可变配气正时与气门升程机构

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。
中速，油压（如图3-22所示的图中橘色的部份）将右侧及左侧 的摇臂连接在一起，这时中置摇臂仍独立运作，即然右凸轮大 于左凸轮，因此这两侧的摇臂皆由右凸轮所带动，结果将使得 进气门得到慢正时、中升程。
发动机高速运转，且发动机转速、负荷、冷却液温度及车速均 达到设定值时，电磁阀通电，油道打开。在机油作用下，同步活 塞A和同步活塞B分别将主摇臂与中间摇臂、次摇臂与中间摇臂插 接成一体，成为一个同步工作的组合摇臂。此时，由于中凸轮升 程最大，组合摇臂由中凸轮驱动，两个进气门同步工作，进气门 配气相位和升程与发动机低速时相比，气门的升程、提前开启角 度和迟后关闭角度均较大。此时配气机构处于双进、双排气门工 作状态。
市面上的大部 分气门正时系 统都可以实现 进气门气门正 时在一定范围 内无级可调， 而少数发动机 还在排气门也 配备了VVT系 统，从而在进 排气门都实现 气门正时无级 可调（就是DVVT，双VVT 技术），进一 步优化了燃烧 效率。
丰田的VVTL-i发动机全名就是-Variable Valve 正时 & 升程 Intelligent，它跟VVT-i是不同的发动机，这发动机也用类似Honda VTEC的原理，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（凸轮），也利用“摇臂”的机置来决定是否顶到高 角或小角度的凸轮，而作到“可连续式”地改变发动机的正时（正 时），重叠时间（重叠相位角）与“两阶段式”的升程（升程）！如 图3-27所示。
VVTL-i上以摇臂中的“销块”来巧妙地决定是否顶到那种角度的 凸轮， VVTL-i则在VVT-i发动机上再多了于“摇臂”与“凸轮轴”内 下功夫，它这回就运用到跟VTEC一样的方法来解决发动机在高转速时 所需要更多的气门重叠时间与气门的开关升程深度，稍微不同的地方 在摇臂内VVTL-i通过油压来使一个小销的移动来决定顶到那种尺寸的 凸轮！如图3-29所示。
2）液压挺柱工作示意

液压挺柱特点 零气门间隙 结构复杂 加工精度高 磨损后无法 调整，只能 更换
呼吸之道 新授
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。
VTEC工作原理
四个活塞 安装处
VTEC工作原 理
VTEC
VTEC (低速)
凸轮铀
摇臂铀 凸轮
（低速）
凸轮
摇臂
VTEC电磁阀
CMP(凸轮铀转 角)传感器 MAP(进气歧管绝 对压力)传感器 VSS(车速)传感 器 ECT(发动机冷却 液温度)传感器 排气门 TDC(上止点) 进气门
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机油泵
VTEC (高速)
上文VTEC切换至高角度凸轮的时机，是在引擎达到4800转以 上、水温高于60度，并在进气歧管内的负压指数符合原厂设定值 后，便会开启VTEC电磁阀，将油压导入摇臂内以推动自由活塞， 使高角度凸轮开始介入，延长进气门关闭时间，提高引擎于高转 速时的进气量。
思域的R18A1发动机
R18A发动机
可变长度进气歧管示意图，如图3-25所示。
可变配气正时与 气门升程机构
复习回顾：
1、同名凸轮的相对位置？ 2、凸轮轴的轴向定位方式？ 3、液压挺柱的工作原理？
同名凸轮相对位置



