发动机“呼吸”术

wuzhn · 发表于 2009-7-27 14:33:07

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VVT技术细分详解
为了兼顾日益严格的排放法规和车主们油耗低动力足的要求，越来越多的新技术被各大汽车厂商加快步伐开发应用在发动机上。VVT-i，VTEC，DVVT，这些新鲜的名词诚然能带来销售和竞争各种优势，同时一个个的缩略语也让广大的车友车主车迷们有点眩晕，现在我们便对这些汽车“芯”宠来一个汇总讲解。

机构及工作原理：
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为了更好了解这几项技术，在此首先对发动机的配气机构及相关术语进行简单介绍：
配气机构：它是控制气门开闭的机构，就如发动机气缸的呼吸器一样，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜充量的空气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。它一般由凸轮轴、凸轮、气门挺杆、气门和气门弹簧组成。
工作过程：曲轴通过链条或者皮带带动凸轮轴运转，凸轮工作面的旋转过程会顶压气门挺杆，随后气门顶杆就会推动气门向气缸内运动，从而气门被开打；凸轮工作面转过之后，气门会在气门弹簧的作用下回位，从而气门被关闭。

图1：4缸DOHC（双顶置凸轮轴）式发动机的气门驱动系统

wuzhn · 发表于 2009-7-27 14:52:50

重新发图1

wuzhn · 发表于 2009-7-27 15:00:23

1 k h" s0 d2 d+ b* R; s! d9 ]3 a气门正时与升程：7 F2 Z( H% |; n) l

气门的开闭决定了气门正时（进排气门开闭的时间）与气门升程（气门打开的程度），这两个参数是影响发动机性能和充气效率的重要因素。发动机运转过程中，高速和低速时对气门正时的要求是不同的，如下图2所示，低速时应采用小的气门重叠角和升程，防止缸内新鲜空气倒流，以便增加低速扭矩，提高燃油经济性，而高速时却希望有大的气门升程气门重叠角，以便进入更多的混合气以满足高速时的动力性要求。

图2 气门正时、气门升程与发动机转速的理想关系

	进气门（关）	排气门（关）	气门重叠角	气门升程
高速	迟	早	大	大
地速	早	迟	小	小

然而，传统的配气机构无法根据发动机的实际运转情况及时作出调整，这就导致在非设计工况时发动机无法发挥出最佳性能，于是利用可变配气系统调整气门正时与气门升程的技术便应运而生：

wuzhn · 发表于 2009-7-27 15:03:22

主流VVT技术归类分析
这里我们对这些技术分类进行一个简单的整理：

从科学的意义和实现手段上严格分类应该是由上图而来的，但是目前市面上的各种可变配气执行机构被都习惯性称为VVT技术，有的仅仅气门正时可变，有的仅仅气门升程可变，而有的则是两者都可变。尽管VVT技术的实现手段和技术名称各不相同，但是目的都只有一个，就是使发动机在不同转速下有不同的气门重叠角或者气门升程，进而使得发动机高低转速的表现都趋近于完美。而目前市场的主流是VVT-i、i-VTEC与D-VVT技术。下面我们便来详细了解一下这几项技术的结构以及工作原理。

wuzhn · 发表于 2009-7-27 15:05:33

一、VVT-i 技术% m5 a7 E% F1 K3 b6 }2 {

VVT- i 技术在90年代末巳经被丰田采用，现在看来已经不算什么最新技术了，在国内最早应用在威姿1.0和天津特悦以及花冠上。它可以分为两种，一种是可以持续变进气凸轮相位角的叶片式，丰田PREVIA便安装此款。另一种是称为螺旋槽式，可以改变进气门和排气门，丰田凌志400、430等高级轿车安装此款。

1、叶片式VVT-i
叶片式VVT-i控制器可装置在进气凸轮轴或排气凸轮轴的前端（在此以在进气凸轮轴前端的控制器为例），由叶片、外壳、锁销构成。叶片固定在进气门凸轮轴上并一起旋转，正时齿轮与外壳固定，外壳内有油压室。

