VVT(可变气门正时技术)是一种怎样的技术?原理是什么?

正时解释起来要一大段话,我就不说了。简单的讲:

气门就是气缸进出气的口,本来是在正时控制下按规矩开关的。但是大家想到让操控它,实现一些自相矛盾的作用,发动机缺什么,就强化一方面功能,能用这个功能去给发动机补补身子,使得发动机更好的运行。

具体的说

单vvt:进气门可以早开晚开,早关晚关。于是气可以早进来晚进来,早进不来,或者进来很晚。

早进来可以多吸气,晚进来可以让气缸里之前爆炸的汽油多工作一会儿,早进不来可以少吸点气,进来很晚能让气在气缸冷一点以后再进来。

双vvt:不光进气门能调,排气门也能调,排气也能早出去,晚出去,早出不去,晚出不去。

排气早出去,还带着大量热量,可以热排气管里的三元催化器,晚出去可以多推活塞工作一会儿,早出不去可以捂着加热气缸,晚出不去可以让气缸里这些热气走的更干净彻底。


vvt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生程进行调节,从而达到优化发动机配气过程的目的。vvt发动机所采用的技术,即连续可变气门正时技术,它是能够对发动机的气门开启、关闭时间及进气量进行连续调节,从而可提高发动机功率,优化扭矩曲线,提升产品的动力性、降低减少油耗。BF汽修学校为你服务!


在传统内燃机上,有一系列动部件协同工作来进行做工,凸轮轴就是其中的一个重要部件。

凸轮轴在发动机中的主要功用就是控制进气门和排气门的开关闭时刻,常常位于发动机顶部。不过柯尼塞格有一项技术,则是让凸轮轴在发动机中彻底消失,发动机可以无需凸轮轴就能正常运行。这项技术被柯尼塞格称之为FreeValve。

柯尼塞格FreeValve技术

FreeValve是柯尼塞格公司独有的技术。在FreeValve中,传统的凸轮轴机构被执行器所取代,每一个进排气气门都有单独的电控执行器。这样带来的好处是,工程师可以针对每一个气门分别设计各自独立的开启与关闭时间,从而达到根据实际运行状况,来精细控制发动机的工作效率。

从上面两张图可以看到,执行器取代了原本凸轮轴的位置,安装在每一个气门之上。在执行器上,有气动弹簧来进行精准调整,并且安装有位置传感器。位置传感器收集到的信息可用于反馈控制。

与传统带凸轮轴的发动机相比,FreeValve发动机也不需要节气门阀体等构件,这样就使得发动机内部机构的布置更加简化。该项技术似乎为推动内燃机技术走向未来铺陈了一条康庄大道。不过,目前柯尼塞格公司还没准备好将该项技术应用到街上的每一辆汽车发动机上。

FreeValve发动机过于昂贵的价格使得其受众目前还不是大众汽车市场。虽然如此,有一家汽车公司已经开始尝试使用这项技术。在2016年的北京车展上,观致推出了一台搭载FreeValve引擎的概念车。

观致搭载FreeValve发动机概念车观致搭载FreeValve发动机概念车

然而不幸的是,此次搭载FreeValve引擎的概念车一直未能量产,还只是停留在概念阶段。不过,如果未来FreeValve技术能够继续完善,并证明其自身价值的物超所值,也是能够引起更多更大型汽车制造商的兴趣的。

未来,该无凸轮轴发动机技术能否在常规大众汽车市场上得以广泛运用,仅仅是时间和金钱决定的事了。


变频调速(VVT)从字面意义上讲,是指通过某种特殊技术使发动机气门的切换时间达到变频调速的调速效果。调整:让引擎在正确的时间做正确的事

由于发动机的配气机构就是用来调整发动机的进排气效果,从而保证在一定的工作条件下提高效率。但发动机的工作条件一直在变化,所以在一定的时间内开启和关闭气门肯定不能满足发动机全工作条件下的进气效率要求。

因此,可以通过硬件机构实现阀值的提前和延迟变化时间,配合电控系统的精确控制,可实现阀值调整在一定幅度内的智能化变化。这就是我们通常所说的VVT可变气门正时,如果再加上一个电气控制系统,就是电子可变气门正时。例如本田的ivtec,丰田的vvt-i等等。

以下以浅显易懂的方式分享一下这种方法是怎样的?你为什么使用它?

