摘要：大家都之道，发动机是汽车的“心脏”，一个企业发动机的生产能力，代表着企业的研发、技术实力。在油价飞涨的今天，发动机更是至关重要，一款省油的发动机，就是就是用最少的油，输出最大的功率和扭矩，而且其可靠性，环保值都要最大化。
在发动机诸多省油的途径中，采用配气系统可变装置这种技术是最为人们所知的，像本田的VTEC系统，伊兰特的CVVT发动机，以及丰田所使用的VVT-i发动机，都是采用可变配气系统，即改变发动机的正时时间，气门升程等来实现效率的最大化，达到节油的目的。
关键词：发动机新技术可变正时技术 发动机省油新技术
浅谈汽车发动机可变正时技术
前 言
随着国民经济的迅速发展，中国的汽车产业正在蓬勃发展，在汽车发展的历史中，伴随着轿车大量进入大家庭，琳琅满目的新车配置单，口若悬河的车商销售员，对汽车技术不够理解的“菜鸟”准车主们常常被忽悠得找不着北。什么是本田VTEC？什么是丰田VVT-i？什么是现代CVVT？别慌，且听我慢慢道来，今天先让我们读懂配置单的“可变气门正时技术”。
引擎配气机构图
1 可变气门正时的原理及发展
1.1可变正时的原理
什么是气门正时？
在细说引擎可变气门正时技术之前，我们得明白引擎配气机构的基本原理。现代引擎多采用DOHC的缸盖设计，两根凸轮轴被设置在引擎顶部，通过齿形带轮或链条从曲轴端取力，并以2：1的速度驱动凸轮轴，此时凸轮轴商凸轮的旋转推动气门进行上下往复运动，从而控制气门的开启和闭合。而我们今天要关注的，其实就是气门开合的问题。
活塞式四冲程引擎都由进气、压缩、做功、排气4个冲程完成，相信这一章的内容不需废话，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，有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……
所以在这样的情况下，就需要一种对气门升程进行调节的装置，也就是我们今天要说的“可变气门正时技术”。该技术既能保证低速高扭矩，又能获得高速高功率，对引擎而言是一个极大的突破。
1.2可变正时技术的发展
80年代，诸多企业开始投入了可变气门正时的研究，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，日产开发了VVEL……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。
1.3配气相位
发动机的进气门和排气门的开启开始与关闭终止的时刻，通常以曲轴转角来表示，称为配气相位。由于发动机工作时的转速很高，四冲程发动机的一个工作行程仅需千分之几秒，这么短促的时间往往会引起发动机进气不足，排气不净，造成功率下降。因此，设计师为了解决这一个问题，一般发动机都采用延长进，排气门的开启时间，增大气体的进出容量以改善进，排气门的工作状态，藉以提高发动机的性能。 从配气相位图上可以看出活塞从上止点移到下正点的进气过程中（绿色），进气门会提前开启（α）和延迟关闭（β）。当发动机作功完毕，活塞从下止点移到上止点的排气过程中（桔色），排气门会提前开启（γ）和延迟关闭（δ）。 十分明显，这种延长气门开启时间的做法，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“重叠阶段”，可能会造成废气倒流。这种现象在发动机的转速仅1000转以下的怠速时候最明显（怠速工作下的“重叠阶段”时间是中等速度工作条件下的7倍）。这容易造成怠速工作不畅顺，振动过大，功率下降等现象。尤其是采用四气门的发动机，由于“帘区”值大，“重叠阶段”更容易造成怠速运转不畅顺的现象。设计师为了消除这一缺陷，就以“变”对“变”，采用了“可变式”的气门驱动机构。 可变式气门驱动机构就是在发动机急速工作时减少气门行程，缩少“帘区值”，而在发动机高速工作时增大气门行程，扩大“帘区值”，改变“重叠阶段”的时间，使发动机在高转速时能提供强大的马力，在低转速时又能产生足够的扭力。从而改善了发动机的工作性能。现代轿车发动机上的气门可变驱动机构能根据轿车的运行状况，随时改变配气相位，改变气门升程和气门开启的持续时间，它们的凸轮轴，凸轮轴上的凸轮和气门挺杆等元件是可以变动的。 发动机上的气门可变驱动机构可以通过两种形式实现，一种是凸轮轴和凸轮可变系统，就是通过凸轮轴或者凸轮的变换来改变配气相位和气门升程；另一种是气门挺杆可变系统，工作时凸轮轴和凸轮不变动，气门挺杆，摇臂或拉杆靠机械力或者液压力的作用而改变，从而改变配气相位和气门升程
