可变气门技术原理最新发展趋势与展望.doc
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安徽工业大学2013-2014学年
第一学期《发动机原理》课程论文
论文题目：
可变气门技术原理、
最新发展趋势与展望
论文编号：
01
姓名：
学号：
班级：
车辆工程
目录
一、可变气门技术研究发展的历史和现状
二、可变气门技术的分类及实现途径
2.1按照控制参数的不同分类
2.2按照有无凸轮轴分类
三、发动机可变气门正时的机构运作
四、前期发动机可变气门正时技术原理以及实际应用
4.1早期的可变气门技术
4.2本田VTEC系统
4.3宝马VANOS系统
4.4丰田VVT-i系统
五、21世纪新发动机可变气门正时技术原理
5.1丰田VVTL-i技术
5.2本田i-VTEC系统
5.3宝马ValvetronicValvetronic系统
六、可变气门技术发展趋势与展望
七、参考文献
可变气门技术原理以及最新发展趋势与展望
摘要：
解决发动机燃油经济性与排放性能之间的矛盾一直是汽车发动机技术不断发展的关键，而发动机可变气门正时技术便是解决这一问题的方案之一，本文介绍了发动机可变气门正时技术在各大公司所推出的具有代表性的系统，例如宝马公司的Valvetronic系统能使发动机在进新鲜空气时更顺畅，而且还可对其升程进行连续性微调。
提出随着可变气门正时技术的逐渐成熟并被高性能发动机采用，因此能提高发动机的动力性和经济性，降低排放。
关键词：
发动机；可变气门技术；气门正时技术；气门正时；气门升程；
Abstract:
Thesolutiontoeliminatetheconflictbetweenenginefueleconomyandemissionsperformancehasbeenthekeytothedevelopmentofenginetechnology,andenginevariablevalvetimingtechnologyisraisedbyoneoftheoptions.ThispaperintroducestherepresentativesystemsadoptingthetechnologyofVVTpromotedbydifferentcompanies,SuchasthesystemofValvetronicpromotedbyBMWwhichenablesamuchsmootherinhalationofanengineaswellassuccessivefineadjustmentstoitslift.ThispaperalsopointsoutthatwiththeincreasingmatureofthetechnologyofVVTanditsadoptionbyengineswithhigh-performance,thepowerandeconomyofenginecouldbeenhancedandpollutioncouldbereduced.
Keywords:
Engine;VVT;VTEC;Valvetiming;Valvelift;
发动机的实际运转速度并不是一成不变的，而是像人跑步一样，时而急促，时而平缓，那么调节好自己的呼吸节奏尤其重要。
所以，汽车发动机有一套专门调节“自己呼吸”的技术，即发动机可变气门技术。
可变气门即汽车发动机气门正时的机构和技术，也叫连续可变气门正时系统，当今高性能发动机普遍配备该系统。
该系统通过配备的控制及执行系统，对发动机凸轮的相位或者气门升程进行调节，从而达到优化发动机配气过程的目的。
一、可变气门技术研究发展的历史和现状
可变气门技术可以带来非常具有吸引力的发动机性能改善效果，因此自从发动机开发之初，工程师们就梦寐以求地渴望实现发动机气门的可变控制。
最早的关于可变气门技术的专利是在1880年，英国人DugaldClerk发明了一种用于煤气发动机上的可变气门机构。
1918年，发明家S·哈尔腾博格获得了一项将汽油机凸轮轴转过一个角度的专利。
从1880年到1990年的110年间，仅美国专利局大概有800项关于可变气门技术的专利，其中大部分是在1985年～1987年间获得的，同时广大研究者也发表了大量关于可变气门技术研究的文章。
世界上最早投入成批生产的可变气门机构是AlfaRomeo公司于1983年用于双凸轮轴两气门发动机上的两点式可变凸轮轴相位装置；1987年，Nissan公司在其部分发动机上也使用了调节凸轮轴相位的可变气门机构。
即使如此，还是没有设计出令人满意的可以广泛应用于产品发动机的可变气门机构
20世纪90年代中后期，研究人员开始发起了无凸轮气门机构的研究。
其中，英国Lotus公司，美国Ford、Sturman公司，Bosch/AVL公司等分别展开了电液驱动式气门机构的研究。
FEV、Aura、Honda、BMW、Visteon等公司等分别展开了电磁驱动式气门机构的研究。
但是无凸轮的气门机构目前还主要处于研究阶段，还未见到其大量应用于实际车用发动机的研究报道。
在国内，可变气门技术的研究从20世纪90年代逐步开始。
90年代中期，研究人员开发出了一种用谐波传动实现的可变凸轮相位机构，可实现小级差的多级调相。
2000年后，吉林大学、上海交通大学与长春汽车研究所等设计了一种液压张紧器式的可变配气相位机构，可使气门实现两级式变化（进气门：
提前15°CA，滞后13°CA），清华大学开展了电磁驱动式气门机构的研究，浙江大学对电磁驱动式气门机构进行了模型的仿真研究。
但与国外相比，可变气门技术只是局限于实验室研究，还没有形成具有自主知识产权的，可以广泛应用于车用发动机的可变气门机构。
二、可变气门技术的分类及实现途径
2.1按照控制参数的不同分类
可变气门机构是多种多样的，其分类方法也不尽相同。
按照控制参数的不同，可变气门技术可以分为以下两大类：
（1）可变气门正时（VariableValveTiming,VVT），即气门开启与关闭时刻可变。
根据气门开启持续期的变化情况，可变气门定时又可分为两类：
a可变气门相位（VariablePhase,VP），即在气门开启持续期和升程曲线不变的前提下，同时改变气门的开启时刻和关闭时刻.
