Transcript 发动机可变气门升程技术的现状及发展

个人简历（宋学忠）
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1、1989.7 —1990.10招远市运输集团汽车大修厂 汽车
维修实习
2、1990.10—1991.10招远市运输集团机务科
助工、
计量管理、设备管理、汽车驾驶员培训学校理论教师
3、1991.10—1992.10招远市运输集团货运公司 助工、
汽车检测、维修管理
4、1992.11—2007.03 招远市运输集团汽车大修厂 副
厂长、工程师、维修业务管理、技术管理
5、2007.03至今 烟台南山学院 副教授
个人简介
 1997年参加烟台市青工技术大赛，并取
得汽车修理工竞赛第一名，被共青团烟
台市委、烟台市劳动局、烟台市交通委
等六家单位联合授予“烟台市新长征突
击手标兵”、“烟台市青年岗位能手标
兵”荣誉称号
 2005年成功应聘北汽福田欧曼汽车营销
公司索赔主管师
 2007年应聘南山学院副教授
（邮箱：[email protected]）
主讲课程
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主讲《汽车故障诊断与维修》、《汽车检测诊
断技术与设备》、《汽车电器》、《汽车维修业务
管理》、《汽车维修高级工》、《汽车底盘电控系
统》、《汽车电控技术》、《汽车新技术》、 《汽
车美容与装饰》、 《二手车鉴定与评估》等课程，
担任汽车维修高级工培训的理论及实训指导教师。
专业论文（第一作者）
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1、《CA1092空气压缩机早期的故障原因分析》
——1998年《汽车运输》第1期
2、《解放CA1120PK2L2型柴油载货汽车制动故障原因分析》
——1998年《汽车驾驶员》第12期
3、《DC6110A-1发动机主轴承盖断裂原因分析》
——2002年《汽车维修》第7期
4、《由排气制动引起的发动机故障分析》
——2003年《汽车维修》第1期
5、《DC6110A发动机机油压力低故障排除2例》
——2004年《汽车维修》第1期
6、《DC6110系列发动机气缸套高出缸体高度的调整》
——2004年《汽车维修》第2期
7、《人为制动系统故障一例》
——2004年《汽车维修》第5期
8、《DC6113B-1B型发动机一例特殊故障的分析》
——2005年《汽车维修》第1期
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9、《滑动轴承的常见损坏形式及预防对策》
——2006年《汽车维修》第5期
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10、《离合器分离不彻底特殊故障》
——2008年《汽车维修》第1期
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11、《发动机大修后自行熄火故障的排除》
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——2010年《汽车维修》第2期
12、《桑塔纳2000GSi AJR发动机一特殊现象的原因分析》
——2010年《汽车电器》第3期
13、《发动机气门座圈脱落的故障原因分析》
——2011年《汽车维修》第5期
14、《发动机电控双缸同时点火系统的电路分析》
—2012年《汽车维修》第1期
15、《数字式EGR阀结构原理与检测》
— 2012《汽车电器》 第三期
16、《汽车气压盘式制动器（ADB）技术简介》
—2012《汽车维修》第七期
17、《Audi A8主动巡航系统结构功能及发展》
—2013《汽车电器》第一期
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发动机可变气门升程技术的现状
及发展
宋学忠
发动机气门升程
1、发动机可变气门升程技术
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发动机可变气门升程技术可以在发动机不同转速、不同
负荷时匹配合适的气门升程。
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在低转速、小负荷时使用较小的气门升程，有利于增强
进气涡流强度，增加缸内紊流，提高燃烧速度，增加发动机
的低速扭矩，改善冷启动和降低油耗。
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高转速、大负荷时使用较大的气门升程，减少气门节流
损失，提高充气效率，能够显著提高进气量，提高发动机在
高转速、大负荷时的功率输出并能降低发动机的燃油消耗，
提高燃油经济性，降低HC、NOx的排放
2、当前具有代表性的发动机可变气门升程技术结
构及性能比较
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2.1 本田i-VTEC
