进电机。

步进电机接到信号后会作适度转动，经由传动轴、活塞顶摇臂、挺杆改变进气阀门开启的深度，油门踩得越浅，进气阀门就开得越浅，油门踩得越深，进气阀门就开得越深。

Valvetronic发动机省掉节气门，以电子的方式直接控制进气阀门调整进气，这样的设计除了省油之外的另一重要优点，就是油门反映时间加快。

传统发动机以油门控制节气门的方式，踩油门、节气门打开，还要等待空气流入填满进气支管之后，才会大量进入汽缸。

而Valvetronic发动机踩油门直接控制进气阀门开启深度，大量空气立即进入汽缸。

但是因为Valvetronic发动机多加了许多进气阀门控制机构，也多了机械接触和摩擦，在发动机转速超过6000转时，发动机的效率和平顺度会降低，而且增加了维修的强度。

其次，Valvetronic除了可连续性变化气门正时外，还可以对气门升程进行连续性微调，这比VVTL-i与i-VTEC在升程上的控制是阶段式地更进一步了。

BMW为此增加了一种额外的偏心轴，凸轮轴则又通过一个额外的摇臂系统驱动传统的气门摇臂，并且该附加摇臂与气门摇臂的接触角度取决于附加偏心轴的相位。

附加偏心轴的相位可以由一个ECU控制下的调节装置来调整，从而使附加摇臂的角度发生变化，这样，对于相同的凸轮运动，传递到气门摇臂上的反应就可以不同，气门的升程也就会相应发生变化。

Valvetronic系统结构简图，如图所示。

结论
从上图可以清楚地看出目前可变气门技术的实现途径，当然，由于这一技术已经发展了有相当长的一段时间，文章所列举的只是其中的具有代表性的系统结构。

总的来说，对于有凸轮轴式的可变气门系统来说，其通常是通过改变凸轮轴传动、调节摇臂、顶柱或正时皮带来达到气门正时或升程的目的，相对来说实现简单，技术较成熟，但存在调节范围有限，气门运动规律受到凸轮型线型的限制，正时的改变不连续的缺陷；而由无凸轮轴轴式的可变气门系统，其由于取消了凸轮，气门开启和关闭自由且动作迅速，同时其可以连续改变气门正时，但其叶存在缺点，最突出的就是难以精确控制，实现成本较高。

相信通过发动机可变气门正时技术的逐渐成熟将来会有越来越多的高性能发动机采用这一技术，进而最终提高动力性和经济性，降低排放。

参考文献
[1]冯健章汽车发动机原理与汽车理论【M】北京机械工业出版社2004
[2]李朝晖,杨新桦汽车新技术【M】重庆：重庆大学出版社
[3]于洪水发动机与汽车原理【J】北京：北京大学出版社
[4]李红艳,赵雨东发动机无凸轮轴气门驱动的研究与进展
[5]邵显龙可变配气机构的种类构造和未来动向。