[知识]VVT是发动机可变气门正时技术(VariableValveTiming)

[知识]VVT是发动机可变气门正时技术(VariableValveTiming) VVT是发劢机可变气门正时技术(VariableValveTiming)的简称 默认分类 2010-08-11 14:30:48 阅读145 评论0 字号:大中小 订阅 VVT是发动机可变气门正时技术(VariableValveTiming)的简称。发动机可变气门正时技术是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，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。 可变气门正时在发动机高速运转的时候，需要较大的气门叠开角来达到充气充分的目的。而在发动机怠速的时候，气门叠开角应该相应变小，达到降低排放的目的。传统的固定相位角的凸轮轴由于相位角已经固定所以不能满足这种要求。而VVT技术可以通过螺旋槽式VVT-i控制器调节凸轮轴调节气门开闭，满足不同工况需求，达到增加功率、减少油耗，改善排放的目的。奇瑞系列发动机不仅在进气门调节上使用该技术，而且在排气门控制上，同样使用了该技术，称作VVT2(可变进排气门正时)技术。 稍懂一点汽车发动机知识的朋友都知道，为了提高进、排气效率，进气门和排气门的开启时间是有一定的重合的，但是由于发动机转速的变化，所需的重合时间不同，以往的发动机无法兼顾高转速状态和低转速状态气门的最佳开闭时机，只能选择折中的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，而采用了VVT技术之后，可以使气门开闭随着转速的变化而变化，从而提高发动机的进、排气效率，使得汽油燃烧更加充分，燃烧效率提高，发动机的扭矩和功率也得到进一步的提高，从而达到改善动力性和燃油经济性的目的。 近几十年来，基于提高汽车发动机动力性、经济性和降低排污的要求，许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展和完善阶段，有可能成为未来内燃机技术的发展方向。 如今如本田的i-VTEC、丰田的VVT-i等也都是源自VVT的发动机控制技术。对于一台4冲程发动机，按照很多人的理解，做功冲程末，活塞处于下止点时排气门开始打开，发动机进入排气冲程，直到活塞到达上止点，排气门关闭，进气门打开，发动机进入吸气冲程。当活塞正好运行一周重新回到下止点时，进气门关闭，发动机进入压缩冲程。 然而，可能和与人们的直觉不同的是，这样的气门正时效率并不是最优的。让我们先来考虑一下排气门开启的时机。如果比活塞到达下止点提前一点就开启排气门会怎么样呢,从直觉上，这时废气仍可推动活塞做功，如果打开排气门开始排气，此时气缸内的压强就会降低，能量的利用率也就降低了，发动机性能也会随之下降。是这样吗,其实也不一定。 我们知道，排气时活塞会压迫废气从而反过来对废气做功，这个过程会消耗一部分发动 机已经获得的能量。如果在缸内压强相对较高时提前开始排气，排气过程就会更顺畅，从而在排气冲程减少了能量消耗。这样，一得一失，怎么才会最合算呢,考虑到活塞在下止点附近一定角度内垂直运动距离其实非常短，实际的发动机略微提前打开排气门效果会更好一些。再来看进气门关闭的时机。 如果在活塞越过下止点一定角度，开始压缩冲程之后再关闭进气门。如何呢,直观的感觉可能是，这时活塞已经开始上升，刚刚吸入的可燃混合汽岂不是又要被排出去一部分,性能会不会下降,答案是:只要时机适当，这样做反而可以增加吸气量，改善性能。因为在吸气冲程可燃混合汽被活塞抽入汽缸，进气门附近的气流速度可以高达每秒两百多米，而我们前面说过，在下止点附近活塞的垂直运动相对很慢，汽缸内体积变化并不大。此时进气岐管内的可燃混合汽靠惯性继续冲入气缸的趋势还是占了上风。 说到这里，对一些VVT技术有所了解的兄弟可能要不耐烦了:讲了这么多，和VVT边还没沾呢～不要急，还没讨论排气门的关闭时机和进气门的开启时机呢。这是大家可能都想到了，排气时同样会形成高速气流，如果排气门也在活塞越过上止点一定角度之后再关闭，虽然活塞已经开始下降，排气门附近的废气仍就会继续排出。但是此时进气门不是已经开启了吗,废气难道不会涌入进气岐管, 事实上，这又是个时机问题，燃烧室内的废气涡流的方向决定了废气短时间内是不会流向排气门对侧的进气门的，于是，一边进气一边排气的局面是完全可以实现的。事情还可以更理想。由于大部分废气在排气冲程中前期就已排出，并且在排气岐管中形成了高密度的高速气流，冲向排气管方向。