一套完整的四冲程发动机循环包括:吸气、压缩、做功、排气,因为每一冲程需要活塞从上到下移动180度完成,因此整个循环曲轴实际上要旋转720度。凸轮是发动机完成配气的主体,凸轮轴由曲轴通过同步带驱动,但整个进气和排气行程只需开启一次,因此两者的齿比固定为2:1。即曲轴转两圈,凸轮轴转一圈即可。

按理说气门的开关不应该严格按照180度的行程来开关吗?例如,在吸气行程中活塞开始下降时,打开气门,当活塞到达下止点时,上升前的气门关闭;排气行程中,在做功行程结束之前,活塞开始上升,以排除废气。这种空气成分理论上不太合适吗?但是实际情况往往是不允许的,因为发动机的工作是非常复杂和多变的,阻力、摩擦、进气效率、温度、压强、排气循环等因素都会对其综合性能产生影响。发动机的进气效率与配气系统的工作效率有非常大的关系,而配气系统则与气门的正时有直接关系。

内燃机的理想工作状态是吸进足够的空气,排出干净的空气,因此,尽管在特定的情况下,固定的气门开启和关闭时间非常适合内燃机的配气需要,但对于多变的内燃机工作状态,固定的开启和关闭时间无法满足不同的需要,总之,内燃机的进气量无法满足尽可能多的燃料燃烧,而且废气也不能完全排除。因此在VVT还没出来的时候,大家都通过改变凸轮结构的方法来延长进、排气门的关闭时间。

该方法可保证发动机在吸气开始前气门提前开启,吸气结束后气门延迟关闭,从而提高充气效率。提前打开排气前的气门,延迟关闭排气后的气门,提高排气效率。这种情况在此情况下:当排气门未关闭时,进气门开启,而进气门开启和排气门开启过程中曲轴转动的角度称为“气门重叠角”。

气门的重合角与VVT有什么关系?

在发动机实际工作状态下,无论进气效率还是进气效率都不能达到1的系数(自吸),因此,气门重叠角的存在完全是为了与发动机实际工作状态一致。因此通过这一方法可以尽可能的提高进排气效率,从而使燃烧效率和排气效率都能相应的提高。实际中,由凸轮引起的气门重叠角类似于简单的“固定气门正时”效果,它可以保证发动机在全工作条件下实现气门“早开晚关”的效果。对于如何能使其达到“可变”的效果,下面将介绍可变正时技术,因为可以说VVT的运行是建立在气门重叠角的基础上。

现在已经确定了气门的重叠角,如果要实现不同转速工况下的发动机进气效率都可以达到最大,排气效率也可以提高,减小泵气损失,提高EGR效率,从而使发动机在不同工况下达到不同的效果。例如降低低速时的气门重叠角,以保证燃烧效率、稳定性、泵气经济性损失等;增加气门重叠角,提高进气效率,增加功率输出。

怎样实现?构造原则

怎样实现?当凸轮轴在特定条件下提前或延迟旋转一个角度后,可保证凸轮提前或延迟顶压汽门顶杆,从而使汽门提前或延迟开闭时间。下面要使用的VVT相位器,它是一种调节曲轴转动的作动器。其构造为一扁形圆柱状密闭式液腔,内有数个独立液腔,每一独立液腔由旋翼扇叶分为两个小液腔,分别为滞后室和提前室。转子与凸轮轴连接,相位器由电控液压控制,接收ECU信息对滞后室和提前室进行液压加压,使一方液压较大的一侧驱动转子提前或随后转动某个角度,最终通过凸轮轴实现气门开启时间可变。

