可变配气机构及其新技术
可变气门升程技术的原理及应用
结论: 以90km/ h 等速行驶时采用VVT 技
术可节省燃料消耗14.4%; 进气门提前53 °, 排气门不变。
结论: 以120km/ h 等速行驶时采用VVT 技术可
节省燃料消耗7.7%; 进气门提前43°, 排气门 基本不变。
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III、VVT的实验分析
表5 分段等速行驶优化油耗数据
2021/6/21
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II、VVT的结构及控制机理
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II、VVT的结构及控制机理
OCV电磁阀工作原理
OCV 按照ECU 的指令，通过滑阀(Spool Valve)的轴向位置来调节机油 的流向，使叶片相对壳体转动，从而实现对配气相位的调节及控制。
➢ 电磁阀由PMW脉宽信号输入
2021/6/21
目录
I. 可变配气机构 II. VVT的结构及控制机理 III. VVT的实验分析
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I、可变配气机构
2021/6/21
一、配气机构简介 1、功用
按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时 开闭各气缸的进、排气门，使新鲜充量(汽油机为可燃混合气)得以及 时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。 2、充c量系MM数o 进c 进 气气 状过 态程 下中 充实 满际 气充 缸入 工作 气缸 容新 积鲜 理充 论量 充量
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I、可变配气机构
2021/6/21
4、可变配气机构分类
可变气门升程VVL (Variable Valve Lift) VVA
可变进气系统VIS (Variable Valve System)
可变气门正时VVT (Variable Valve Timing)
02-可变配气机构工作原理拓展
可变配气控制技术（一）配气控制技术早期的研究进展比较缓慢，主要成果是在1985年以后取得的，其发展先后顺序大致如下：优化凸轮型线、可变凸轮相位-可变凸轮型线。
机械式全可变气门机构、无凸轮轴电磁（电液、电气及其他）驱动配齐机构、无凸轮轴全可变配气机构。
迄今为止，具有代表性的可变配气机构主要有Toyota公司的VVT-i,BMW公司的Vanos,Honda公司的VTEC,Mitsubishi公司的MIVEC, Porsche公司的Vario-Cam,BMW的Valvotronic等。
1.丰田VVT-i技术VVT-i的全称是Variable Value Timing intelligent，翻译成中文就是智能可变配气正时，这项技术系统是丰田特有的并且在世界技术上领先的发动机技术系统，可以连续调节气门正时，但是不可以调节气门升程。
该技术的工作原理就是当发动机从低速度迈向高速度的时候，电子计算机就会自动地把机油压入进气的凸轮轴，然后驱动齿轮内的小涡轮，在这样的压力下，小涡轮和齿轮可旋转就会有一定的角度，当凸轮轴在六十度范围内往前或者往后旋转时，就可以改变进气门开启的时间，从而达到连续调节气门正时的目的，如图3-3-44所示。
图3-3-44丰田VVT-i技术丰田VVT-i发动机的ECU在各种行驶工况下自动搜寻一个对应发动机转速、进气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，并通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，达到最佳气门正时的位置，从而能有效地提高汽车的功率与性能，尽量减少耗油量和废气排放，如图3-3-45所示。
