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。
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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。
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。
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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
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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。
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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
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机电工程系
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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。
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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
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3 提高充气效率的措施：
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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
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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。
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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。
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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 。
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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。
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。
第6节发动机可变配气相位技术
三、可变配气相位的工作原理
发动机的配气相位机构负责向 气缸提供汽油燃烧做功所必 须的新鲜空气，并将燃烧后 的废气排出，这一套动作可 以看做是人体吸气和呼气的 过程。从工作原理上讲，配 气相位机构的主要功能是按 照一定的时限来开启和关闭 各气缸的进、排气门，从而 实现发动机气缸换气补给的 整个过程。
（2）BMW的Valvetronic系统工作原理
BMW的Valvetronic技术已经覆盖了旗下的多款发动机，包括目前 陆续推出的涡轮增压新动力。该技术能够让发动机对驾驶者的意图 做出更迅捷的反馈，同时通过发动机管理系统对气门升程的精确控 制，实现了车辆在各种工况和负荷下的最佳动力匹配。
（3）BMW的Double-VANOS系统工作原理
(4)奥迪的AVS系统工作原理
两个进气门无论是在普通凸轮还是高角度凸轮下的相位和升程是有差别的，也就 是说两个进气门开启和关闭的时间以及升程并不相同。这种不对称的进气设 计是为了让空气在流经两个进气门后，同时配合特殊造型的燃烧室和活塞头， 可以令混合气在气缸内实现翻转和紊流，进一步优化混合气的状态。 奥迪AVS可变气门升程系统在发动机700至4000转之间工作，当发动机处于中 间转速区域进行定速巡航时，AVS系统可以为车辆提供很好的节油效果。
二、可变配气相位的研究状况
Benz公司的500SL型车用V8发动机采用了可变气门正时，使用凸轮轴 两点调相法来改变气门正时。在进气门关闭角提前调整的工况，发动 机4000r/min全负荷工况下，转矩平均增加15~30Nm，提高了 5%~8%，在进气门关闭角之后调整时，标定功率增加15kW，提 高了约7%。 本田公司在1989年第一批装用VTEC（Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System）的1.6L发动机，其最大 输出功率从原88kW增加到118kW，而且可以达到8000r/min的 超高速。本田三段式VTEC式发动机，能在低、中、高3种不同的方 式工作，这种三段式机构使发动机油耗在与VTEC-E相同的情况下， 功率提高了40%，最大功率96kW（64kW/L）。