相关因素 凸轮轴旋转方向 发动机点火顺序 气缸数 作功间隔角 四缸机: 发火顺序 ？ 作功间隔角： ？曲轴转角 ？凸轮轴转角 同名凸轮夹角 90º 六缸机: 发火顺序？ 作功间隔角 ？曲轴转角 ？凸轮轴转角 同名凸轮夹角 60º
低、中转速时，凸轮轴上只有中低速凸轮顶到摇臂，VVTL-i在发 动机转速低时，虽然凸轮轴一样地在转动，但是，由于摇臂内的销块 未移动， 所以是中低速凸轮部分有效地顶到摇臂，进而驱动到气阀 的开关，如图3-30所示。此时，大角度的凸轮一样在转动，但是却是 无效地空转。
可变气门正时与升程
1．本田发动机的VTEC与i-VTEC技术
VTEC全名就是Variable valve Timing & lift Electronic Control system，翻成中文是“电子控制可 变气门正时和升程”系统如图3-20。


VTEC
“最贵的东西不一定是最赚钱的，最赚钱的东西不一定是 最好的。”很容易就能在汽车行业内找到这一句话的例证， 大家都说日系车厂精明，是因为他们都把最好的 东西用在刀 刃上。要论到最顶尖的发动机技术、最强劲的动力输出，在 超级跑车的圈子里面似乎不多见日系车的身影。但要论到年 产量的大小，似乎排在前几名都是 我们熟识的日系厂商标。 他们把最好的资源都投入到研发更能兼顾动力和油耗的机型， 以更适应消费者需求的产品来争夺市场。日系品牌众多发动 机在国内有着相当 可观的保有量，而要数最经典的4款莫过 于本田i-VTEC系列、丰田VVT-i系列、日产VQ系列和三菱的 4G系列发动机。下文我们先对本田的i- VTEC系列发动机作 深入研究。
VTEC工作原理
发动机低速时，电磁阀断电，油道关闭。在弹簧作用下，各 活塞均回到各自孔内，三个摇臂彼此分离。此时，主凸轮通 过主摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆（不起 作用），次凸轮升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量 开闭，以防止进气门附近积聚燃油。配气机构处于单进、双 排气门工作状态。
VVT-i 控制器通过转动凸轮轴，从而达到气门的正时改变（此为 VVTL-i的凸轮轴）。VVT-i发动机是如何做到变化进气时的气门正时 的呢？它就是在如图3-28中，有一个VVT-i控制器，通过转动此控制 盘，而来提早或延迟气阀的开与关的时间。所以，VVT-i与BMW Vanos 一样的原理，VVT-i用类似的机置来做到“连续式”的可变气门正时， 只是VVT-i是用电动方式来驱动控制器，而Vanos则是用油压的方式， 两者皆能跟着不同发动机转速来达到气门正时的连续性变化！
凸轮轴轴向定位

轴向定位 方式 凸肩定 位 止推板 定位 止推螺 钉定位
液压挺柱
推杆 支座 柱塞
柱塞 腔 单向 阀
平面 液压 挺柱 套筒 腔
滚子 液压 挺柱
液压挺柱工作原理