图3-3-45丰田VVT-i技术工作原理2.宝马VANOS技术宝马VANOS技术系统是可以调节进气凸轮轴和曲轴位置的，使得在不同情况下进气凸轮轴和曲轴的位置相对应。
宝马公司第一次使用这项技术是在1992年的宝马五系列的搭载M五十发动机上。
可变配气系统工作原理
可变配气系统是一种引擎技术，旨在通过调整气门的开闭时间和升程，以优化燃烧过程、提高发动机性能和燃油经济性。
以下是可变配气系统的一般工作原理：
1. 气门控制：可变配气系统使用一套气门控制机构，例如液压控制装置或电动
执行器，来控制气门的开闭时间和升程。
这些机构通过传感器和控制单元获取引擎的工作参数，如转速、负荷和温度等。
2. 相位调节：可变配气系统可以调节气门的相位，即气门开启和关闭的时间点。
通过改变相位，可以优化进气和排气过程，以适应不同工况下的发动机要求。
例如，在高速运行时，可以提前气门关闭时间，以增加进气阻力和排气排放效率。
3. 升程调节：可变配气系统还可以调节气门的升程，即气门开启的距离。
通过
改变升程，可以控制气门的开度，从而调节进气和排气量。
在低负荷情况下，可以减小气门升程以降低进气阻力和减少燃油消耗，而在高负荷情况下，可以增加气门升程以增加气缸充气量和提高功率输出。
4. 智能控制：可变配气系统通常与电子控制单元（ECU）集成，以实现智能控制和优化。
ECU根据传感器反馈的数据和预设的算法，确定最佳的气门开闭时间和
升程，以满足性能和燃油经济性要求。
这种智能控制可以根据驾驶条件和环境变化实时调整气门的工作参数。
通过调整气门的开闭时间和升程，可变配气系统可以改善进气和排气过程的效率，提高发动机的燃烧效率和动力输出。
这有助于降低燃油消耗、减少排放和提高驾驶性能，使发动机更加灵活适应不同的工作条件和要求。
发动机可变配气技术及发展
调查思考发动机可变配气技术及发展哈菲史楠（西安汽车职业大学，陕西西安710000）摘要:近年来，生态问题与环境保护引发全球关注，因为它是人类实现可持续发展的必然前提，低能耗与低污染已然变成了当前汽车发动机的主要研发目标。
而目前的种种现代技术中，可变配气技术脱颖而出，成为主流研发目标之一，此技术主要通过改变汽车发动机的供气实现降低油耗与污染的要求，为此本文便针对发动机可变配气技术及发展进行简要探析。
关键词:发动机；可变配气技术1关于发动机可变配气技术的研究现状及发展1.1本田VTEC控制机构本田发动机率先成功将可变气门正时与升程电子控制两种配气机构设置在了一台发动机上，简称VTEC机构,实现了人们长久的高速与低速相位值自动转换的梦想，大幅度提升了汽车的动力性与经济性。
发动机配气相位角受车辆气流的进气与排气影响各不相同，其动力与经济性因此而不同;可变配气相位将传统固定不变的配气相位状态进行改变，根据发动机的运行状态下提供最优的配气正时,进而提升发动机的进气系数，解决了传统因转速、负荷造成的动力性与经济性的矛盾,使发动机怠速状态下更加稳定、转速更低，低速下更加平稳山。
VTEC机构由单独的凸轮与摇臂进行驱动，其主次摇臂间有中间摇臂且不与任何气门产生直接接触，三者均由专门的柱塞实现联动，并运用主油道的油压进行控制冲间凸轮的升程最大，其次为主凸轮,最小升程的为次凸轮，中间凸轮是依据发动机的双进双排、大功率、高转速运行状态进行设计的;主凸轮则是依据单进双排、低转速运行状态进行设计的;次凸轮则是主要依据发动机怠速状态进行设计。
1.2丰田WFi智能可变气门正时系统丰田的VVT-i智能可变气门正时系统主要是改变进气门开闭的时间使之达到最佳气门正时,配气相位角不变、进气门升程的大小不变，此结构发动机运行状态稳定、可靠,功率提升10%到20%,油耗降低3%到5%oVVT-i机构主要由外壳、四齿转子、锁销、油道控制、电磁控制阀组成；其安装在进气凸轮轴前端随正时链轮实现同步转动，在运转的过程中能通过运用润滑系统的油压实现自动调节凸轮轴和正时链轮的相对角度，调节机构的转子中有液压锁销,能实现与连接齿轮的同步传动或解脱,进而实现进气门的开闭时间角度的大小；电磁控制阀接收作者简介:哈菲（1989-），女，汉族，甘肃武威人，本科，助教，汽车检测与维修。
改善换气过程的主
进气管内的压力波动
可变技术