第三章第四节 可变配气相位
汽车发动机构造与维修
第三章 配气机构构造与维修
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三、雅阁F22B1 3.0L V6发动机VTEC
辅助进 气摇臂 中间进 气摇臂 进气门
凸轮轴 主进气 摇臂 排气门
汽车发动机构造与维修
第三章 配气机构构造与维修
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1.低转速时VTEC的工作原理
汽车发动机构造与维修
第三章 配气机构构造与维修
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2.高转速时VTEC的工作原理
可变气门正时、可变气门升程
汽车发动机构造与维修 第三章 配气机构构造与维修 1
本次课程任务
1.大众可变进气相位原理：2方面 2. VVT结构原理：2方面 3.VTEC功用及原理：2方面
汽车发动机构造与维修
第三章 配气机构构造与维修
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当前在中国生产、采用可变气门技术的轿车
车型 花冠 皇冠 威姿 雅阁 奥德赛 飞度 CR-V 天籁 颐达 骐达 制造商 天津丰田 天津丰田 天津一汽 广本 广本 广本 东风本田 东风日产 东风日产 东风日产 供应商 电装 电装 电装 本田 本田 本田 本田 日立 日立 日立 车型 凯迪拉克CTS 凯迪拉克SRS 宝马3系 宝马5系 马自达6 御翔 宝来A4 奥迪A4 高尔夫Plus 帕萨特 途安 制造商 上海通用 上海通用 华晨宝马 华晨宝马 一汽 北京现代 一汽大众 一汽大众 一汽大众 上海大众 供应商 爱幸 爱幸 爱幸 爱幸 Melco 电装 Hilite Hilite Hilite Hilite
1.VTEC功用及原理：2方面 2.大众可变进气相位原理：2方面 3.丰田的VVTL-i结构原理：2方面 4.BMW的Valvetronic结构原理：2方面
汽车发动机构造与维修
第三章 配气机构构造与维修
3.2.13.2配气相位与可变气门技术
含义： 通过调整凸轮轴的位置来实
现调整进排气门的开启时刻和 开启持续时间，实现根据工况 应用不同的配气相位，达到节 能减排提升动力的目的。
可变气门升程——VVL
含义： 通过采用不同高度的凸轮，
来实现不同的气门开度，实 现在不同的速度区间内不同 的充气效率，提升发动机动 力，节省油耗。
可变气门升程技术往往会 作为可变气门正时技术的辅 助，使发动机各速度时段能 够有最好的充气效率。
故障案例
张三先生的车辆在使用过程中出现启动困难， 油耗升高，动力不足等故障现象，检查发现是 气门正时不对，正时皮带出现了跳齿，更换正 时皮带，重新对好正时故障排除。
什么是气相位图
配气相位是用曲轴转角表示的进、排 气门的开启时刻和开启延续时间，通常用 环形图表示，称为“配气相位图”。 理论上，四个冲程下来，曲轴旋转2圈， 共720°，每个冲程持续时间为180°的曲 轴转角。
在实际的发动机运转过程中，我们希 望能够有更充足的进气和更充分的排气， 因此我们让进、排气门提前打开，延迟关 闭，延长进排气冲程的时间，延长和迟闭 的这段时间叫做“进气提前角、排气提前 角、进气迟闭角、排气迟闭角”。
进排气门提前角、迟闭角是一成不 变的么？ 不同工况对配气相位的要求是一样 的么？
可变气门正时——VVT
总结
可变气门正时和可变气门升程技术每个厂 家的设计略有不同，但原理是一样的，这两 个技术的研发，都是为了更好的动力性和燃 油经济性，同时实现更低的排放。
THANK YOU
浅谈发动机的可变配气相位技术
１１１ 改 变 凸轮 轴 相 角 的 可 变 配 气相 位 机 构 ．．
好 的动力 性 ， 又要 降低油 耗满 足排 放法 规 的规定 。 可变 配气 相 位（ ａｉ ｌ Ｖ ｌｅＴｍｉｇ简称 ｖ Ｔ Ｖ ｒ ｂｅ ａ ｉ ｎ ａ ｖ Ｖ１
博 通航运 职业技 术学 院 通、 程 系 苏 南逼 ２０ Ｏ 祖 ２６ ｌ≥
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摘 要 ： 发 动 机 可 变 配 气 相 位 技 术 进 行 了分 类 ， 绍 了不 同机 构 的组 成 、 构 、 理 及 特 点 ， 出 电磁 驱 动 和 电 液驱 对 介 结 原 指 动 可 变 配 气 相 位 机 构是 未来 的发 展 方 向 。 关键 词 ： 发动 机 ； 变配 气 相 位 ； 门 正 时 ； 门 升 程 可 气 气
机 构能使 气 门正时 、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 ． 而获 得更 好 的燃 油经 济性 ， 优异 的扭矩 从 更
和功 率特 性 ， 高怠 速稳定 性 和降低 排 放 。 提
为 了对气 门运行 参 数进 行调 节 ，国 内外 研 究机