例如在高转速情况下,我需要进气门提前打开较大幅度,此时ECU会向电控系统发出提前打开指令,电控系统控制液压油挤压相位器液腔的提前室,液压推动扇叶转动从而带动凸轮轴正时旋转一个角度,这时凸轮提前接触气门顶杆,慢慢将气门打开。

概述:VVT实际上是一种折中方案,它虽然可以提高低速扭矩和高速功率,并且还可以提高燃油经济性,但在中间状态下输出乏力。而且因为凸轮的行程固定,所以顾及开合不能兼顾,最后标定都是经过N次试验才得到一个兼顾方案。如今许多汽车公司也装备了双VVT(DVVT),不仅要照顾到进气侧,还要照顾到排气侧,使进排气尽可能达到更好的效果,比VVT更省油,性能提高。


vvt发动机是什么意思?

vvt是VariableValveTiming的缩写,意指可变正时气门系统。vvt发动机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。

vvt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生程进行调节,从而达到优化发动机配气过程的目的。vvt发动机所采用的技术,即连续可变气门正时技术,它是能够对发动机的气门开启、关闭时间及进气量进行连续调节,从而可提高发动机功率,优化扭矩曲线,提升产品的动力性、降低减少油耗。

vvt发动机工作原理:

当发动机由低速向高速转换时,电子计算机就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮,这样,在压力的作用下,小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度,从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转,从而改变进气门开启的时刻,达到连续调节气门正时的目的。

所以在上述结构的作用下,可以保证发动机按照不同的路况改变气门开启、关闭时间,在保证输出足够牵引力的同时提高燃油经济性。

1、vvt发动机结构组成:

vvt发动机是由以下主要部分组成:vvt相位器、VVT-I控制阀、发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器、发动机ecu、vvt-i控制阀滤网等。

2、vvt-i控制阀

它是由一个三位五通阀,当vvt-i控制阀关闭时,主油道4和限位器延迟室2接通,相位器提前室1和泄油道3接通;当vvt-i控制阀打开时,主油道4和相位器提前室1接通,相位器延迟室和泄油道5接通;当vvt-i控制阀处于中间位置时,相位器提前室1和相位延迟室2均处于保压状态。

3、vvt相位器:

(1)vvt相位器组成:由外壳、转子、链轮、锁销、密封销和弹簧总成等组成。

(2)vvt相位器工作原理:

vvt相位器有两个液压室,一个气门正时提前室和一个气门正时延迟室。这两个液压室位于凸轮轴链轮支承壳和凸轮轴转子之间。油泵为两室提供机油。由vvt-i控制阀控制两室的液压水平,按照发动机运行条件调整凸轮轴链轮以及凸轮轴的相应相位,以获得最优配气效果。

当发动机停止时,进气凸轮轴被调整到最大延迟状态以维持启动性能。在发动机启动后,油压未立即传到vvt相位器,锁销便锁定vvt相位器和近期凸轮轴,以放撞击产生噪声。当延迟室的油压达到40kpa时,锁销便会解锁。

vvt发动机优缺点:

优点:省油,功升比大

缺点:中端转速扭矩不足

vvt技术在国际上的应用:

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。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。

vvt发动机在轿车上的应用:

VVT--i发动机是丰田公司的智能可变气门正时系统的英文缩写。最新款的丰田轿车的发动机已普遍安装了VVT—i系统。韩系车的VVT是根据日本中的丰田的VVT-I和本田的VTEC技术模仿而来,但是相比丰田的VVT-I可变正时气门技术,VVT仅仅是可变气门技术,缺少正时技术,所以VVT发动机确实要比一般的发动机省油,但是赶不上日系车的丰田和本田车省油。

BMW在之前的一代发动机中早已采用该技术,目前如本田的VTEC、i-VTEC、;丰田的VVT-i;日产的CVVT;三菱的MIVEC;铃木的VVT;现代的VVT;起亚的CVVT等也逐渐开始使用。总的说来其实就是一种技术,名字不同。