气门关闭
凸轮基圆接
触挺柱体 柱塞上移 单向阀打开 套筒腔低压

气门开启
凸轮接触挺
柱体 柱塞下移 单向阀关闭 套筒腔压力 升高
在低速和怠速工况下，系统缩小进排气时间使得配气相 位的重叠角减小，从而改善低速下的扭矩表现，而高速下则 适当增加配气相位重叠角以提高提升马力。
双顶置凸轮轴
DOHC， Double Overhead Cam 双顶置式凸 轮轴 有两个顶置凸轮放在汽缸体上.第一个 用于带动吸气阀门,第二用于带动排气阀门.
VTEC发动机每缸有4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，但与 普通发动机不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。中、低转速用 小角 度凸轮，在中低转速下两气门的配气相位和升程不同，此时一 个气门升程很小，几乎不参与进气过程，进气通道基本上相当于单 进气门发动机。而在高转速时，通过 VTEC电磁阀控制液压油的走 向，使得两进气摇臂连成一体并由开启时间最长、升程最大的进气 凸轮来驱动气门，此时两进气门按照大凸轮的轮廓同步进行。
与低速运行相比，大大增加了进气流通面积和开启持续时间， 从而提高了发动机高速时的动力性。这两种完全不同性能表现的 输出曲线，本田的工程师使它们在同一个发 动机上实现了。
可变配气相位控制系统VTEC
中凸轮升程最大，次凸轮升程最 小。 主凸轮的形状适合发动机低速时 单气门工作的配气相位要求；中 凸轮的形状适合发动机高速时双 进气门工作的配气相位要求。
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。
所以为了解决这个问题，就要求配气相位角大小可以根 据转速和负载的不同进行调节，高低转速下都可以获得理想 的进气量从而提升发动机燃烧效率，这就是可变气门正时技 术开发的初衷。
凸轮轴
摇臂轴 凸轮
摇臂
VTEC电磁阀
CMP(凸轮铀转 角)传感器 MAP(进气歧管绝 对压力)传感器 VSS(车速)传感 器 ECT(发动机冷却 液温度)传感器 排气门 TDC(上止点) 进气门
机油泵

但是VTEC系统对于配气相位的改变仍然是阶段性的，也 就是说其改变配气相位只是在某一转速下的跳跃，而不是在 一段转速范围内连续可变。
虽然可变气门正时技术在各个厂商的称谓都各不相同，但是实现的方式大多大同 小异，以丰田的VVT-i技术为例，其工作原理为：系统由ECU协调控制，来自发 动机各部位的传感器随时向ECU报告运转工况。由于在ECU中储存有气门最佳 正时参数，所以ECU会随时控制凸轮轴正时控制液压阀，根据发动机转速调整 气门的开启时间，或提前，或滞后，或保持不变。
VTC
VTC
VTC (延迟)
延迟腔
叶片
VTC作动器
ECU
发动机负荷
VTC机油控制电磁阀
①
发动机转速
VTC (提前)
提前腔
叶片
VTC作动器
ECU
发动机负荷
VTC机油控制电磁阀 ②
发动机转速
发动机停止时
壳体
叶片
发动机工作时
油压力
i-VTEC

虽然发动机上同样打着光亮的i-VTEC标志，东风本田思 域的R18A1发动机的i-VTEC却有着另一层深意。上文的iVTEC机构的作动目的在提高马力输出，但这颗R18A1引擎iVTEC机构的作用是省油。


VTEC介绍
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 Valve Timing 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。
为了改善 VTEC系统的性能，本田不断进行创 新，推出了i-VTEC系统。增加了一个称为VTC （Variable timing control“可变正时控制”） 的装置——一组进气门凸轮轴正时可变控制机构， 即i-VTEC=VTEC+VTC。此时，进气阀门的正时与开 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，这在很大程度上提高了发动机的性能。
2．丰田发动机的VVTi与VVTLi技术
1995年，装备改进版VVT系统的VVT-i面世了，装备的发动机是当 时另一副性能发动机1JZ-GE。VVT-i中多出的I，意思是Intelligent -“智能”，VVT-i取消了两段式的开启和关闭选择，演化成为可以对进 气侧凸轮轴进行无级地提前或延后的工作，就像普通的自动变速箱与 CVT变速箱间的区别一样。除了控制系统的升级以外，VVT-i工作的原 理上与VVT基本上是相同的。如图3-26所示。
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。
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。
i-VTEC技术不单只是本田的看家本领，更是各 大厂家大同小异的“CVVT” 可变气门正时技术的鼻祖。 自新一代飞度1.3L车型弃用 i-DSI引擎转投 i-VTEC阵型 后，本田正式对其在国内的 所有车型普及i-VTEC发动机 。小至1.3L的低排量，大到 2.4L排量，无论是两厢小车 还是MPV或者 SUV，只要挂 的是本田商标，打开引擎盖便能看到那银色的一 串英文字母。到底这简单的5个英文字母背后到 底包含了什么独到技术呢？