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2.2 奥迪AVS
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2.3 BMW的Valvetronic电子气门技术
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2.4 英菲尼迪VVEL
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2.5 菲亚特Multiair电控液压进气系统
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2.1 本田i-VTEC
 2.1.1本田发动机的可变气门升程技术i-VTEC
是利用第三根摇臂和第三个凸轮来实现的。
（1）当发动机在中、低转速时，三根摇臂处于
分离状态，普通凸轮推动主摇臂和副摇臂来控制两
个进气门的开闭，气门升量较小。此时虽然中间凸
轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间是分离的，所
以两边的摇臂不受它控制，也不会影响气门的开闭
状态。
 （2）当发动机达到某一个设定的转速时，电脑即
会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，
使三根摇臂锁成一体，一起由高角度凸轮驱动，这
时气门的升程和开启时间都相应的增大了，使得单
位时间内的进气量更大，发动机动力也更强。
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（3）当发动机转速降到某一转速时，摇臂内的液
压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，
三根摇臂分开。
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 2.1.2本田的VTEC系统也可对DOHC双顶置
凸轮轴的发动机的排气气门升程进行调节，
这样就使发动机在高转速下排气效果将更彻
底，可以和进气门升程的调节协作来共同增
强发动机的动力输出。
 2.1.3 i-VTEC这种在一定转速后突然的动力
爆发极大的提升了驾驶乐趣，但缺点则是动
力输出不够线性，动力的过渡不够圆滑，这
也是阻碍本田可变气门升程技术进步的瓶颈，
原因是不可能在凸轮轴上加上更多的凸轮来
实现更多级的调节
2.2奥迪AVS
 2.2.1奥迪的AVS可变气门升程系统在设计理
念上与本田的i-VTEC有着异曲同工之妙，只
是在实施手段上略有不同。
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这套系统为每个进气门设计了两组不同角
度的凸轮，同时在凸轮轴上安装有螺旋沟槽
套筒。螺旋沟槽套筒由电磁驱动器加以控制，
用以切换两组不同的凸轮，从而改变进气门
的升程。
当发动机在高负载的情况下，AVS系统
将螺旋沟槽套筒向右推动，使升程较大的凸
轮得以推动气门。在此情况下，气门升程可
达到11毫米，以提供燃烧室最佳的进气流量
和进气流速，实现更加强劲的动力输出。
 2.2.2
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当发动机在低负载的情况下，为了追求发
动机的节油性能，此时AVS系统则将凸轮推
至左侧，以较小的凸轮推动气门。
2.2.3奥迪AVS系统中还有一个设计细节需要
注意，那就是两个进气门无论是在普通凸轮
还是在升程大的凸轮下的相位和升程是有差
别的，也就是说两个进气门开启和关闭的时
间以及升程并不相同。
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这种不对称的进气设计是为了让空气在流
经两个进气门后，同时配合特殊造型的燃烧
室和活塞顶部，可以令混合气在气缸内实现
翻转和紊流，进一步优化混合气的状态，提
高燃油经济性。
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 2.2.4奥迪AVS可变气门升程系统在发动机
700RPM至4000RPM之间工作。
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当发动机处于中间转速区域进行定速巡
航时，AVS系统可以为车辆提供很好的节油
效果。
 2.2.5奥迪的AVS可变气门升程系统调节的气
门升程依然是两段式的，没有做到气门升程
的无级调节，所以对进气流量的控制还不够
精确，不够圆滑。
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2.3BMW的Valvetronic电子气门技术
 2.3.1BMW的Valvetronic系统在传统的配气
相位机构上增加了一根偏心轴，一个步进电
机和中间推杆等部件，该系统借由步进电机
的旋转，再在一系列机械传动后很巧妙的改
变了进气门升程的大小。
 2.3.2当凸轮轴运转时，凸轮会驱动中间推杆
和摇臂来完成气门的开启和关闭。