对节油很大帮助的可变正时气门技术得到很广泛的应用,例如郑州日产俊风,也应用了此项技术。


可变气门

可变气门正时技术几乎已成为当今发动机的标准配置,为了进一步挖掘传统内燃机的潜力,工程人员又在此基础上研发出可变气门升程技术,当二者有效的结合起来时,则为发动机在各种工况和转速下提供了更高的进、排气效率。提升动力的同时,也降低了油耗水平。配气相位机构的原理和作用

我们都知道,发动机的配气相位机构负责向气缸提供汽油燃烧做功所必须的新鲜空气,并将燃烧后的废气排出,这一套动作可以看做是人体吸气和呼气的过程。从工作原理上讲,配气相位机构的主要功能是按照一定的时限来开启和关闭各气缸的进、排气门,从而实现发动机气缸换气补给的整个过程。那么气门的原理和作用又应该怎么理解呢?我们可以将发动机的气门比作是一扇门,门开启的大小和时间长短,决定了进出的人流量。门开启的角度越大,开启的时间越长,进出的人流量越大,反之亦然。同样的道理用于发动机上,就产生了气门升程和正时的概念。气门升程就好象门开启的角度,气门正时就好象门开启的时间。以立体的思维观点看问题,角度加时间就是一个空间的大小,它也决定了在单位时间内的进、排气量。

●可变气门正时和升程技术可以使发动机的“呼吸”更为顺畅自然发动机的气门通常由凸轮轴带动,对于没有可变气门正时技术的普通发动机而言,进、排气们开闭的时间都是固定的,但是这种固定不变的气门正时却很难顾及到发动机在不同转速和工况时的需要。前面说过发动机进、排气的过程犹如人体的呼吸,不过固定不变的“呼吸”节奏却阻碍了发动机效率的提升。如果你参加过长跑比赛,就能深刻体会到呼吸节奏的把握对体能发挥的重要性——太急促或刻意的屏息都可能增加疲劳感,使奔跑欲望降低。所以,我们在长跑比赛时往往需要不断按照奔跑步伐来调整呼吸频率,以便时刻为身体提供充足的氧气。对于汽车发动机而言,这个道理同样适用。可变气门正时和升程技术就是为了让发动机在各种负荷和转速下自由调整“呼吸”,从而提升动力表现,提高燃烧效率可变气门正时技术

前面说过气门正时控制着气门的开启时间,那么VVT(可变气门正时)技术是如何工作的呢?它又是怎样达到提升效率、节约燃油的效果呢?

——气门重叠角对发动机性能的影响当发动机处在高转速区间时,四冲程发动机的一个工作冲程仅需千分之几秒,这么短的时间往往会引起发动机进气不足和排气不净,影响发动机的效率。因此,就需要通过气门的早开和晚关,来弥补进气不足和排气不净的缺憾。这种情况下,必然会出现一个进气门和排气门同时开启的时刻,配气相位上称为“气门重叠角”。

气门重叠的角度往往对发动机性能产生较大的影响,那么这个角度多大为宜呢?我们知道,发动机转速越高,每个气缸一个工作循环内留给吸气和排气的绝对时间也越短,因此要达到更高的充气效率,就需要延长发动机的吸气和排气时间。显然,当转速越高时,要求的气门重叠角度越大。但在低转速工况下,过大的气门重叠角则会使得废气过多的泻入进气端,吸气量反而会下降,气缸内气流也会紊乱,此时ECU也会难以对空燃比进行精确的控制,从而导致怠速不稳,低速扭矩偏低。相反,如果配气机构只对低转速工况进行优化,那么发动机的就无法在高转速下达到较高的峰值功率。所以发动机的设计都会选择一个折衷的方案,不可能在两种截然不同的工况下都达到最优状态。所以为了解决这个问题,就要求配气相位可以根据发动机转速和工况的不同进行调节,高低转速下都能获得理想的进、排气效率,这就是可变气门正时技术开发的初衷。


这年头大家对汽车的了解越来越多,再加上排放指标、油耗指标也越来越严格,因此各个厂家不得不把一些原本只用在高档车上的技术给全面普及了,而VVT就是其中之一。

VVT是什么?