2 各大汽车制造商的技术
分类介绍
1. 保时捷Variocam
2. 本田VTEC
3. 宝马Valvetronic
4. 雷诺—日产CVTC
5. 生产厂商采用的类型
2.1保时捷Variocam
保时捷911跑车引擎采用的可变气门正时技术Variocam
通过气门我们可以发现其两个位置，图中每个进气门分别有2种最大行程，绿色位置显然是高速时气门能够达到的最大行程。控制气门行程变化的，是两组凸轮控制，一组是高速凸轮，既红色部分的凸轮；另一组是低速凸轮，既高速凸轮之间的凸轮。
当引擎在低转速工况时，气门座顶端的黄色的控制活塞落在气门座内。这样高速凸轮只能驱动气门座向下行程而不能带动整个气门动作，整个气门由低速凸轮驱动气门顶向下行程，这样获得的气门开度就较小。反之当发动机在高转速工况时，控制活塞在液压的驱动下从气门座推入到气门顶中，把气门座和气门刚性的连接，高速凸轮驱动气门座时就能带动气门向下行程获得较大的气门开度。
2.2本田VTEC
本田奥德赛MPV引擎采用的可变气门正时技术VETC
在凸轮轴左边有一凸轮轴同步齿形带轮，曲轴动力通过正时链条传递到带轮，并进一步输送到凸轮轴上，以控制凸轮轴角度，进而控制配气正时角。保时捷在凸轮轴同步齿形带轮上设置了一个液压装置，当ECU接收位于曲轴的传感器的讯息，并进行处理后，将该转速下的配气正时角转变成为电信号传送到液压装置，由液压装置加压，使凸轮轴同步齿形带轮能够顺、逆时针在红色和兰色位置之间自由转动，达到控制配气正时角的目的。
简单地说，就是这套摇臂能够根据转速不同自动选取1进1排的2气门工作或者2进2排的4气门工作，从而让发动机在高低速工况下都能顺畅自如。
通常，转速低于3500rpm时，各有一支进气、排气凸轮工作，此时发动机近似为一台2气门发动机，这样的好处是，能够增加负压，利于进气；转速超过3500rpm时，液压系伺服系统接到发动机中央控制器ECU指令，对摇臂内机油加压，压力机油推动定时柱塞移动，使得同步柱塞将高速摇臂与主副摇臂刚性连接，此时低速凸轮虽然转动，但处于空转状态，并不参与工作，从而4支活塞共同工作，以适应高速运转。主要是控制同步柱塞连接的是高速摇臂还是低速摇臂。
2.3宝马Valvetronic
宝马760豪华轿车引擎采用的可变气门正时技术Valvetronic
与保时捷Variocam、本田VTEC相同的技术还有很多，例如丰田VVT-i，通用ECOtec系列引擎的VVT等等，这些技术能够改变气门升程，但是局限性在于，这些技术都只有“两段式”可调，在气门行程进行变化的一颗会感觉到顿挫感。由此，宝马对气门行程的调节煞费苦心，开发了一套可以连续可变的气门正时技术，目前号称最具科技含量的气门正时技术。
与众不同的是，宝马采用的是电机驱动的方式，电机的周相运动通过蜗杆传动齿轮，准变为摇臂的控制角度变化，然后在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。通过改变摇臂的角度即可改变气门的行程。由于采用了电机控制，在ECU指令下电机能够“无极”变化角度，使得气门升程的改变并不影响引擎工作，没有顿挫感，也更能有针对性地对每个转速范围进行细致的配气分析。电机连续改变摇臂的角度，进而改变气门的升程，这时候不用改变凸轮轴。
2.4丰田VVT-i
VVT-i是丰田独有的领先发动机技术，VVT-i （Variable Valve Timing and Lift with intelligence）的意思是“智能可变配气正时系统”。该系统的最大特点是可根据发动机的状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，从而在所有速度范围内提高扭矩，并能大大改善燃油经济性，有效提高汽车的功率与性能，减少油耗和废气排放。
目前丰田皇冠、锐志等车型采用的是双VVT-i技术，简单的说，就是在原有VVT-i对进气阀门进行控制的基础上，双VVT-i对排气阀门也进行控制。电脑根据发动机转速、节气门的开度，对开闭双方的阀门进行连续的调节，可以在全转速范围内提高进排气效率和提高扭矩
2.5雷诺—日产CVTC