图3 叶片式VVT-I工作原理
进气提前开启时：油液流向外壳的进气提前开启室，此室内油压升高，锁销解除锁止，叶片被压向进气门提前开启方向，使进气凸轮轴处于进气门提前开启状态；由于排气门的关闭时间不变，所以气门重叠角增加。
进气滞后开启时：机油控制阀右移，进气提前开启室内油液排出，进气凸轮轴向滞后开启的方向转动。机油控制阀根据ECU计算出的各个行驶条件下的最佳气门正时并发出指定动作的。

wuzhn · 发表于 2009-7-27 15:07:17

2、螺旋槽式VVT-i ( o9 }. n; w) p& O! P
螺旋槽式VVT-i控制器可以设置在进气侧皮带轮处，也可以设置在排气侧皮带轮处。此处以进气皮带轮侧的控制器展开，其包括固定在皮带轮上的外齿轮、与进气凸轮轴刚性连接的内齿轮，以及一个位于内齿轮与外齿轮之间的可移动活塞，活塞表面有螺旋形花键并可沿轴向移动，凸轮轴内部有供油油道。

图4 螺旋槽式VVT-I的工作原理
当机油压力施加在活塞的左侧，迫使活塞右移，由于皮带轮与外齿轮被正时齿带固定，因此凸轮轴旋转，使进气门的开启时间提前。
当机油排出压力消失时，活塞将左移，就会使进气凸轮轴延迟某个角度。当得到理想的配气正时，凸轮轴正时液压控制阀就会关闭油道使活塞两侧压力平衡，活塞停止移动。

wuzhn · 发表于 2009-7-27 15:09:51

二、DVVT（双VVT）技术8 g( ]* E7 z& k+ `

如果对进排气门的开闭时间同时做出调整，就成了所谓的双VVT技术即DVVT，原理是通过增加的液压系统使得配气相位根据发动机的转速负荷连续改变。这样无疑成本和复杂程度都高了，但是却获得与转速更加匹配的气门重叠角，拥有更高的充气效率。宝马的Double Vanos就属于双VVT，进气门相位在0°-40°之间调节，排气门相位在0°-25°之间调节。丰田的新卡罗拉也匹配了双VVT技术，与旧款1.8L排量的4缸机进气VVT相比，最大功率由93千瓦/6000转提升到100千瓦/6000转，最大扭矩也由161牛米/4400转提高到175牛米/4200转。

三、i-VTEC技术 # x* P) s/ `8 G2 I4 f" P4 t3 d) }

以上的VVT技术都只改变了气门的开闭时间，但是本田的i-VTEC与丰田的VVTL-i技术却对配气相位与气门升程同时作了调整，但是相比较而言本田i-VTEC技术的应用更加成熟一些，例如本田飞度都采用了此技术，动力性与燃油性能都很出色，1.3L与1.5L的最大功率分别为73KW、88 KW，百公里理论油耗分别为4L与5L左右。
而1995年，本田就开发出了进气门连续可变机构，之后VTEC的进排气门均可变，随后又推出了改进型i-VTEC。VTEC以及i-VTEC气门升程的控制，主要是依靠一套两个低速凸轮中间设置高速用凸轮的装置实现的：

图5 本田i-VTEC的工作原理
低速工况下凸轮推动左右两侧的摇臂开闭气门，虽然高速凸轮同样旋转，中间摇臂也动作，但是由于与推动气门的两侧摇臂没有连结，所以与气门控制没有关系。发动机高速时，中间摇臂的活塞被油夜挤压后使两侧摇臂与中间摇臂连结成为一体，从而高速用凸轮推动左右两侧的摇臂，进而控制气门的开闭。i-VTEC凸轮相位的改变是通过安装在进气门凸轮轴上的皮带轮实现的。
总结：
面对这一系列各式各样的VVT技术，新的疑问也就接踵而至了：哪种技术最好呢？如果非要做个比较的话，我们可以得出这样的结论：两段式三段式的非连续可调不如CVVT，单独改变进气正时或者排气正时的VVT技术比起进排气一起调节的DVVT还是稍逊一筹；而气门升程与气门正时同时可调（i-VTEC）使得发动机的低负荷经济性和高负荷的动力性非常令人满意，但是动力输出的平顺性打了折扣。

迪斯 · 发表于 2009-7-27 16:11:27

不错，谢谢楼主

caiwq007 · 发表于 2009-9-17 13:13:57

很好 1# wuzhn

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