V:Variable(可变的)

V:Valve(发动机气门)

T:Timing(正时)。

连起来说就是可变气门正时系统。这个系统是干什么呢?简单来说就是调节气门开关时刻的。

什么是气门正时

气门正时就是控制气门,让它在该开的时候开,该关的时候关。由谁控制呢?由发动机自己控制。因为气门开闭的时机和曲轴转动位置有关,所以发动机就利用曲轴驱动正时机构去控制气门的打开和关闭。

气门正时为什么要变化呢?

因为传统的气门正时结构气门与曲轴的位置关系是固定死的,不管你转速是1000还是5000,曲轴只要到了这个位置气门就必须开或者关。在我们看来这样按部就班地干活不挺好么?而实际上并不是。因为发动机不同转速下进排气的特性是不同的。必要的时候需要调节气门开闭的时间,尽量让发动机在高低转速时都有比较好的性能和油耗。

举个例子,比如发动机转速4000转,这时候进气气流速度非常快,惯性也很大。大到什么程度呢?这么说吧:活塞吸完气开始压缩时如果你敢晚一会儿关闭进气门,那进气气流在惯性的作用下还会一股脑往气缸里进,这样就可以多进点空气,提高性能。

所以可变气门正时系统就是在干这样的活:在不同状态下改变气门开闭的时机去配合发动机,充分压榨出发动机在各个状态下的最大潜力。

可变气门正时怎么实现

常见的方法就是把驱动凸轮轴的正时轮给换成可调节的,称为调相器。

调相器由两部分组成,外面叫做外转子,连着正时链条或者正时皮带。内部叫做内转子,连着凸轮轴。内外转子之间可以相对运动,发动机工作时通过控制内外转子之间空腔的油量来改变其相对位置,调节气门开关的时刻。

有些发动机进气门相位固定,只有排气门可变。而有的是排气门固定,进气门可变。这种系统称为单VVT。

而先进一些的是进排气门都可变,这就是双VVT简称DVVT。

怎么知道我的车有没有VVT呢?

其实很简单,打开发动机盖,找一下发动机上有没有VVT电磁阀,有一个那就是单VVT,靠近进气歧管那就是进气VVT,靠近排气管一侧那就是排气VVT。如果有俩那就是双VVT,也就是我们常说的DVVT了。


VVT(可变气门正时)从字面意思来看就是通过某种特有技术让发动机气门的开关时间达到可变调节的正时效果。

正时:让发动机在正确的时间做正确的事

因为发动机的配气机构就是用来调节发动机进排气效果以保证发动机在某些工况的效率。但是发动机的工况是不断变化的,因此固定时间下气门的开闭肯定不能满足发动机全工况下对进气效率的需求。

所以,可以通过硬件机构实现气门的提前和延迟改变时间并配合电控系统的精准控制可以实现气门调节在一定幅度每的智能可变。这种技术就是我们平时所说的VVT可变气门正时,如果加上电控系统就是电子可变气门正时。比如本田的ivtec、丰田的vvt-i等。

它们相对没有可变气门正时的发动机主要有以下优点:

提高燃油经济性

提高低速稳定性和扭矩输出

有助于提高功率

降低排放污染

与未搭载VVT的发动机相比燃油经济性差不多会提高10%-20%,功率提升5%-10%。

下面用浅显易懂的话来分享下它是怎样一种技术?为何要用它?

