11可变进气技术在发动机上的应用

进气 连续可变 大幅度调节
1995 丰田 VVTi
排气 连续可变 大幅度调节 单凸轮 (CIB/SOHC) 连续可变 大幅度调节 (进排气等相位调节)
1997 福特 Zeteci
300ZX 日产
进气+排气 连续可变 大幅度调节 (进排气独立相位调节)
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1996 宝马
优点如上所述，包括进气和排气VCP的优点 但是必需考虑到成本和系统集成带来的问题
可变进气技术在发动机上的应用
主讲：赵铁良 吉利汽车研究院发动机研究所
2007年8月8日
人人是老师
人人是学生
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目录
• • • • •
引言 可变配气相位（VVT） 可变气门升程（VVL） 可变几何形状进气管（VIM） 总结
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引言
• 发动机技术发展趋势 为了应对日益严格的环保、排放、安全等法规要求；为 了满足消费者对产品日益提高的动力性、经济性、可靠性要 求，发动机技术的发展集中在了优化燃烧系统、配气系统、 电子控制系统、新型材料等方面。 • 在汽油发动机方面，吉利已在很多新技术领域开展了研究与 开发。 可变配气系统 VVT—可变气门正时 VVL—可变气门升程 VIM—可变进气歧管
（ECU/EMS）
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系统构成示意图
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相位调节原理框图
转速信号 实际工况点判定 负荷信号 曲轴位置信号 实际相位角计算 VVT 凸轮轴位置信号 OCV VVT MAP ECU
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VVL的种类
VVL按照其控制效果分类： 两段式可变升程 技术代表就是大名鼎鼎的本田VTEC技术和保 时捷的Vairocam技术。 连续可变升程 技术代表是宝马的“电控气门”技术。
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视频演示
伊顿公司作为世界第一大气门、摇臂 的生产企业，为本田开发多款VTEC的摇臂机构。 通过这个视频演示，可以直观看到TEC的两段 式VVL工作过程。 可变升程摇臂.mpeg
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Vairocam技术
Vairocam技术是保时捷的两段式VVL技术。 其工作原理与VTEC基本一致。
实际输出信号
传感器
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“远景”CVVT-i系统的构成
凸轮轴相位传感器及信号轮
传感器
信号轮
实际信号
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“远景”CVVT-i系统的构成
负荷传感器（空气流量计） 电子控制单元
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可变配气相位的提出
• 为了满足不同工况对配气相位的不同要求，配 气相位应该是可调节的。
8 7 6
凸轮升程/mm
Exhaust Intake Exhaust_new Intake_new
5 4 3 2 1 0 -200 -150 -100 -50 0 50 曲轴转角/°CA 100
阀-断电状态
相位器移动到 回位状态
C1
C2 泻油孔
供油方向
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OCV阀工作原理
阀-最大占空比时
相位器移动到 最大行程
C1
C2
供油方向
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OCV阀工作原理
阀-中等占空比时
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四种系统对发动机性能的影响
应用策略 When 公布的优点
提高5-8% 低速端扭矩 提高5%高速端功率 限定NOx排放水平下，HC 排放最大可减少20% 燃油经济性提高1-3% 降低IMEP的循环变动系数 ，提高稳定性 在丰田公布的规划(9/96)中决定要把VVTi技术推广到所有装备汽油 机的汽车中。 限定Nox排放水平下，HC 排放最大可减少20% 燃油经济性提高1-3% 降低IMEP的循环变动系数 ，提高稳定性 最多可以减少 12% 的HC 和 15%的 NOx 燃油经济性提高2-3% 不能改变气门重叠角，系统集成比较复杂 目前的趋势是改单凸轮为双凸轮，使用单独的进气或排气策略。
相位器被保持在 中来自百度文库位置
C1
C2
供油孔阻塞
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可变配气相位技术的发展趋势
• 进、排气双VVT技术 • 全可变配气定时：相位和升程同时可变 • 纯电控VVT技术：彻底取消凸轮轴，每个气门 都通过ECU单独控制
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连续可变VVL
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连续可变VVL
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，
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 度就可以改变气门的行程了。由于是通过电机控制的，所以
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“远景”CVVT-i系统的构成
VVT驱动器（VVT）
电磁液压控制阀（OCV）
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“远景”CVVT-i系统的构成
转速及曲轴位置信号轮及传感器
60-2个齿
缺齿部位
信号轮
发动机 ENG
液压
调整指令
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VVT驱动器及OCV阀工作原理
VVT驱动器及OCV阀工作原理.avi
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VVT驱动器结构
定子螺栓（4 个） 定子 锁销、锁销弹簧和弹簧导承 前盖
150
200
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可变配气相位的优点