实现更多参数随发动机运转工况改变的实时调节，是当前发 动机技术发展的主要方向之一，可变技术成为关键。 发动机换气过程的改善有关的可变技术主要有： 1） 可变配气机构。在发动机高转速和大负荷下进气迟闭角 和排气提前角加大，有较大的气门升程和较大的气门叠开角； 而在低速和小负荷下，进气迟闭角和排气提前角减小，有较 小的气门升程和较小的气门叠开角。 2） 可变进气管。发动机高转速下进气管变得较短、较粗， 来尽量减小流动阻力；而发动机低转速下，进气管变得较长、 较细，来加强气流惯性和缸内的工质运动。 3）其他。进气涡流的调节和增压可用废气能量的调节。
2.配气机构 配气机构的基本功能是在运动惯性力许可前提下，尽可能提 高气门的流通能力。 通过减小配气机构的运动质量、摩擦阻力以及优化凸轮型线 来优化配气机构。
气门优化后与原气门功率对比
3.进、排气道 进气道不仅要保证高的流通性能，而且还要满足发动机组织 工质运动的要求。 排气道的改进不仅减小排气系统的阻力，对增压发动机还可 以提高废气可用能量。
动态效应的利用
由于周期性的间歇进、排气，进、排气系统不仅存在气流惯 性，还存在气压波动，称为“动态效应”。 通过对进、排气系统的布置以及几何参数的优化，可很好的 利用动态效应，提高充气效率，改善换气过程。 动态效应与发动机转速有关，当转速高时，压力波传播所需 时间缩短，这时候排气管长应较短；当转速较低时，压力波 传播的时间增长，排气管应较长。最理想的情况是应结合可 变技术来应用，否则应考虑发动机常用工况。 实际上，气体流动和压力波动较为复杂，多个气缸相互影响， 动态效应的利用必须借助计算机仿真这一有效工具。
合理确定配气定时
在确定发动机配气定时时，既需要尽可能地兼顾各种工况的 要求，也要考虑常用工况的要求。最理想的情况是实现配气 定时随发动机工况变化的实时调节。 进气迟闭角：利用气体的惯性和压力差在压缩行程开始阶段 继续进气，增加进气量，减小进气消耗的功率。 排气提前角：排气阀在活塞达到下止点前开启，利用较高的 压力使废气排放充分，减小排气阻力和减少耗功。 进气提前角和排气迟闭角：保证进气行程开始进气门已开启 足够大，使气缸有较大的进气量；排气门适度延迟关闭是利 用废气流动的惯性，使废气排放充分。
可变配气机构
发动机气门技术解析[汽车DIY] 传统的发动机都配备了气门式配气机构，按照发动机的动作顺序和工作循环，定时的开启关闭进排气门。
进气量的多少直接关系到发动机的功率和扭矩。
如何保证进气量足够多，又要保证排气够干净，因此在配气这个环节有很多的技术。
首先我们来认识一下配气定时，以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及其开启的持续时间称作配气定时。
一般情况下，进气门会早开，目的是为了在进气开始进气门能有较大的开度或者较大的进气通过面，从而减小进气阻力，使进气顺畅，相应的，而进气门晚关是为了充分利用进气的惯性增大进气量。
相应的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。
气门重叠显示图发动机不同转速需要的配气定时也不同。
这是因为当发动机转速改变时，进气流和排气流也随着改变，所以一直采用不变的气门开关时间将会影响燃油的燃烧效率，一般情况下，随着转速的升高，气门重叠角和气门升程随着增加，这样讲有利于获得更好的发动机性能，以便更好的提高发动机的动力输出。
双顶置凸轮轴VVTi，i-Vtec和VVEL等各种可变气门技术相信大家都有所了解，基本上，目前市面上新车所搭载的绝大部分发动机都或多或少的使用了可变气门技术。
可能大家也都知道可变气门技术都可以有效提升发动机动力并节省油耗，但是它们都是通过什么原理实现的呢我们都知道，发动机的配气机构负责向汽缸提供汽油燃烧做功做必须的新鲜空气，并将燃烧后的废气排除出去，这一套动作的工作原理可以看做是动物呼吸器官的吸气和呼气。
从工作原理上讲，配气机构的主要功能是按照一定时限自动开启和关闭各气缸的进、排气门，从而使空气及时通过进气门向气缸内供给新鲜空气或者可燃混合气，并且及时将燃烧做功后形成的废气从排气门排出，实现发动机气缸换气补给的整个过程。