这部分废气越是远离气缸，对于缸内尚未排出的废气来说，其需要填充的体积就越大，相应的平均压强也就越低。低到什么程度,低到活塞尚未到达上止点之前，缸内压强可能就已经低于进气岐管内可燃混合汽的压强了。如此看来，进气门也应当提前一点开启才好。 动力性经济性看图吧 是在找不到数据 『可变气门正时理论图解』 前边讲到了进气门和排气门同时打开的情况，也就是进气门和排气门的重叠。重叠持续的相对时程可以用此间活塞运行的角度来衡量，这样就可以抛开转速，把它作为系统的固有特性来看待了。重叠的角度通常都很小，可是对发动机性能的影响却相当大。那么这个角度多大为宜呢, 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，但是前面讲到的进气岐管或排气岐管内的气流也越快。想想看，这时发动机需要尽可能长的吸气和排气时间，而且也有有利条件可以利用，还犹豫什么,只要重叠的角度大一些不就行了,当然，也不能太大，前边说了，这里有个时机问题，重叠角度太大肯定也不好，要不干脆让进气门和排气门同时开闭得了。很显然，这个时机是与转速有关的，转速越高，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，发动机就容易得到较高的最大转速，也就容易获得较大的峰值功率。但在低转速工况下，这样的系统重叠角度肯定就偏大了，废气就会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，ECU也会难以对空燃比进行精确的控制，最终的效果是怠速不稳，低速扭矩偏低。相反，如果配气机构只对低转速工况优化，发动机的峰值功率就会下降。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。 说到这里，我们终于和VVT的主题接近一些了。不过还是再耐心一下，前面讲了半天， 都只把注意力放在发动机的动力性方面了，下面让我们看看重叠角度对发动机的经济性和排放的影响。可能大家都知道，发动机的油耗转速特性曲线是马鞍形的，转速太高，超过了一定的范围，可燃混合汽的燃烧就会越发的不充分，发动机的经济性和排放特性都会恶化，尤其如今发达国家的环保法规日益严格，问题就变得更加严重。 于是，很多厂商就采用复杂的废气再循环(EGR)装置来改善发动机的高转速经济性和排放。顾名思义，EGR装置的作用就是吸入部分废气，使其中的尚未燃烧的可燃物质有机会继续燃烧，部分有害中间产物得以分解。不难想到，如果此时将进气门和排气门的重叠角度调得高一点，略微超过原来所说的对动力性来讲最合适的角度一些，就会有部分废气和新鲜的可燃混合汽混合，提高了发动机的空燃比，使燃烧更充分，排放更清洁。大家可能发现了，这简直就是不需要额外装置的EGR技术嘛～然而很不幸，这种偏大的重叠角度设置，同样使发动机难以提供令人满意的低转速性能。 好了，现在不用我说，大家也知道为什么我们如此重视VVT技术了吧～各个厂家的VVT技术千差万别，共同之处就是都要对气门正时进行调节，使发动机在不同的转速下进气门和排气门能有不同的重叠角度，从而改善前面说的那些问题。改变气门正时可以有很多不同的方法，但最主要的无外乎两大类，一类是改变凸轮轴的相位，再一类就是直接改变凸轮的表面形状。想想看就知道，改变凸轮的表面形状哪可能容易呢,所以第一类VVT比较容易实现些。 回到Valvetronic，它依然保留了DoubleVANOS可变进、排气凸轮轴相位的气门正时调节系统，那么它又是如何实现对气门升程进行连续调节的呢,BMW为此增加了一种额外的偏心轴，凸轮轴则又通过一个额外的摇臂系统驱动传统的气门摇臂，并且该附加摇臂与气门摇臂的接触的角度取决于附加偏心轴的相位。附加偏心轴的相位可以由一个ECU控制下的调节装置来调整，从而使附加摇臂的角度发生变化，这样，对于相同的凸轮运动，传递到气门摇臂上的反应就可以不同，气门的升程也就会相应发生变化。 从BMW的资料看，Valvetronic系统对气门开放时程的影响应当不大，调节的只是气门升程。不过，气门开度很小的时候，气体的进出效率是很低的，如果考察气门开度超过一定程度的持续角度，姑且称之为有效的气体交换时程，通常也是随气门升程的增加而增加的。为了限制发动机的复杂度，目前实际应用的Valvetronic系统在气门升程方面，调整的只是进气门。尽管理论上类似系统也可以作用于排气门，但那样的话整个配气机构就过于复杂了。就目前Valvetronic的发展情况来说，由于参与气门运动的机件还是太多，高转速下机械能损耗就大，不利于提高发动机的最大转速。