车用汽油机可变气门定时技术作用机理及应用策略

到缸 内 ， 降低 充 量 的 氧 浓度 ， 制 ＮＯ 抑 生 成 。此 部
３ 可 变 气 门定 时技 术 对 发 动 机 性 能 的 影 响
门叠 开 角 （ ）和 气 门 叠 开 角 中 心 线 相 位 角 。
技术 的主 要 目的是 增 加 进 气 量 提 高发 动 机 最 大 扭 矩 ， 发动 机 经济 性 和 排 放 性 能影 响 不 大 。因 为 气 对 门定 时 只能在 有 限几 个 点 上 变 化 ， 适 应 发 动 机 发 不
第 ６ （ 第 １７期 ） 期 总 ９ ２１ ０ １年 １ ２月
车
用
发
动
机
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综合 评述 ・
车 用 汽 油 机 可 变 气 门 定 时技 术 作 用 机 理 及 应用 策 略
相位 进行 调节 ， 使进 、 气 门的 开启 和关 闭时刻 适应 排
发动 机工 况要 求 ， 化 充量 的质 量和成 分 ， 优 降低 换气 损失 和 阻 力 ， 而 提 高 燃 烧 效 率 ， 加 扭 矩 ， 从 增 降低
排放 。
可变 气 门定 时技术 在 自然 吸气发 动 机上广 泛 应
够 增 加 残 余 废 气 量 ， 而 减 少 泵 气 损 失 功 ， 低 进 降
ＮＯ 排 放 ， 会 带 来 一 定 程 度 的 ＨＣ 后 期 氧 化 作 也 用， 减少 ＨＣ排 放量 。但在 中等 负荷 ， 造成 进气 温 会 度上 升 ， 震倾 向增加 。 爆 ｂ ）推 迟进气 门开启角 推迟 进气 门开启 角 ， 压 缩 行程 中活塞 的上行 会将 部分新 鲜充 量 和残 余废 气
用， 但对增 压 发动 机而 言 ， 对 功率 提升 的效果 不 明 其 显， 因此应 用较 少 。随 着 对汽 油 机 直 喷 技 术 以及增
压发 动机 低速 段 响应 性 的重 视 ， 变 气 门定 时 技 术 可 正成 为直 喷增 压汽 油机 必不 可少 的配 置需 求口 ］ 。 本研 究针 对各 种连 续 可变气 门定 时技 术对 汽 油 机性 能参 数 的影 响开展 了相 关研 究 。
进 、 气 凸 轮相 排
ａ 进 、排气定时单独和联动町变技术
注 ： 表示 对 应 的配 气 定 时 参数 发 生变 化 √
４种可 变 气 门定 时技 术 中 ， 涉 及 的调 节 参 数 Ｄ 最 多 ， 发动机 性 能 的影 响也 会 更 大 。在 硬件 的配 对
气 门叠开角 ４ 。 ｏ
表 １ 别示 出上述 ４种 可变气 门定 时技术 涉及 分 的配气定 时参 数及 其硬 件配 置需求 。对 于可变 气 门 定 时技术 ， 门定 时 的 变化 不 改 变 气 门开 启 持 续期 气 （ 里“ 这 持续 期” 的量 度 为气 门开 启 期 间 曲轴 转 角 的 变 化量 ， 本研 究均 采 用 曲轴 转 角 作 为 配气 定 时 参数
肖广 飞 ，张 弘 ，尹 琪 ，吴 卫 兵
（ ．上 海 汽 车 集 团股 份 有 限 公 司技 术 中心 ， 海 １ 上 ２１０ ； ０ ８ ４ ２ ．上 海 大 众汽 车有 限公 司 ，上 海 ２ １０ ） ０ ８ ５ 摘 要 ： 分 析 调 节配 气 定 时参 数 降低 燃 油 消 耗 及 减 少排 放 机 理 的 基 础 上 ， 比 了进 气 门 定 时单 独 连 续 可 变 ， 在 对 排 气 门 定 时 单 独 连 续 可 变 ， 排 气 门 定 时联 动 ： 可 变 及 进 排 气 门定 时独 立连 续 可 变 ４种 可 变 气 门 定 时技 术 对 汽 油 进 连续 机 性 能 的 影 响 ， 给 出 了其 在 汽 油机 上 的 应 用 策 略 。 最 后 ， 用 这 种 策 略 对 配 有 进 排 气 门定 时 独 立 连 续 可 变技 术 并 使
根 据 调节 对 象 的不 同 ， 续可 变 气 门定 时 技术 连 可 分为进 气 门定 时单 独 连 续 可 变 ， 排气 门定 时 单独 连续 可变 ， 排气 门 定 时联 动 连 续 可变 和 进 排气 门 进 定 时独立 连续 可变 ４种 （ 为表 达 方便 ， 符 号 Ａ， 用 Ｂ， ｃ和 Ｄ相 应地 代表 上述 ４种 技 术 ， Ｆ代 表 固定 气 用 门定 时 ） 。还 有一 种 可 实现 气 门定 时连 续 可 变 的方 法， 称为 连 续 可 变 气 门升 程 （ ＶＶＬ 技 术 。如果 仅 Ｃ ） 对 气 门升程进 行调 节 ， 随着 气 门升程 的变化 ， 门 则 气 定 时和气 门开启 持续 期 同时 发生 变 化 ， 因此 本研 究
个 区域 的配气 定 时 参 数 ， 根 据 具 体需 要 而定 。 当 应
同推 出返 回到进 气 道 ， 致 泵气 损 失 功 减少 。被 导