那么气门的原理和作用应该怎么理解呢我们将发动机的气门比作是一扇门，门的开启的大小和时间长短，决定了进出入的人流量。
四种形式的可变配气机构 2
汽车新技术
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汽车新技术
ECU是用不同的电流值，调节滑阀的位置，随发动机工况的变 化，有“保持〞、“提前〞、“迟后〞等状态。例如：“提前状态 〞时，控制油道使油腔1、3、5、7充油；油腔2、4、6、8泄油， 转子和进气凸轮轴右旋转动一定角度，进气门即早开启。又如： “迟后状态〞时，控制油道转换，油腔充油和泄油那么按相反顺 序工作。
汽车新技术
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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〕升高迟后。 〔2〕高速时—越过2300~ 2500r/min后，晚关60°的 ηv和Ne，明显优于40o的相 位角。 〔3〕有一个转折点α，这 就是可变配气相位的控制点 〔VTEC起作用的始点〕。
汽车新技术
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汽车新技术
３．3个摇臂靠近气门一侧制有柱塞孔，孔中有靠油压控制滑动柱 塞，以便锁止联动。 ４．控制油压由ECM的电磁阀控制，其线圈的电阻值为14～30Ω， 投入工作时，油压为250kPa以上，使柱塞移动锁止摇臂。
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汽车新技术
５．VTEC机构投入工作时，在油压作用下，压力开关断开，给 ECM一个反响信号，确认凸轮已转换工作。如油压低于标准值 49kPa时，压力开关闭合，5v搭铁电压信号即报警。 6.在大负荷、低转速工况工作时，如 VTEC机构不及时投入工作， 充气效率和进气涡流速度降低，会发生轻微爆燃〔如爬坡时〕。
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汽车新技术
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，自动保持最正确的气门正时，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。
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。
可变气门正时技术
• 低速：新鲜充量重回进 气管
• 高速：提高气流量，充 气量；
• 低速：节流损失
可变气门正时技术的作用机理
总结：
• 高速时，进气门早开晚关，气门升 程大；
• 低速时，进气门晚开早关，气门升 程小。
•排气门迟闭:为了利用 废气的惯性多排气,排气 门要迟闭,迟闭角为 10~30度曲轴转角.
配气相位
4、配门正时
说明：
同一台发动机只有一固 定的配气相位。
可变气门正时技术的作用机理
• 进气门开启相位提前 • 进气门关闭相位推迟 • 气门升程增大
• 高速：进气过程时间延 长，提高充气量
• 低速：废气再循环，怠 速不稳，工作粗暴
一、配气机构 二、配气相位 三、可变气门正时技术
配气机构
1、作用
按照发动机做功的顺序，定时 开启进、排气门。
2、组成
❖气门组：气门、气门导管、 气门弹簧、气门弹簧座、和 气门锁片、气门油封。
❖气门传动组：凸轮轴、凸 轮轴正时齿轮、液力挺柱、 摇臂、摇臂轴等。
配气相位
1、什么是配气相位？
用曲轴来表示进排气门早开、 迟闭的持续时间。Байду номын сангаас
2、进气门的配气相位？
•进气门早开：为了减小进气 阻力，当活塞从上止点下行时， 气门已经有了大的进气通道。 进气门早开10～30度曲轴转角。
•进气门迟闭：为了利用进气 气流的惯性多进气，增加进气 量，气门迟后关闭40～80度曲 轴转角。
配气相位
3、排气门的配气相位
•排气门早开:为了使排 气冲程开始时气门有较 大开度,减少排气阻力,排 气门要早开,早开40~80 度曲轴转角.
