发动机可变气门技术分析研究
发动机可变气门技术分析研究[20200408213349]
摘 要
本文通过四冲程发动机换气过程的分析，得出了影响充气效率的主要因素及提高充气效率的技术措施，而采用可变气门技术可进一步提高发动机高、低速时的充量系数，适应并兼顾发动机高、低速的输出转矩特性；文中对可变气门正时技术、可变气门升程技术、全可变气门技术进行了较为详细的比较、分析和研究，并对现有代表性的典型可变气门技术从结构、原理、工作过程等方面进行了阐述；基于有级可变气门技术的局限性，无级连续可变气门技术的优越性，无级连续可变气门技术将成为发动机可变气门技术的发展方向。
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关键字:充气效率可变气门正时可变气门升程切换
目 录
1.绪论 1
1.1课题背景及研究意义 1
1.1.1课题背景 1
1.2国内外的研究现状 1
1.2.1国内现状 1
1.2.2国外现状 2
1.3本文主要工作 3
2.发动机换气过程的分析 4
2.1四冲程发动机的换气过程 4
2.1.1排气过程 4
2.1.2进气过程 6
2.1.3气门重叠和燃烧室扫气 6
2.1.4 换气损失 7
2.2充气效率及影响因素 8
2.2.1 残余废气系数Φr 8
2.2.2 充气效率Φc 8
2.3改善发动机换气过程的措施 11
2.3.1 减小进气系统的阻力 11
2.3.2合理选择配气定时 11
2.4 小结 12
3.可变气门技术 13
3.1可变气门正时技术 13
3.1.1可变气门正时技术 13
3.1.2可变气门正时技术结构 13
3.2可变气门升程技术 15
3.2.1可变气门升程技术 15
3.2.2可变气门升程技术的优点 15
3.2.3 可变气门升程工作原理 16
3.3 全可变气门机构 16
3.4小结 18
4. 典型可变气门技术分析和研究 19
4.1 传统的可变气门技术 19
4.1.1本田VTEC系统 19
4.1.2宝马汽车公司VANOS系统 19
4.1.3丰田公司VVT-i技术 20
4.2 21世纪的可变气门技术 21
4.2.1从VTEC到i-VTEC 21
4.2.2更为先进的Valvetronic系统 21
4.2.3VVT-i到VVTL-i 21
4.2.4日产连续可变气门升程技术VVEL 22
4.2.5 菲亚特 Multiair 23
4.3小结 24
5.总结与展望 25
5.1 全文总结 25
5.2 可变气门技术展望 25
参考文献 26
致谢 27
1.绪论
1.1课题背景及研究意义
1.1.1课题背景
随着全球经济的飞速发展，汽车保有量快速增长，据统计，截至2012年底，全球汽车总量突破10亿辆。汽车作为当代交通工具，方便、快捷，为社会作出的贡献，是有目共睹的，但同时也导致全球气候变暖，大气受到严重污染，石油资源逐渐枯竭。在当今社会，各国普遍关注环境与发展问题，人们越来越深刻得认识到：人类赖以生存的地球环境日益恶化，巨大的能源消耗，已经完全威胁到人类的生存和社会的发展。一直以来，能源与环境问题是汽车工业所面临的两个主要问题，对于21世纪的汽车工业来说，不但要提高汽车的安全性和稳定性，更为重要的是要解决汽车能耗和汽车污染的问题。
通过下表1-1可得，整车质量：骐达1160kg，骊威1092kg，单看质量，骐达因为质量稍微大点，油耗理应无优势，在两种车发动机型号都是HR16DE的情况下，骐达发动机多了可变气门正时技术，在百公里综合路况下，骐达可以节省0.4个油。
表1-1 日产骊威和骐达性能比较
车型 整车质量 有无可变气门技术 发动机型号 百公里油耗
日产骊威 1092kg 无 HR16DE 6.3L
日产骐达 1160kg 有 HR16DE 5.9L
此例告诉我们，在当今社会，我们一定要加大对可变气门技术的应用，并且不断去改进可变气门技术。
1.1.2研究意义
本文首先对四冲程发动机的换气过程进行了分析，又对代表性的可变气门技术进行较为全面的分析和阐述，对其结构、原理进行分析和研究，分析比较其优劣；初步分析确定改进的方向和提出相应的建议，希望各汽车厂商更加重视发动机性能，更加关心能源消耗、尾气排放和环境保护等问题，使人们在享受汽车带来方便、快捷的同时，也能保护环境，节约能源。
1.2国内外的研究现状
1.2.1国内现状