推人 到进 气道 中 的残 余废气 会在 下一个 循 环重新 回
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肖广 飞 ，等 ：车 用 汽油 机 可 变气 门 定 时 技 术 作 用 机 理 及 应 用 策 略
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ｂ 进 、排 气 定 时 独 立 口变 技 术 ｊ
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图 １ 不 同 可 变 气 门 定 时技 术 的 配气 定 时 参 数 变 化
一
线所 示 面区域 涉及 的配气 定时参 数均 能为 发动机 使
用 。显 而易见 ， Ｄ类 技 术具 有更 强 气 门定 时 调 节 能 力来 满 足发 动 机运 行 要 求 。图 １ ｂ包 括 两 个 虚线 包
围区域 。左 边 区域 内配气定 时的气 门叠开角 比较大 ，
叠开角 中心相位提前 ， 而右边 区域 内配 气定时 的气 门 叠开角较小 且叠 开角 中心相位 较前 者滞 后 。选用 哪
收 稿 日期 ：２ １ －４１ ；修 回 日期 ：２ １ —０１ ０ １０—１ ０ １１ —７
（。 ） ０ 。除非 注明 ， 否则文 中的进 、 排气 门开启 和关
闭 时刻 指 的均是 气门 １ｍｉ ｎ升程所对 应的 曲轴转角 。
作 者简 介 ：肖广 飞 （ ９ ６ ） 男 ， 程 师 ， 士 ， １７一 ， 工 博 研究 方 向 为 发 动 机 燃 烧技 术 ；ｘａ ｇ ａ ｇｅ＠ ｓｉ ｔｒｃｉ。 ｉｏ ｕｎ ｆｉ ａａ ｏ．ｏｎ ｍｏ
弓 口
。
曲轴转 角 叠开角中心相位 １ 。曲轴转角 ５
进排气独立连续可变 ３ （
皂１ ０
４０
曲轴转角 曲轴转角调节范 围大的
气门叠开角 调节范围大的气 门叠开 角中心相位延迟
可变气 门定 时技术 时 ， 气 定 时参 数 变 化 的相 互 关 配
系 。使 用 固定 气 门定 时 的发 动机 ， 进 排 气 门重 叠 其 角一般 在 Ｏ ～２ 。 。 ｏ曲轴转 角之 间 ， 开角 中心 相位 在 叠 换 气上 止点 （ Ｃ ） ＴＤ ＮＦ 附近 ， 具体 值 的设 定 主要 是为 了达到 合理 的怠 速 稳 定 性 与冷 起 动 点 火 角 推 迟 性 能 。为便 于对 比， 假设 固定 气 门定 时 和 可 变气 门定 时初 始 配 气 相 位 的气 门 叠 开 角 为 １ 。 轴 转 角 ， Ｏ曲 气 门重叠 角 中心 相位 为 ０ 曲轴 转 角 ， 。 即排 气 门关 闭时 刻 为换 气 上止 点后 （ ＤＣ ） 。 ＡＴ ＮＦ ５ 曲轴转 角 ， 气 门 进 开启 时刻为换气上止 点后 （ Ｔ ） Ｎ 一５曲轴转角 。 Ａ Ｉ Ｆ） 。 Ｃ 采 用 Ａ， Ｂ和 Ｃ类气 门定 时技术 ， 配气 定 时参 数 的变化 在进排气 定 时 二 维 图上 呈 直线 状 ， 只有 直 线 上点 对应 的配气 定 时参数 才能 为发动 机所 用 。而使 用 Ｄ类 ， 配气定 时参 数 的变化 呈 面状 ， 图 １ 在 ｂ中虚 位
２ 配气 定 时 的 降耗 减 排 机 理
采用 可变 气 门定 时技 术 的 目的是 根据 发动机 运 行工 况 调节配 气定 时 。配气定 时参数 变化影 响汽 油 机 动力 、 经济 和排放性 能 的机理 如下 。 ａ ）增 大气 门叠 开 角 或 推迟 气 门叠 开 角 中心 相 增加 气 门叠开 角或推 迟气 门重叠 角 中心相位 能
不 把这种 技术 归 为可 变气 门定时技 术 中 。下 面针对 上述 ４ 可 变气 门定 时技术 展开讨 论 。 种
分必 要 。随 着技 术进 步 ， 对 车用 汽 油 机 的 实 际需 针 要 出现 了各 种 可 变 气 门 定 时 （ ＶＴ）技 术 。应 用 Ｖ ＶＶＴ技术 ， 过相 关 机 构 的操 作 ， 对 发 动 机 凸 轮 通 可
的单位 ） 。当气 门定 时被调节 ， 门开启 时刻 的变化 气
１ 汽 油 机 采 用 的可 变气 门 定 时 技 术
可变 气 门定 时技术 根据 气 门定 时 的变化 特点 分 为分 级可 变 和连续 可 变两类 。分级可 变 的气 门定 时 参数 非连 续 变 化 ， 用 的是 两 级 可 变 ， 为 开 关 型 常 称
车
用
发
动
机
２１ ０ １年第 ６ 期
表 １ 各 种 连 续 可 变 气 门定 时 技 术 涉 及 的 配气 定 时 参数 及 其 配置 需求
配 气 定 时参 数 的变 化
技 术
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然 ， 可设定其他 区域来 满足发动机配气定 时要 求 。 也