大众奥迪可变配气机构的工作原理
大众奥迪可变配气机构的工作原理引言：现代发动机配备了一些先进技术，例如直喷、可变气门正时以及可变配气机构等。
可变配气机构技术是随着电子控制技术的发展而出现的。
本文将对大众奥迪可变配气机构的工作原理进行详细介绍。
一、配气机构的作用配气机构是发动机作为四冲程原理的关键部分，因为它负责在准确的时间点打开和关闭进气门和排气门，以确保燃烧室的精确时序。
随着最新技术的出现，可以控制这种时序的方法变得更加灵活。
可变配气机构就是一项新技术。
二、可变配气机构的原理可变配气机构的原理是在进气道和排气道上添加控制单元，这些单元将负责变化进气道和排气道的形状和大小，以确保发动机的有效性和效率。
因此，可变配气机构与常规配气机构的不同之处在于，后者始终保持相同的进气道和排气道形状和大小。
可变配气机构通常分为两种类别。
第一种是偏心轮和传动轮机械驱动的机械可变配气机构，第二种是电动活塞式可变配气机构。
大众奥迪采用的是后者。
三、大众奥迪的可变配气机构大众奥迪的可变配气机构可以实现气门的无级可调节。
它由电动活塞（也被称为液压缸、液压装置）组成，扮演开关进气和排气门的角色。
活塞被控制器指示，以打开或关闭气门，并可在进气和排气模式之间切换。
这种液压装置的优点是响应时间快，工作稳定、扭矩高，加速和降速更加平顺，可确保最佳的燃油经济性和性能表现。
大众奥迪的可变配气机构的一个有趣之处是它可以自适应不同的驾驶条件和方式，以确保最可靠的运行并创造出发动机的性能最大化。
四、总结通过上述分析，我们可以发现，可变配气机构可以提高发动机的性能和燃油经济性，同时也可以适应不同的驾驶环境和条件。
大众奥迪的可变配气机构是一种优秀的技术，它可以帮助汽车制造商生产出更加可靠和高效的发动机，并为用户创造更加优质的驾驶体验。
奔驰可变配气机构结构与工作原理
奔驰可变配气机构结构与工作原理引言：随着汽车技术的不断发展，可变配气机构在发动机领域中扮演着越来越重要的角色。
奔驰作为一家享有盛誉的汽车制造商，其可变配气机构的设计和工作原理备受关注。
本文将以奔驰可变配气机构的结构与工作原理为主题，深入探讨其技术特点和优势。
一、奔驰可变配气机构的结构奔驰可变配气机构由凸轮轴、凸轮轴调节器、凸轮轴驱动装置和控制系统等组成。
其中，凸轮轴是传输动力的核心部件，凸轮轴调节器负责调节凸轮轴的相位，凸轮轴驱动装置提供凸轮轴的旋转动力，控制系统则负责监控和调整凸轮轴的工作状态。
1. 凸轮轴：奔驰可变配气机构的凸轮轴采用了特殊的设计，以实现可变的凸轮形状和凸轮轴相位的调节。
凸轮轴的形状可以根据不同的工况和驾驶需求进行调整，从而实现更高效的燃烧和更低的排放。
此外，凸轮轴还通过凸轮提供了气门的开启和关闭控制。
2. 凸轮轴调节器：奔驰可变配气机构的凸轮轴调节器采用了液压或电动驱动的可变凸轮轴齿轮机构。
凸轮轴调节器可以根据驾驶条件和发动机负荷实时调整凸轮轴的相位。
通过改变凸轮轴的相位，可以调整气门的开启和关闭时间，从而优化燃烧过程，提高发动机的功率和燃油经济性。
3. 凸轮轴驱动装置：奔驰可变配气机构的凸轮轴驱动装置通常采用链条传动或齿轮传动。
这种传动方式能够有效地将发动机的动力传递给凸轮轴，确保凸轮轴的正常旋转。
同时，凸轮轴驱动装置还能根据凸轮轴调节器的指令调整凸轮轴的相位，以实现精确的凸轮控制。
4. 控制系统：奔驰可变配气机构的控制系统是整个系统的核心部分。
它通过传感器实时监测发动机的工作状态和驾驶条件，并根据这些信息控制凸轮轴调节器的运动。
控制系统能够根据不同的驾驶需求和发动机负荷自动调整凸轮轴的相位，以实现最佳的燃烧效果和动力输出。
二、奔驰可变配气机构的工作原理奔驰可变配气机构的工作原理基于凸轮轴相位的调节和凸轮形状的变化。
在发动机工作过程中，控制系统根据驾驶条件和发动机负荷的要求，通过控制凸轮轴调节器的运动，改变凸轮轴的相位和凸轮的形状。
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。
四种形式的可变配气机构
电磁铁在高温环境下容易退磁，导致 性能下降。因此，电磁式可变配气机 构在高温环境下的可靠性有待提高。
05
电机式可变配气机构详解