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理想可变配气相位技术分析论文
理想可变配气相位技术分析姓名：张文所在单位：山东华宇职业技术学院汽车新技术正朝着提高汽车经济性、安全性、舒适性和环保性方向快速发展。
大量电子控制技术的应用，使汽车对经济性、安全性、舒适性和环保性等性能变化可以进行精确的控制，使汽车的各种性能可随发动机工况变化而更加合理的精确的进行变化。
例如，电控燃油喷射系统、点火正时、怠速控制等技术的发展，实现了对可燃混合气浓度的精确控制，使可燃混合气可以完全燃烧，提高了经济性，减少环境污染。
可变配气相位技术虽在很大程度上提高了发动机的动力性能。
但都没有完全实现理想的可变配气相位变化。
一、发动机动力性能对配气相位的理想要求：〈一〉影响充气系数的主要因素：1、压缩比提高压缩比，使气缸余隙容积相对减少，气缸内残余废气量相对减少，进气初期废气膨胀后所占空间减少，新鲜混合气所占空间增大，从而增大了进气量，充气系数提高。
2、进气终了参数1）进气终了压力进气终了压力是指进气行程末期气缸内的可燃混合气压力，提高进气末期气缸内的压力，相对增大了缸内可燃混合气的密度，增大了进气量，使充气系数增加。
2）进气终了温度新鲜混合气在进入气缸的过程中和在气缸中，总要受高温机件和残余废气加热的影响，混合气受热越多，温度升高越多，气体的密度越小，充气系数就越小。
降低进气终了温度，可提高充气系数。
3、排气终了压力由于排气系统阻力的存在，排气终了时缸内残余废气的压力总要高于大气压力。
排气终了时缸内压力高、密度大，废气量多，残余废气系数就大，充气系数下降。
残余废气的压力，主要取决于排气系统的阻力，特别是排气门处的阻力。
降低排气阻力，可提高充气系数。
4、负荷汽油机的功率调节属于量调节，是靠调节节气门的开度来调节负荷的大小，负荷小，节气门开度小，节气门处节流损失增加，使进气阻力增大，进气终了压力减小，充气系数减小。
5、转速气体流动阻力除了与进排气系统的结构有关外，还取决于气体的流速。
气体流动阻力与流速的平方成正比，而流速与转速成正比。
汽车新技术可变配气相位
汽车新技术: 可变配气相位引言近年来，随着汽车工业的快速发展，汽车的性能和效率要求也越来越高。
为了满足这些需求，汽车制造商一直在努力寻找新技术，其中之一就是可变配气相位技术。
本文将详细介绍可变配气相位技术以及它对汽车性能和效率的影响。
什么是可变配气相位技术？可变配气相位技术是指通过控制发动机进气和排气门的开启和关闭时间，来调整气门的开启和关闭时机以及持续时间。
传统配气相位是固定的，不随发动机工况的变化而变化。
而可变配气相位技术则根据发动机负荷、转速和其他因素来实时调整气门的开启和关闭时间，以优化燃烧过程。
实现可变配气相位的方法实现可变配气相位的方法有多种，下面是几种常见的方法：1. 可变气门正时系统（VVT）可变气门正时系统是一种通过控制凸轮轴相对于曲轴的角度来实现可变配气相位的技术。
通过调整凸轮轴的角度，可以改变气门的开启和关闭时机，以适应不同的工况。
VVT技术可以提供更好的动力和燃油经济性。
2. 可变进气歧管（VIM）可变进气歧管是一种通过改变进气歧管的形状和长度，来实现可变配气相位的技术。
不同的进气歧管形状和长度可以改变进气道的流向和速度，从而影响燃烧过程。
VIM技术可以提供更好的动力和响应性。
3. 可变排气歧管（VEM）可变排气歧管是一种通过改变排气歧管的形状和长度，来实现可变配气相位的技术。
不同的排气歧管形状和长度可以改变排气道的流向和速度，从而影响排气过程。
VEM技术可以提供更好的动力和排放性能。
4. 电子控制单元（ECU）电子控制单元是控制发动机运行的核心设备。
通过控制ECU的软件，可以实现对可变配气相位的精确控制。
ECU利用传感器来监测发动机工况，并根据参数来调整配气相位，以达到最佳性能和效率。
可变配气相位技术的优势可变配气相位技术具有许多优势，对汽车性能和效率的改善有着显著的影响：1. 动力提升可变配气相位技术可以调整气门的时机和持续时间，使得燃烧过程更加充分，更加高效。
这可以提升发动机的动力输出，提高汽车加速性能和爬坡能力。
配气相位及气门行程可变技术.pptx
1.涡轮增压、供油系统、配气系统是现代发动机技术革新的热点。前两种技术已经比较成熟，所以配气系统技术的发展对发动机性能的提高有很大的决定作用，配气相位及气门行程可变技术成了汽车技术领域中的一个重要研究课题。2.普通发动机的气门开闭由凸轮驱动，进排气门的早开晚关角固定不变，这实际上只能使发动机在某一转速下处于最佳的配气相位，而在发动机转速很低或很高时，其配气相位就会处于不理想的状态。3.配气相位固定不变的缺点已越来越显得不适应时代要求，改变发动机气门的开启持续时间、升程和相位是改善发动机性能、提高热效率和减少有害排放的一种重要途径。为提高发动机的性能，配气相位及气门行程可变技术成了汽车领域中的一个重要研究课题。
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电磁驱动气门机构
2，单弹簧的电磁气门结构 这类机构由一个电磁铁、一个储能弹簧以及衔铁和气门组成。工作原理如右图所示： 发动机不工作时气门在弹簧作用下处于关闭状态,当气门要开启时，向电磁铁线圈通较大电流，使所产生的电磁力克服弹簧力以打开气门。然后向电磁铁线圈通较小电流，使气门保持全开状态。电磁铁线圈断电时，气门在弹簧力作用下关闭。 缺点是：不能实现气门的软着陆，同时存在响应速度慢和能耗过大等缺陷。