自从20世纪90年代初开始，我国逐步开始研究可变气门技术，不久之后，便开发出一种能够完成小级差多级调节的可变凸轮相位机构，且是通过谐波来传动的。21世纪之后，在国内几家知名大学和汽车研究所共同努力之下，开发出了一种能小幅度调节气门，且是通过液压控制的可变配气相位机构。此外，清华大学研究了电磁驱动式气门机构，而浙江大学队则开展了电磁驱动式气门机构模型仿真研究。但是相对于国外，国内仅仅在试验室里研究了可变气门技术，并没有能够普遍应用在车用发动机，大批量生产的可变气门驱动机构。[1]2004年以来，国内部分汽车制造商取得了突破性的研究，其中，奇瑞公司在和奥地利AVL公司共同努力下，研究出多款采用了可变气门正时技术的发动机，目前已批量生产；江淮、长城、长安等几家国产品牌都在高度关注VVT技术，可变气门技术会使国内汽车行业取得突破性的发展，其发展潜力非常大，应用前景相当广阔。
1.2.2国外现状
欧美以及日韩一直以来都是致力于发动机可变气门技术的研究。
日本本田公司的发动机i-VTEC，即可变升程技术，是通过操纵第三根摇臂、第三凸轮实现的。该技术也可调节双顶置凸轮轴发动机升力，使在高速状态下的发动机排气效果更彻底，通过调整进气升程提高发动机的动力输出功率。
德国奥迪AVS与本田i-VTEC在实施手段上有点区别，进气门的凸轮设计是两个不同的角度，螺旋槽套安装在凸轮轴上。螺旋槽套通过电磁执行器来调节，目的是来控制两组不同的凸轮，最后改变进气门的升程的大小。该系统还有一设计细节，两个进气门不仅在打开和关闭的时间是不一样的，而且它们升程也不是不相同的，这种不对称的设计能提高燃油经济性。
德国宝马的Valvetronic系统结构与传统气门结构的区别是，在其原有结构中增加一根偏心轴，一步进电机，还有中间推杆等部件。该系统能够对发动机气门升程进行无极调节，其性能更为完善；该系统还有一最突出的特点，该系统的进气量是通过利用改变气门升程的大小来调节的，因此，大大削弱了节气门的作用，泵气损失同时也大大降低了，最终提高发动机动力输出和工作效率。
日产VVEL实现连续可调气门升程，是通过对螺杆套筒和螺杆的使用；在发动机工作时，电机控制螺套与螺杆的位置，摇臂和控制杆由螺套控制，最终连续改变气门升程的大小。
菲亚特Multiair电控液压控制系统通过相对特别的方法实现了对气门升程的无极调节，该系统的工作原理比较简单，只需控制进入液压腔内多少油量就可实现气门升程的无极调节。
1.3本文主要工作
当代汽车行业的飞速发展，能源与环境问题变得日益严峻，本文以可变气门技术作为研究对象，做了一下几方面研究：
（1）首先简述了国内外的研究现状，针对可变气门技术做了哪些方面的研究；
（2）其次重点分析了发动机的换气过程，提出了提高充气效率的措施；
（3）主要对几种发动机可变气门技术从结构组成、工作过程及优点等进行了分析；
摘 要
本文通过四冲程发动机换气过程的分析，得出了影响充气效率的主要因素及提高充气效率的技术措施，而采用可变气门技术可进一步提高发动机高、低速时的充量系数，适应并兼顾发动机高、低速的输出转矩特性；文中对可变气门正时技术、可变气门升程技术、全可变气门技术进行了较为详细的比较、分析和研究，并对现有代表性的典型可变气门技术从结构、原理、工作过程等方面进行了阐述；基于有级可变气门技术的局限性，无级连续可变气门技术的优越性，无级连续可变气门技术将成为发动机可变气门技术的发展方向。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:充气效率可变气门正时可变气门升程切换
目 录
1.绪论 1
1.1课题背景及研究意义 1
1.1.1课题背景 1
1.2国内外的研究现状 1
1.2.1国内现状 1
1.2.2国外现状 2
1.3本文主要工作 3
2.发动机换气过程的分析 4
2.1四冲程发动机的换气过程 4
2.1.1排气过程 4
2.1.2进气过程 6
2.1.3气门重叠和燃烧室扫气 6
2.1.4 换气损失 7
2.2充气效率及影响因素 8
2.2.1 残余废气系数Φr 8
2.2.2 充气效率Φc 8
2.3改善发动机换气过程的措施 11
2.3.1 减小进气系统的阻力 11
2.3.2合理选择配气定时 11
2.4 小结 12
3.可变气门技术 13
3.1可变气门正时技术 13
3.1.1可变气门正时技术 13
3.1.2可变气门正时技术结构 13
3.2可变气门升程技术 15
3.2.1可变气门升程技术 15
3.2.2可变气门升程技术的优点 15
3.2.3 可变气门升程工作原理 16
3.3 全可变气门机构 16
3.4小结 18
4. 典型可变气门技术分析和研究 19
4.1 传统的可变气门技术 19
4.1.1本田VTEC系统 19
4.1.2宝马汽车公司VANOS系统 19
4.1.3丰田公司VVT-i技术 20
4.2 21世纪的可变气门技术 21
4.2.1从VTEC到i-VTEC 21
4.2.2更为先进的Valvetronic系统 21
4.2.3VVT-i到VVTL-i 21
4.2.4日产连续可变气门升程技术VVEL 22
4.2.5 菲亚特 Multiair 23
4.3小结 24
5.总结与展望 25
5.1 全文总结 25