所以在提高升功率方面，Valvetronic的表现是不及一些诸如VTEC之类的更简单的气门升程调节系统的，它的优势在于综合能力，在于发动机经济性的提高。 如果说VVTL-i、i-VTEC和VarioCamPlus是融合了第一类和第二类VVT的话，Valvetronic在可变气门升程方面采用的方式似乎可以看作是独辟蹊径的第三条道路。还有其他的VVT吗,有。BMW的工程师强调对气门升程进行调节，Rover的工程师则选择了气门的开放时程作为调整的目标。在RoverVVC中，由于凸轮可以受设计独特的偏心轮驱动，其转动并非匀速，这样一来，在调整气门正时的同时，气门的开放时程也发生了改变，尽管升程并没有变化。VVC系统相当复杂，我也没见过具体的结构图，对其具体原理也不太清楚，只知道它通常只用于调节进气门，而且可以做到连续的改变进气门正时和开放时程。疯狂的英国人～ 本文写到这里，还从来没有提到Mercedes-Benz发动机的VVT技术呢，很多人会感到奇怪了吧,其实尽管Mercedes-Benz发明了无数的电子技术，各种新配置总是层出不穷，D-C在发动机方面却一贯比较保守，目前为止，它的确在VVT领域走在了后面，大部分车型的发动机实在是乏善可陈，还是多年未变的每缸三气门SOHC结构，也没有使用任何VVT 技术。所以，Mercedes-Benz车在同级车中往往是升功率偏小，动力一般，油耗不低。然而世事无绝对，最近我也注意到，在新款CLK等车型上，D-C也在暗暗的抛出猛料。 不但顺应主流，改为使用四气门DOHC结构，什么汽油直喷，双火花塞，VVT全都一下子冒了出来。永远不要低估D-C的技术储备，它的VVT是和Valvetronic一个水平的:两个凸轮轴的运动通过三个摇臂系统复合在一起，理论上，可以同时提供进、排气门的正时、开放时程和升程调节。听上去不错,还有呢～在D-C正在开发的另一套VVT系统中，发动机的凸轮轴被彻底的抛弃了，每个气门，或每几个气门的动作直接由专门的电磁系统驱动，ECU需要它们怎么动，它们就怎么动，这也正是VVT技术追求的最高境界～相信各个大厂都有类似的努力吧～ 也就是说，如果配气机构的设计是对高转速工况优化的，发动机就容易得到较高的最大转速，也就容易获得较大的峰值功率。但在低转速工况下，这样的系统重叠角度肯定就偏大了，废气就会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，ECU也会难以对空燃比进行精确的控制，最终的效果是怠速不稳，低速扭矩偏低。相反，如果配气机构只对低转速工况优化，发动机的峰值功率就会下降。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。 VVT(可变正时气门技术) 发动机可变气门正时技术( Variable Valve Timing，缩写为VVT)也是当下热门的发动机技术之一，它通过对气门的控制进行进排气的配气，近些年被越来越多地应用于现代轿车上。气门是由引擎的曲轴通过凸轮轴带动的，气门的配气正时取决于凸轮轴的转角。在普通的引擎上，进气门和但是气门的开闭时间是固定不变的，这种不变的正时很难兼顾到引擎不同转速的工作需求，VVT 就能解决这一矛盾。简单地说，就是改变进气门或排气门的打开与关闭的时间，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。目前的气门可变正时系统调节方式有两种:一种是通过调节气门的开闭时间从而达到调整“呼吸”量的效果;另一种是通过调整气门行程改变单位时间的进气流量。但是由于多摇臂和凸轮组机构的介入使得i-VTEC发动机的配气系统相对复杂，运转噪音大，维修使用的成本也大幅增加。 VVT发动机的优点:经济节油 VVT发动机的缺点:不能连续改变气门开启的时间，构造复杂、使用和维修成本偏高 D-VVT发动机是VVT的延续和发展，它解决了VVT发动机未能克服的技术难题。 DVVT即进排气双连续可变气门正时(Dual Variable Valve Timing)，它可以说是目前气门可变正时系统技术中最高级的形式。 D-VVT发动机采用的是与VVT发动机类似的原理，利用一套相对简单的液压凸轮系统实现功能。不同的是，VVT的发动机只能对进气门进行调节，而D-VVT发动机可实现对进排气门同时调节，具有低转数大扭矩、高转数高功率的优异特性，技术上处于领先地位。通俗点讲，就像人的呼吸，能够根据需要有节奏地控制“呼”和“吸”，当然比仅仅能控制“吸”拥有更高的性能。 