• 改善怠速：通过减小重叠角,降低废气回流,使燃烧 更稳定。 • 改善排放：增大重叠角,实现内部EGR。
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可变配气相位的优点
• 提高低速工况扭矩 加大进气提前角减小进气滞后角,为进气提 供足够流通面积,避免混合气倒流。 • 提高高速工况功率 加大进气滞后角,充分利用进气惯性,提高充 气效率。 • 改善燃油经济性 充气效率提高,燃烧更充分。
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VVT
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VVT
• VVT技术是近年来国际汽车业较为流行的一项发动 机技术，对提高发动机的动力性、经济性、降低排 放等都有比较显著的效果。 • 吉利汽车集团最近在全球上市的“远景”车也搭载 了CVVT的1.8L发动机，得到了业界的好评。 • 为了加深对可变配气相位技术的了解，初步介绍一 下可变配气相位技术的工作原理、系统组成等。
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可变配气相位系统的分类
区段调节（略） VVT技术分类 连续调节
进、排气同步调节（单凸轮轴） 进气、排气独立调节 进气调节 排气调节
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各种型式VVT系统的作用
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可变配气相位的提出
• 而实际上不同的发动机工况对配气相位的要求是不 同的。 • 例如： • 怠 速： 最小的进、排气重叠角，以求怠速稳定 • 高速区域：较大的进气滞后角，以利用进气惯性提 高充气效率 • 低速区域：较大的进气提前角，增大进气流通面积； 较小的进气滞后角，以避免进气倒流。
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VTEC
VTEC技术是本田公司的专利技术，它综合集成了VVT 与VVL技术于一身，曾是发动机可变配气技术的代 表。其VVL技术就是典型的两段式可变气门升程技 术。 VTEC是在同一根凸轮轴上设计两种不同的配气正时 和凸轮升程（高速和低速），利用液压进行驱动 转换的装臵。
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但其结构有所不同。本田VTEC采用了组合 式摇臂达到技术目标，而保时捷Vairocam技术 则采用了组合式液压挺柱来实现VVL功能。
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Vairocam技术
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两段式VVL的优缺点
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OCV阀结构
• OCV阀由电磁阀和液压四通阀构成，电磁阀控制 四通阀阀芯的位臵。 • 液压四通阀结构如图 • 所谓四通即四个进出油口：压力油进口、进角、 迟角、回油。 • 电磁阀控制阀芯在不同位臵使VVT进角油腔（或 迟角油腔）与压力油沟通，另一腔与回油腔沟 通，使VVT内转子带动凸轮轴转过一角度。或使 阀芯在中立位臵不动，VVT两油腔压力平衡，使 VVT内转子及凸轮轴保持在某一位臵。
代表机型
吉利 4G18
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丰田VVT-i
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代表机型
凯迪拉克3.6L北极星V6 VVT发动机
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伊兰特G4ED
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VVL
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传统发动机配气机构
• 传统汽油机的配气相位是不可变的！！
发动机运行.avi
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不可变的配气相位图
配气相位图
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固定的重叠角 进、排气凸轮升程
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后盖
转子
油封（4 个）
回位弹簧
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VVT－i驱动器的工作原理
• 描述 –通过控制内转子两侧的机油 流量使其相对于外转子发生 相对旋转，进行相位调节 –机油由发动机的机油泵经四 通OCV电磁控制阀控制后供应. –通过液压控制使转子保持在 中间位臵 –根据曲轴和凸轮轴位臵传感 器信号，由控制软件决定内 转子和外转子的相对位臵
两段式VVL的优缺点
优点
低速扭矩上升2%-3% 最大功率上升3%-5% 低速区油耗平均下降5% 怠速平稳性好
缺点
两段升程过渡工况较唐突， 驾驶感较差 成本高，结构复杂 仍不能达到全工况最佳气 门升程的目标
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连续可变VVL
两段式VVL不具备全工况气门升程可变 的功能。引领世界发动机技术的宝马公司 推出了连续可变的VVL技术。 宝马公司开发的VavleTronic技术，可 以在发动机的大部分工况下，连续改变气 门升程，保证最优化的气门升程匹配。
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OCV阀结构
板-钢 弹簧 轴阀的运动方向
支架-钢（电镀）
绕线架-尼 龙6/6 HS
电枢-钢 制
杯- 不锈钢
阀芯-铝制 内置滤清器
罩壳- 铝 制
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OCV阀工作原理
VVL的概念
• VVL，是英文variable valve lift的简写，意为可 变气门升程。 • 传统的汽油发动机的气门升程是固定不可变的。也 就是凸轮轴的凸轮型线只有一种。这就造成了该升 程不可能使发动机在高速区和低速区都得到良好响 应。传统汽油发动机的气门升程——凸轮型线设计 是对发动机在全工况下的平衡性选择。其结果是发 动机既得不到最佳的高速功率，也得不到最佳的低 速扭矩。但得到了全工况下最平衡的性能。 • VVL的采用，使发动机在高速区和低速区都能得到满 足需求的气门升程。从而改善发动机高速功率和低 速扭矩。