5.2 可变气门技术展望 25
参考文献 26
致谢 27
1.绪论
1.1课题背景及研究意义
1.1.1课题背景
随着全球经济的飞速发展，汽车保有量快速增长，据统计，截至2012年底，全球汽车总量突破10亿辆。汽车作为当代交通工具，方便、快捷，为社会作出的贡献，是有目共睹的，但同时也导致全球气候变暖，大气受到严重污染，石油资源逐渐枯竭。在当今社会，各国普遍关注环境与发展问题，人们越来越深刻得认识到：人类赖以生存的地球环境日益恶化，巨大的能源消耗，已经完全威胁到人类的生存和社会的发展。一直以来，能源与环境问题是汽车工业所面临的两个主要问题，对于21世纪的汽车工业来说，不但要提高汽车的安全性和稳定性，更为重要的是要解决汽车能耗和汽车污染的问题。
通过下表1-1可得，整车质量：骐达1160kg，骊威1092kg，单看质量，骐达因为质量稍微大点，油耗理应无优势，在两种车发动机型号都是HR16DE的情况下，骐达发动机多了可变气门正时技术，在百公里综合路况下，骐达可以节省0.4个油。
表1-1 日产骊威和骐达性能比较
车型 整车质量 有无可变气门技术 发动机型号 百公里油耗
日产骊威 1092kg 无 HR16DE 6.3L
日产骐达 1160kg 有 HR16DE 5.9L
此例告诉我们，在当今社会，我们一定要加大对可变气门技术的应用，并且不断去改进可变气门技术。
1.1.2研究意义
本文首先对四冲程发动机的换气过程进行了分析，又对代表性的可变气门技术进行较为全面的分析和阐述，对其结构、原理进行分析和研究，分析比较其优劣；初步分析确定改进的方向和提出相应的建议，希望各汽车厂商更加重视发动机性能，更加关心能源消耗、尾气排放和环境保护等问题，使人们在享受汽车带来方便、快捷的同时，也能保护环境，节约能源。
1.2国内外的研究现状
1.2.1国内现状
自从20世纪90年代初开始，我国逐步开始研究可变气门技术，不久之后，便开发出一种能够完成小级差多级调节的可变凸轮相位机构，且是通过谐波来传动的。21世纪之后，在国内几家知名大学和汽车研究所共同努力之下，开发出了一种能小幅度调节气门，且是通过液压控制的可变配气相位机构。此外，清华大学研究了电磁驱动式气门机构，而浙江大学队则开展了电磁驱动式气门机构模型仿真研究。但是相对于国外，国内仅仅在试验室里研究了可变气门技术，并没有能够普遍应用在车用发动机，大批量生产的可变气门驱动机构。[1]2004年以来，国内部分汽车制造商取得了突破性的研究，其中，奇瑞公司在和奥地利AVL公司共同努力下，研究出多款采用了可变气门正时技术的发动机，目前已批量生产；江淮、长城、长安等几家国产品牌都在高度关注VVT技术，可变气门技术会使国内汽车行业取得突破性的发展，其发展潜力非常大，应用前景相当广阔。
1.2.2国外现状
欧美以及日韩一直以来都是致力于发动机可变气门技术的研究。
日本本田公司的发动机i-VTEC，即可变升程技术，是通过操纵第三根摇臂、第三凸轮实现的。该技术也可调节双顶置凸轮轴发动机升力，使在高速状态下的发动机排气效果更彻底，通过调整进气升程提高发动机的动力输出功率。
德国奥迪AVS与本田i-VTEC在实施手段上有点区别，进气门的凸轮设计是两个不同的角度，螺旋槽套安装在凸轮轴上。螺旋槽套通过电磁执行器来调节，目的是来控制两组不同的凸轮，最后改变进气门的升程的大小。该系统还有一设计细节，两个进气门不仅在打开和关闭的时间是不一样的，而且它们升程也不是不相同的，这种不对称的设计能提高燃油经济性。
德国宝马的Valvetronic系统结构与传统气门结构的区别是，在其原有结构中增加一根偏心轴，一步进电机，还有中间推杆等部件。该系统能够对发动机气门升程进行无极调节，其性能更为完善；该系统还有一最突出的特点，该系统的进气量是通过利用改变气门升程的大小来调节的，因此，大大削弱了节气门的作用，泵气损失同时也大大降低了，最终提高发动机动力输出和工作效率。
日产VVEL实现连续可调气门升程，是通过对螺杆套筒和螺杆的使用；在发动机工作时，电机控制螺套与螺杆的位置，摇臂和控制杆由螺套控制，最终连续改变气门升程的大小。
菲亚特Multiair电控液压控制系统通过相对特别的方法实现了对气门升程的无极调节，该系统的工作原理比较简单，只需控制进入液压腔内多少油量就可实现气门升程的无极调节。
1.3本文主要工作
当代汽车行业的飞速发展，能源与环境问题变得日益严峻，本文以可变气门技术作为研究对象，做了一下几方面研究：
（1）首先简述了国内外的研究现状，针对可变气门技术做了哪些方面的研究；
（2）其次重点分析了发动机的换气过程，提出了提高充气效率的措施；
（3）主要对几种发动机可变气门技术从结构组成、工作过程及优点等进行了分析；
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