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现有配气相位及气门行程可变技术
由于进气门的配气相位角及行程对发动机功率和油耗影响较大，因此已有的配气相位及行程可变技术主要是针对进气门的。1，机械变化方式 所谓机械变化方式是指控制系统通过操纵一个机械装置的动作使进气门行程改变，从而实现配气相位的可控。举例如下：
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双簧电磁气门实验
1 实验装置 为了进一步对双弹簧的电子气门有一个全面的了 解，我们组织了一个有李光辉，李辉和纪勇昌为成员的研究小组。在高献坤老师的指导下和研究生张强的带领下我们做了大量的实验工作，对双弹簧的电子气门有了更深层的认识，图7-1、7-2、7-3为实验装置图。
发动机可变配气相位技术
发动机可变配气相位技术(VVT engine technology)本文介绍了通过在配气机构多刚体模型中引入柔性体，描述了配气机构的动力学性能，建立了柔性体气门弹簧,分析了气门弹簧动刚度的非线性行为,并且依据模态技术计算得到其动态应力。
主要从进气门晚关角及进排气的动态效应几方面着手，不断改进发动机的配气相位以及进排气系统，使发动机的实际性能曲线逐步接近计算机仿真曲线。
其中配气相位、进气门间隙、排气门间隙、转速、负荷五个调整参数之间是相互影响的。
该方法为优化设计配气机构等机械产品及对其进行疲劳性能研究提供了依据。
该仪器可检测各种汽、柴油发动机的启动性能、高压点火性能、燃油喷射性能、充电性能、动力性能、配气相位、发动机异响震动分析等30余种技术参数，并分析故障产生的原因，在检测过程中，可随时显示各种波形及技术参数和结果并可随机打印，该仪器内存有一百多种国内外发动机技术参数，内容十分丰富，随时可以与检测结果对比。
目前，汽车工业的发展正在面临着两个主要问题——能源的枯竭与环境的污染。
现代高科技的发展已将汽车发动机的节能、减排、低排放作为“节能-高效-环保”一体化课题进行综合研究和技术开发。
为了同时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生产汽车的发动机。
汽车发动机的配气相位对其动力性、经济性以及排气污染都有重要的影响。
为了保护环境以及为了人类可持续发展，实现低能源消耗和低排放污染已成为汽车发动机的发展方向，这就要求发动机在保证良好动力性的同时，又要降低燃油消耗量，需要某种可变配气相位机构能使气门正时、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，即配气相位角也应该随之改变。
最佳的配气相因此，二十一世纪符合市场需求的应当是节能、环保、高性能的汽车。
从进气晚关角及进排气的动态效应几方面着手，不断改进发动机的配气相位以及进排气系统，使发动机的实际性能曲线逐步接近计算机仿真曲线。
可变配气技术
1说到可变配气相位，可变气门行程这类名字大家可能会有点陌生，但如果说到本田的VTEC，丰田的VVTi，还有保时捷的Variocam等这些名字可能就很熟悉了。
其实这些只是车厂给他们的可变配气技术的不同命名而已，在技术上都是共通的，而这些英文缩写翻译成中文以后就是上面所说的可变配气相位和可变气门行程技术。
要想了解可变配气技术，那首先得了解汽车配气机构的工作原理和特性了。
目前主流车型的配气机构都是用的每缸4气阀（两进两排）设计。
（如图）这种设计最大的好处就是能获得较大的进气支管截面积，从而得到较大的进气流量提高发动机工作效率。
传统的多气门发动机的气门行程是不可变的，这就是说他只有一个固定的行程。
让我们想想，在设计气门行程参数时会有一个什么样的问题呢？如果气门行程设置得较大，那么在发动机高转速时混合气的进气效率肯定是很高的，因为发动机在高转速时空气流速很快，这就需要较大的气门开口才能让混合气尽可能的充满汽缸，但在低转速范围，效果却截然相反，因为发动机在低转速范围时，进气管内的空气流速很慢，这就需要活塞向下行程时那么怎么样得到较大的负压呢？我们不妨做个实验。
我们可以找一根喝饮料用的塑料软管，当把塑料软管的一头放在空气中另一头放在口中用较慢的速度吸气时可以感到塑料软管内很通畅，但能吸到口中的空气很少；如果用手指稍微堵住吸管的一头再用较慢的速度吸气时，可以明显感觉到吸管内真空度变大，且能吸入口中的空气较多了。
发动机的吸气原理也是一样的，所以在低转速时如果气门的开度较大，就会因为进气管内的真空度不够而吸气效率下降。
所以汽车设计师在选择气门开度时既不能太大，也不能太小。
如果开度大那么虽然高转速时功率能提高，但低转速时由于进气量太小，会让发动机的扭力下降，工作不稳定，严重时甚至熄火。
反之如果选择较小的气门开度，那么低转速时的扭力虽然提高了，但高转速时的功率却发挥不出来。
这就产生了一对矛盾。
所以设计师只能选择一个折中的气门行程来尽可能的兼顾到高低转速的动力发挥。
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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!）。