工作原理
电机驱动
电机式可变配气机构通过电机驱动气门开度的变化，实现进、排 气门正时和升程的连续可调。
传感器信号输入
根据发动机负荷、转速等传感器信号，控制单元计算出最佳气门正 时和升程，并通过电机执行器实现精确控制。
闭环控制
通过反馈信号对气门开度进行闭环控制，确保实际气门开度与目标 值一致，提高控制精度。
结构组成
控制单元
接收传感器信号，计算并输出控制指 令，驱动电机执行器工作。
电机执行器
将控制单元的指令转化为机械运动， 驱动气门开度变化。
传感器
监测发动机负荷、转速等参数，为控 制单元提供输入信号。
气门机构
包括气门、气门弹簧、气门座等部件 ，与电机执行器配合实现气门开度的 连续可调。
四种形式的可变配气机构
汇报人：XX
目 录
• 引言 • 四种形式的可变配气机构概述 • 液压式可变配气机构详解 • 电磁式可变配气机构详解 • 电机式可变配气机构详解 • 复合式可变配气机构详解 • 四种形式的可变配气机构比较与选择
01
引言
目的和背景
提高发动机性能
随着汽车技术的不断发展，对发动机性能的要求也越来越高。可变配气机构作 为一种能够优化发动机性能的技术，受到了广泛关注。
成本效益原则
在满足性能需求的前提下，尽量选择 成本较低的可变配气机构类型。例如 ，对成本要求较高的车型可考虑选择 机械式可变配气机构。
可靠性原则
选择经过验证且可靠性高的可变配气 机构类型，以确保发动机长期稳定运 行。
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。
浅谈汽车发动机的电控可变配气机构
图 １ 动 力 腔
田、 飞度等也开始使用该项技术 。国内大部分骄车 目前使用 的 技术是可变惯性充 气系统结构 ， 该机构为提高充气系数普遍在
进气管 中部设置动力 腔或在进气管旁边设置 与进 气管相通 的 谐振腔 ， 加长进气管并 且增大进气管弧度 ， 当空气进入进气管 ， 由于气缸进气吸力形成高速流动并且有一定 的惯性 ， 在气缸进 气行程进行到活塞到达下止点后 ， 仍可利用进气气 流的惯性继 续充气一段 时间 ， 加充气气量。另由于各 汽缸进气过程具 以增 有间歇性 和周期性 ， 导致进气管 内产生一定 幅度 的气流压力波
作者简介 ： 韦焕典 （９ ８ ） 柳州人 ， １４ 一 男， 工程师 、 高级技师 ， 研究方向 ： 汽车维修 与教学 。
８ ０
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《 装备制造技术）０ ７ ） ０ 年第 ４ ２ 期
２ 电控 可变 配气 机构 结构 与工 作原 理
电控可变配气机构 与可变惯性充气系统机构不 同， 由可 它 荷 与之相应 的进气 量的特性 曲线 和进气量与之相应 的气门升
有转速范 围内都 能获得最佳充气效果 ，增加 发动机的动力输 出， 并改善 扭矩输 出特性 ， 图示 （、、） 如 １２ ３但该 机构在 动力性 、 经济性、 排放性方面还 具有一定局限 性， 不够完善 ， 只能达到欧
三标 准。
图 ３ 可变惯性充气系统
收稿 日期 ：０７ Ｏ — ０ ２０ 一１２
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Ｅ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ＮＯ． ２ ０ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｆ ｃｒ ｇＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｉ ４， ０ ７
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图1 发动机速度特性
可变配气机构及其新技术
摘要：本报告先介绍可变配气机构，主要从采用可变配气机构的原因、可变配气机构的分类等方面进行概述。
然后就目前比较先进的可变配气正时新技术进行阐述。
关键词：可变配气；VVT ；VANOS
1 可变配气机构概述
1.1 采用可变配气机构的原因
