可变配气相位技术

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。

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。

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。

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。

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。