b可变气门相位与持续期（VariableEventTiming,VET），即在改变气门定时的同时也改变了气门开启持续期。
实际的发动机工作中，为了增大气缸内的进气量，进气门需要提前开启、延迟关闭；同样地，为了使气缸内的废气排的更干净，排气门也需要提前开启、延迟关闭，这样才能保证发动机有效的运作。
（2）可变气门升程（VariableValveLift,VVL）。
这类机构主要是改变了气门开启的最大升程，按照气门定时和持续期的变化情况又可以分为两类：
a.可变气门升程与定时VLT（VariableLiftandTiming），即在改变升程的同时改变了定时与开启持续期.
b.气门升程单独可变，即能在保持气门的定时和开启持续期不变的条件下，单独改变气门的最大升程.
活塞式四冲程引擎都由进气、压缩、做功、排气4个冲程完成，我们关注的是气门开启程度对引擎进气的问题。
气缸进气的基本原理是“负压”，也就是气缸内外的气体压强差。
在引擎低速运转时，气门的开启程度切不可过大，这样容易造成气缸内外压力均衡，负压减小，从而进气不够充分，对于气门的工作而言，这个“小程度开启”需要短行程的方式加以控制；而高速恰恰相反，转速动辄5000rpm，倘若气门依然羞羞答答不肯打开，引擎的进气必然受阻，所以，我们需要长行程的气门升程。
往往，工程师们既要兼顾引擎在低速区的扭矩特性，又想榨取高速区的功率特性，只能采取一条“折中”的思路，到头来引擎高速没功率，低速缺扭矩……
1989年本田首次发布了“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”，英文全称“VariableValveTimingandValveLifeElectronicControlSystem，也就是我们常见的VTEC。
此后，各家企业不断发展该技术，到今天已经非常成熟，丰田也开发了VVT-i，保时捷开发了Variocam，现代开发了DVVT……几乎每家企业都有了自己的可变气门正时技术。
一系列可变气门技术虽然商品名各异，但其设计思想却极为相似。
2.2按照有无凸轮轴可分
（一）实现可变气门技术有多种途径，按照有无凸轮轴可分为以下两类：
a基于凸轮轴的可变气门机构
b无凸轮轴的可变气门机构
三、发动机可变气门正时的机构运作
曲轴经由齿状的传动装置带动凸轮轴转动，使得气门在做开启与关闭的动作时会与曲轴的转动角度形成一定的对应关系。
而气体的流动会随着发动机运转速度的快慢而改变，如何使汽缸在不同的转速下都能够获得良好的进气效率？
为此必须改变气门开启与关闭的时间。
经由安装在凸轮轴前端的油压装置使凸轮轴可以另外做一些小角度转动，以使进气门在转速升高时得以提早开启。
采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能。
发动机转速不同，要求不同的配气定时。
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。
四、发动机可变气门正时技术原理以及实际应用
在汽车发动机技术的发展历程中，可变化技术日益得到重视，其可以随着使用工况及要求的变化，或者为了解决矛盾及避免发动机的不正常工作现象的出现，使相关系统的结构或参数作出相应的变化，从而使发动机在各种工况下，各种性能都能得到较好地提高，而且避免不正常燃烧及超负荷现象的产生。
可变化技术包含的内容很多，如可变进气系统、可变气门技术、可变增压系统及可变喷油系统等。
下面介绍可变气门技术在现代汽车上的应用。
4.1早期的可变气门技术
近年来，发动机可变气门正时技术（VVT，VariableValveTiming）被广泛应用于现代轿车上，发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高。
尤其是现在混合动力汽车的不断发展，其也能借着这项技术更自由地变换动力模式（如停车怠机），使其内燃机的污染度进一步降低。
宝马与丰田公司的骄傲之作VANOS与VVT-i最早解决了这个问题，而最早在可变气门发动机上获得表现的当属于本田公司于80年代中期推出VTEC发动机。
4.2本田VTEC系统
本田VTEC系统“VTEC”为“VariableValveTimingandLiftElec-tronicControlSystem”的缩写，中文意思为“可变气门正时及升程电子控制系统”。
VTEC作为丰田公司在1989年推出的专有技术，它能随发动机转速、负荷及水温等运行参数的变化而适当地调整配气正时和气门升程，使发动机低速时发出大扭矩，在高速时发出高功率。
VTEC系统的发动机有中低速用和高速用2组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的自动操纵，进行自动转换。
采用VTEC系统，保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求，使发动机无论在何速率运转都达到动力性、经济
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