不同的发动机，由于结构和转速的不同，其配气正时也不相同。
即使是同一台发动机，其配气正时也应随转速的变化而变化。
这是因为：当发动机转速改变时，由于进气流速和强制排气时期的废气流速也随之改变，因此在气门晚关期间利用气流惯性增加进气和
促进排气的效果将会不同。
例如，当发动机在低速运转时，
若配气正时保持不变，则部分进气将被活塞推出气缸，使进
气量减少，气缸内残余废气将会增多。
当发动机在高速运转
时，气流惯性大，若此时增大进气迟后角和气门重叠角，则
会增加进气量和减少残余废气量，使发动机的换气过程臻于
完善。
总之，四冲程发动机的配气正时应该是进气角和气门
重叠角随发动机转速的升高而加大。
如果气门升程也能随发
动机转速的升高而加大，则更有利于获得良好的发动机高速性能。
采用可变配气正时机构对发动机性能的改善，可由图1一目了然。
此外，能源与环境问题是目前汽车工业所面临的两个重要问题。
研发能耗低、污染低的“节能-高效-环保”发动机是目前发动机新技术的发展方向。
可变配气相位技术已成为提高发动机动力性和经济性的新技术之一，显著改善了发动机的怠速稳定性和排放特性。
1.2 可变配气机构的分类
按照控制参数的不同，可变配气技术可分为可变气门正时（VVT ）和可变气门升程（VVL ）两类。
可变气门正时即气门开启与关闭时刻可变，根据气门开启持续期的变化又分为可变气门相位（VP ）和可变气门相位与持续期（VET ）两类；可变气门升程主要是改变了气门开启的最大升程，按照气门正时与持续期的变化情况又可分为可变气门升程与正时（VLT ）和气门升程单独可变两类。
实现可变配气有多种途径，按照有无凸轮轴可分为基于凸轮轴的可变配气机构和无凸轮轴的可变配
气机构两类。
基于凸轮轴的可变配气机构主要可分为可变凸轮型线、可变凸轮轴相位角、可变凸轮从动件只类；无凸轮轴的可变配气机构根据气门驱动形式主要可分为电磁驱动气门、电液驱动气门、电气驱动气门、电机驱动气门以及其他气门驱动形式几大类。
2 可变配气机构新技术实例简介
配气控制技术早期的研究进展比较缓慢，主要成果是在1985年以后取得的，其发展先后顺序大致如下：优化凸轮型线、可变凸轮相位-可变凸轮型线。
机械式全可变气门机构、无凸轮轴电磁（电液、电气及其他）驱动配齐机构、无凸轮轴全可变配气机构。
迄今为止，具有代表性的可变配气机构主要有Toyota公司的VVT-i, BMW公司的Vanos, Honda公司的VTEC , Mitsubishi公司的MIVEC, Porsche公司的Vario -C am , BMW的Valvotronic等。
2.1 丰田VVT-i技术
VVT-i的全称是Variable Value Timing intelligent，翻译成中文就是智能可变配气正时，这项技术系统是丰田特有的并且在世界技术上领先的发动机技术系统，可以连续调节气门正时，但是不可以调节气门升程。
该技术的工作原理就是当发动机从低速度迈向高速度的时候，电子计算机就会自动地把机油压入进气的凸轮轴，然后驱动齿轮内的小涡轮，在这样的压力下，小涡轮和齿轮可旋转就会有一定的角度，当凸轮轴在六十度范围内往前或者往后旋转时，就可以改变进气门开启的时间，从而达到连续调节气门正时的目的。
图2 VVT-i工作原理
丰田VVT-i发动机的ECU在各种行驶工况下自动搜寻一个对应发动机转速、进气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，并通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，达到最佳气门正时的位置，从而能有效地提高汽车的功率与性能，尽量减少耗油量和废气排放。
2.2 宝马VANOS技术
宝马VANOS技术系统是可以调节进气凸轮轴和曲轴位置的，使得在不同情况下进气凸轮轴和曲轴的位置相对应。
宝马公司第一次使用这项技术是在1992年的宝马五系列的搭载M五十发动机上。
现在宝马推出了VANOS的新技术即双VANOS，双VANOS技术调整了排气凸轮轴的机构，就是进气凸轮轴的
图3 VANOS模型图