四冲程发动机一个完整的循环包括:吸气、压缩、做功、排气,由于每个冲程都需要活塞由上止点移动到下止点完成180度,所以整个循环曲轴实际上要旋转720度。

凸轮轴是发动机完成配气的主体,凸轮轴由曲轴通过正时皮带驱动,但是一个完整的冲程进气门和排气门只需打开一次所以它们之间齿比固定为2:1。也就是曲轴转两圈,凸轮轴只需要转一圈。

按道理说气门的开关不是要严格按照每180度一个冲程开闭一次?比如吸气冲程活塞开始下行就打开气门,当活塞到达下止点准备上行前气门关闭;排气冲程在做功结束前一刻打开排气门,活塞上行排除废气。理论上这种配气不是挺合适的?但现实往往不允许,因为发动机的运行是极其复杂和多变的,无论是阻力、摩擦力、进气效率、温度、压强、废气循环等等各种因素都会影响发动机的性能综合性。相对于配气系统来说发动机的进气效率其运行有着极其重要的作用而配气系统却和气门的正时有着直接关系。

发动机理想工况是吸气充足而排气干净,因此固定的气门开闭时间虽然在某一特定情况下非常符合发动机的配气需求,但是针对变化无常的发动机工况来说固定的开闭时间并不能满足不同的配气需求,总得来说就是发动机的进气量不能满足燃料尽可能燃烧而废气总不能完全排除。所以在VVT没出来的时候大家都通过改变凸轮结构的方法来延长进、排气门的开闭时间。这种办法可以保证在发动机在吸气开始前气门提前打开、吸气结束后气门延迟关闭来获得更多的充气效率。在排气前气门提前打开排气后气门延迟关闭,提高排气效率。这个时候就会出现一种状况:排气门未关闭的时候进气门就打开了,而进气门开和排气门开的过程曲轴旋转过的角度就被称为“气门重叠角”。

VVT和气门重叠角有啥关系?

气门重叠角的存在完全是为了符合发动机实际运行工况而设定的,因为实际工况发动机的进气效率都不可能达到1的系数(自吸)。所以通过这种办法就尽可能提高了进排气效率,这样燃烧效率和排气效率都会相应提高。实际上凸轮造成的气门重叠角就类似一个简单的“固定气门正时”效果,它能保证发动机在全工况下实现气门的“早开、晚关”效果。而至于怎么能让它达到“可变”的效果就是下面要说的可变正时技术了,因为可以说VVT的运行都是在气门重叠角基础之上。

既然气门重叠角既定,如果我想实现不同转速公工况下发动机的进气效率都尽可能最大、排气效率也提高,减小泵气损失,提高EGR效率从而让发动机在不同工况实现不同效果。比如低速时减小气门重叠角来保证燃烧效率、稳定性、经济性泵气损失等;高速时增大气门重叠角提高进气效率,提高功率的输出。

如何实现?结构原理

如何实现?如果在特定工况让凸轮轴提前或者延迟旋转一个角度后就能保证凸轮提前或者延迟顶压气门顶杆,从而提前或者延迟气门的开闭时间。这里就要用到VVT相位器,它就是是调节曲轴旋转的执行机构。结构是一个扁形圆柱体的密闭液腔中有数个独立液腔,每个独立液腔由转子扇叶分开为两个小液腔分别为滞后室和提前室。转子和凸轮轴连接,相位器由电控液压进行控制,接受ECU信息对滞后室和提前室进行液压油加压从而导致液压大的一侧驱动转子提前或者之后旋转某一个角度,最终通过凸轮轴实现气门开启时间的可变。

比如高转速工况下我需要进气门提前打开更大幅度,此时ECU会对电控系统下达提前开启指令,电控系统控制液压油挤压相位器液腔的提前室,液压推动扇叶旋转从而带动凸轮轴正时旋转一个角度,这时凸轮就提前接触气门顶杆慢慢打开气门开度。

总结:VVT其实是一种折中方案,它虽然能提升低速扭矩和高速功率并提高不错的燃油经济性但是中段工况输出乏力。而由于凸轮的行程固定所以照顾到开启就无法兼顾关闭,最终标定都是经过N次实验来取一个兼顾方案。现在很多车企也搭载了双VVT(DVVT),不仅照顾到进气侧也照顾到排气侧使进排气都尽可能达到更好的效果,相比VVT的节油性和性能提升会更好。


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