目前国内汽车市场中，涡轮(TUBRO)引擎已经凭借大众奥迪等厂商的多年努力有了相当程度的推广，但制造维护成本更低、更可靠的自然吸气(NA)引擎却依然占领着大部分市场。而提到自然吸气引擎我们就不得不习惯性的提起三个字母--VVT，这也是本篇文章介绍的重点。 在这之前我们有必要简单了解一些汽车引擎的基本知识。以我们在初中物理中学到的内 燃机知识为基础，平时大家常说发动机的排气量是一个最大值。发动机实际工作效率取决于进气效率，即进入气缸的混合气与排气量的比。气门正时，尤其是进气迟闭角，对发动机充气效率有直接影响。当发动机高转速时，增大进气迟闭角，有利于提高充气效率、提高最大功率。而当发动机处于低转速时，减小进气迟闭角，能防止气体被推回进气管，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。传统的气门机构调整，也就无法进一步提高发动机性能。 20世纪60年代起，工程师们开始致力于VVT(Variable Valve Timing)可变气门正时的研究。最早开发出成型技术的是菲亚特和通用，但受技术和成本的限制并没有量产。1982年的阿尔法?罗密欧Spider 2.0是最早采用VVT技术的量产车。 厂商总吹嘘自己的可变气门正时技术多么先进，事实真是如此吗,在答案揭晓之前，先卖个关子，介绍一下VVT技术的相关知识，以及VVT的几个关键词解惑。 VVT 对比 CVVT CVVT(连续可变气门正时)就是拥有“Coutinous”连续能力的VVT，是众多VVT中的一个种类。目前绝大多数厂商都拥有CVVT技术，一般通过一个凸轮轴位置调节机构来实现(本田的i-VTEC是个异类)。从性能上看，CVVT与VVT的最大功率与最大扭矩并无太大区别，但在中间转速时，CVVT的扭矩更大，且扭矩曲线更为平滑。 气门升程 气门升程的作用就像一个水龙头，直接决定了发动机的进气速度。在高转速时配合较大的气门升程能大幅提升发动机的最大功率。低转速时发动机的单位时间进气量本来就小，也就不需要很高的进气速度，减小气门升程有助于形成涡流，提高充气效率。将气门升程的连续可变技术用于量产车的目前仅有宝马一家(注意是“连续”可变，本田也能对气门升程做出调节但为阶段式可变)，作用同样是提升中低转速扭矩，但效果并不明显。 VVT 对比 VIM VIM既可变进气歧管技术。在低转速时，细长的进气歧管有助于形成涡流;高转速时，粗短的进气歧管能增加进气量，保证充足的空气供应。与VVT相比，VIM只能算是一种辅助。事实上，很多厂商也只是将VIM作为VVT的配套设备，比如马自达的S-VT+VIS。 VVT 对比 增压 VVT与增压的关系，就像剑术与刀法，同样是克敌技艺，却是王道与霸道两种截然不同的风格。VVT通过改善条件提升充气效率，增压(无论是哪种增压方式)都是以强制进气来提升充气效率。哪种方式更好很难说清，就连厂家也是各自有不同的倾向。但是有两点是可以肯定的:一是VVT与增压共存时，发动机性能与单有增压时相差无几;二是从单位排气量的功率来看，增压的效果要更好。 SOHC 对比 DOHC SOHC表示单顶置凸轮轴发动机，即一个进气门一个排气门。低转速时扭据较同排量DOHC发动机大，爆发力更好，动力一般在4000-4500转或者以上爆发。DOHC表示双顶置凸轮轴发动机，一般每缸有多个气门，普遍是4气门(即2个进气门2个排气门)，多气门发动机燃烧更充分，能让更多新鲜空气进入发动机，排放效率更好，动力爆发点要早一些，基本上处于2500-3500转左右。相比较而言DOHC技术更先进，SOHC更适合走走停停的城市道路而且结构简单维护保养成本更低。 技术最先进VVT:宝马Double VANOS+Valvetronic，这套系统在功能上接近于完美的VVT，对气门正时、重叠角和升程都能进行连续可变的控制，且控制精度精确到毫秒。 性能最强劲VVT:本田VTEC当之无愧，神奇跑车S2000创造的125匹/升(92千瓦/升)最强升功率世界记录至今没有另外一家厂商能够打破。 技术最可靠VVT:本田 宝马 保时捷 丰田，当前在量产发动机上拥有最高VVT技术的厂商。(保时捷VarioCam Plus虽不如另外三家那么有名，但在欧洲也有不少厂商采用该技术。) 进排气正时连续可变VVT:目前较为先进的技术，只掌握在少数厂商手中(前四家再加通用)。此外由于国产通用、丰田汽车缺少可变气门升程控制，因此高转速性能不强。 进气正时连续可变VVT:目前大部分厂商广泛使用的技术。性能相比进排气连续可变系统稍低， 阶段可变VVT:技术比较陈旧，发动机综合表现较差。但在某一方面，比如油耗或者高转速性能，会有独到的优势，且成本最低。