雷诺、日产合并之后，多项技术都在集团内部进行共用。其中就包括日产潜心研究的CVTC连续可变气门正时系统。其原理与本田VTEC接近，也是采用液压作用改变凸轮轴同步齿形带轮与凸轮轴末端的夹角，从而改变配气正时角。
多个正时齿轮 在凸轮轴与正时齿轮之间有高压油区和低压油区。只要调节两个油区之间的压力差，就能改变配气正时角了。两个油区的油压通过油压控制阀调节的。当高压油路（图中红色的通道）接通时，整个油室处于加压状态，凸轮轴顺时针偏转一定角度，配气正时被推迟，重叠角增大，适用于低转速；当电磁阀控制黄色区域压力高于红色区域压力时，凸轮轴逆时针偏转一定角度，配气正时被提前，这样重叠角减小，适用于高转速。
2.6起亚CVVT
CVVT（连续可变气门正时系统）的工作原理与VVTI并无差别，只有控制气门正时没有控制气门升程的功能。因此引擎只会改变吸、排气的时间差，无法改变进气量。简单来说它的工作原理就是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。
另有消息，国内首款CVVT发动机已于今年8月在吉利汽车公司量产，吉利的中级车远景将搭载该型号的1.8L发动机。
2.7马自达S-VT
S-VT（持续气门正时）与本田的VTEC有很大的区别，马自达使用了一个静态凸轮轴，而凸轮轴轴被安装到了一个齿轮嵌齿上，该嵌齿可以加快或者减缓轴的旋转速度。气门可以更早或者晚一些打开，不过永远都不会出现气门打开的时间过长、打开的速度过快、或者打开的程度过高的现象。嵌齿由一个精密的油泵控制，称为燃油控制阀OCV。汽车的电脑会依据一系列的输入参数告诉OCV将进气速度加快或者减缓到什么程度，这些参数包括踏板压力、发动机温度等。
2.8大众FSI、VVT
大众公司相似的技术是 “Variable Valve Timing”，中文叫做“可变进气相位（正时）”。其原理与本田的VTEC 相似，不过相对较简单，少了升程控制系统，对气门的控制没有VTEC精确。
“FSI”也叫“汽油直喷技术”，汽油直喷技术代表着汽油发动机的最新发展方向。通常的发动机采用的是将汽油和空气混合后喷入燃烧室，而汽油直喷技术则是将汽油直接注入燃烧室，通过均匀燃烧和分层燃烧，降低了燃油消耗，动力也有很大提升。为了实现汽油直接喷射，喷油嘴的位置由原来的进气歧管处直接安在了燃烧室的上方，高压电磁喷油嘴将燃油喷射时间控制在几千分之一秒内。汽油直喷技术最显著的优点是在提供更大的输出功率和扭矩的同时，提高了燃油经济性并且减少了排放。
2.9生产厂商采用的类型
本田
VTEC 分级可变气门升程 分级可变配气正时
i－VTEC 分级可变气门升程 连续可变配气正时
丰田
vvt-i 连续可变配气正时
dual vvti 连续可变配气正时(进排气门分别独立控制）
vvtl-i 分级可变气门升程 连续可变配气正时
宝马
Valvetronic 连续可变气门升程
Double VANOS 连续可变配气正时(进排气门分别独立控制）
大众
Variable Valve Timing 连续可变配气正时（进气门）
好像audi有款 fsi发动机又已经采用了包括可变气门升程，连续可变进气门，排气门配气正时技术
三菱
MIVEC 分级可变气门升程 连续可变配气正时
马自达
s-vt 分级可变气门升程 连续可变配气正时
日产
CVTC 连续可变配气正时
总 结
可变气门正时是一种集机械、电子等多学科于一体的高新技术产品。现在的技术已经很成熟，并且得到大家的普遍欢迎，新型可变气门正时的开发研究对新技术提出了更高的要求。特别是对其可靠性的要求可与汽车中最精密的部件的可靠性相比。国外先进的可变气门正时系统的失效率均控制在万分之一以下。
随着科学技术水平的发展, 各种新技术将会逐步装备到汽车上, 使得汽车的经济性得到进一步的完善。尽管可变气门技术是保护汽车节油的重要措施之一, 但是还必须牢牢记住汽车节油由汽车的整体决定的, 也是由其他先进技术来决定的。
参考文献
［1］靳龙章 丁毓山 《汽车实用技术》 ［M］中国机械出版社 1997
［2］孙成宝 李广泽 《 发动机可变正时技术》 ［M］北京理工大学出版社 1997
［3］陈 珩 《汽车新技术》 ［M］机械工业出版社 1995
［4］柴敬镛 《维修电工》 ［M］劳动社会保障出版社 2003
第二篇：汽车维修工技师论文汽车修理技师论文：汽车检测与维修专业工学结合模式的实践与思考[精品论文]