图4 Vario-Cam 机构 操作是根据发动机转速和踏板位置来确定的，当发动机的转速处于最低的时候，进气门就会开启改善怠速质量和增加平稳度；当发动机处于中转速度时，进气门就会提前开启来增大扭矩并且允许排出的废气在燃烧室内再进行循环利用从而可以减少轿车的耗油量和减少轿车的废气排放量；当发动机运转速度很高的时候，进气门就会再次延迟开启，这样就能发挥出更大的功率。
使用双VANOS 系统，气门升程增加了0.9毫米，使得进气门的开启时间因而延迟了12度。
为迅速而精确的调整凸轮轴，双VANOS 系统需要非常高的油压，以确保在发动机低转速下能提供更大的扭矩，在高转速时有更大的功率。
随着不完全燃烧气体的减少，发动机怠速得到了改善。
预热阶段的特殊发动机管理控制系统能帮助催化转化器更快地达到工作温度。
双VANOS 系统改善了低转速功率，使扭矩曲线趋于平缓并能为该组凸轮轴扩展功率带。
双VANOS 系统发动机的扭矩峰值比单VANOS 低450转，功率峰值高200转/分，1500-3800转/分下的扭矩曲线也得到了改善。
同时，扭矩下降的速度不会超过功率峰值。
双VANOS 系统的优点在于在各种工作状态下，系统能够单独控制热的废气流入进气歧管。
这被称为“内部”废气再循环，使得废气中的可用成分得以进行再循环。
2.3 其他可变配给机构技术
（1）保时捷Vario-Cam 技术
保时捷911跑车引擎采用的可变气门正时技术Vario-Cam 通过气门我们可以发现其有两个位置，每个进气门分别有2种最大行程。
控制气门行程变化的，是两组凸轮控制，一组是高速凸轮，既红色部分的凸轮；另一组是低速凸轮，既高速凸轮之间的凸轮。
当引擎在低转速工况时，气门座顶端的控制活塞落在气门座内。
这样高速凸轮只能驱动气门座向下行程而不能带动整个气门动作，整个气门由低速凸轮驱动气门顶向下
行程，这样获得
的气门开度就较
小。
反之当发动
机在高转速工况
时，控制活塞在
液压的驱动下从
气门座推入到气
门顶中，把气门
座和气门刚性的
连接，高速凸轮
驱动气门座时就能带动气门向下行程获得较大的气门开度。
（2）本田VTEC技术
与保时捷Vario-Cam略有相同，本田的VTEC原理接近，而控制方式不同。
凸轮轴上依然布置有高速凸轮与低速凸轮，但由于本田引擎的气门由摇臂驱动，所以不能像保时捷一样紧凑。
控制高低速凸轮切换的是一组结构复杂的摇臂，通过传感器测出引擎转速，传送到ECU进行控制，并由ECU发出指令控制摇臂。
简单地说，就是这套摇臂能够根据转速不同自动选取1进1排的2气门工作或者2进2排的4气门工作，从而让发动机在高低速工况下都能顺畅自如。
通常，转速低于3500rpm时，各有一支进气、排气凸轮工作，此时发动机近似为一台2气门发动机，这样的好处是，能够增加负压，利于进气；转速超过3500rpm时，液压系伺服系统接到发动机中央控制器ECU指令，对摇臂内机油加压，压力机油推动定时柱塞移动，
使得同步柱塞将高
速摇臂与主副摇臂
刚性连接，此时低
速凸轮虽然转动，
但处于空转状态，
并不参与工作，从
而4支活塞共同工
作，以适应高速运
图5 VTEC机构示意图
转。
（3）宝马Valvetronic技术
图5 宝马Valvetronic技术
与保时捷Vario-Cam、本田VTEC相同的技术还有很多，例如丰田VVT-i，通用ECOtec系列引擎的VVT等等，这些技术能够改变气门升程，但是局限性在于，这些技术都只有“两段式”可调，在气门行程进行变化的一刻会感觉到顿挫感。
由此，宝马对气门行程的调节煞费苦心，开发了一套可以连续可变的气门正时技术，目前号称最具科技含量的气门正时技术。
与众不同的是，宝马采用的是电机驱动的方式，电机的周相运动通过蜗杆传动齿轮，准变为摇臂的控制角度变化，然后在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。
通过改变摇臂的角度即可改变气门的行程。
由于采用了电机控制，在ECU指令下电机能够“无极”变化角度，使得气门升程的改变并不影响引擎工作，没有顿挫感，也更能有针对性地对每个转速范围进行细致的配气分析。
参考文献：
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