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当电机工作时，蜗轮蜗杆机构会首先驱动
偏心轴发生旋转，然后中间推杆和摇臂会产
生联动，偏心轴旋转的角度不同，最终凸轮
轴通过中间推杆和摇臂顶动气门产生的升程
也会不同。在电机的驱动下，进气门的升程
可以实现从0.18mm到9.9mm之间的无级变
化（如图9所示）。
2.3.3相比本田i-VTEC、奥迪AVS两段式的气门升
程系统，BMW Valvetronic系统可实现发动机气
门升程的无级调节，性能更为先进，其最大优势就
是可以利用气门升程来控制进气量，这样节气门的
作用就被弱化，大大降低了泵气损失，同时发动机
进气迟滞的现象也会减轻，直接提升了发动机的响
应速度。由于进气不存在迟滞，因此发动机的点火
正时和配气正时的配合也更为精确，最终发动机的
效率得到提升。
 2.3.4BMW的Valvetronic技术已经覆盖了旗下的多
款发动机，该技术能够让发动机对驾驶者的意图做
出更迅捷的反馈，同时通过发动机管理系统实现对
气门升程的精确控制，实现了车辆在各种工况和负
荷下的最佳动力匹配。
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2.4 英菲尼迪VVEL
（日产豪华品牌Infiniti英菲尼迪）
 2.4.1英菲尼迪的VVEL系统的工作原理与
BMW的Valvetronic类似，但在结构上稍有
不同。VVEL系统使用一套螺套和螺杆的组合
实现了气门升程的连续可调。
2.4.2在系统工作时，电机通过ECU信号控制螺杆和
螺套的相对位置，螺套则带动摇臂、控制杆等部件，
最终改变气门升程的大小。
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当发动机在高转速或者大负荷时，电机带动螺杆
转动，套在螺杆上的螺套也会产生相应的横向移动，
与螺套联动的机构使得控制杆逆时针或顺时针发生
旋转。由于摇臂套在控制杆的偏心轮上，因此摇臂
的旋转中心也会随之上升或下降，从而达到改变气
门升程的目的。
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 2.4.3虽然整个机构看起来比较复杂，摩擦副
也相对较多，但由于系统中的摇臂，控制杆
和螺套等都是刚性连接，没有弹簧类的回位
机构，使得VVEL系统即使在发动机高转速情
况下也无需考虑惯性的问题。
2.5 菲亚特Multiair电控液压进气系
统
 2.5.1
Valvetronic和VVEL的结构相对来说
比较复杂，而且复杂的配气机构也会在一定
程度上增加制造成本。然而菲亚特的Multiair
电控液压进气系统却采用了一种相对独特的
手段实现了气门升程的无级调节，在技术上
可谓另辟蹊径。
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 如图13所示，Multiair最大的特点就是开创性
的使用了电控液压控制系统来驱动气门的正
时和升程，虽然发动机为每缸4气门的结构，
但是却取消了进气门一侧凸轮轴，而排气门
侧的凸轮轴通过液压机构来驱动进气门。
 2.5.2Multiair系统的工作原理直接、简单，
进气门由一个活塞、液压腔和电磁阀完成驱
动作用。气门上方设计有一个液压腔，液压
腔一端与电磁阀相连，电磁阀则通过ECU信
号，根据工况的不同适时调节流向液压腔内
的油量。由凸轮轴驱动的活塞通过推动液压
腔内的油液，控制气门的开启。系统只需要
控制液压腔内的油量的多少即可以完成对气
门升程的无级可调。
简单的结构不仅可以减小整个配气机构
的惯性，而且在高速运转时，能量的损失也
更小。
 电控加液压的配合方式还让Multiair系统拥
有极快的响应速度，因此可以实现在一个冲
程内多次开启气门的模式，使得在怠速和低
负荷工况下拥有更高的燃烧效率。
 2.5.3
 Multiair最大的优势在于成本，由于配气机构
相对简单，整套Multiair系统也不需要太高的
成本，因此这项技术可以更好的向中低端车
型覆盖。
3发动机可变气门升程技术的现状及发展
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（1）如何提高进、排气效率是对传统内燃机效率提升的一个
重要方向和手段。
（2）随着汽车技术的进步和发展，发动机气门控制技术也在
不断的发展和提高，从最早的本田VTEC技术实现了气门升程
的分段可调，到BMValvetronic气门升程无级可调技术，再到
菲亚特的Multiair电控液压气门技术。
（3） 汽车工程技术人员始终在利用更简单的原理来实现更为
出色的性能。
（4）由于可变气门升程技术设计比较复杂、制造成本较高等
诸多原因，还无法得到大规模应用，特别在中低端车型上使用
更少。
（5）但是搭配了发动机气门升程可变技术，无疑可以将发动
机的动力性、经济性、排放性以及平顺性提升到一个新的高度，
最终使发动机的效率得到提升。
最后衷心祝愿同学们：
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学业有成
就业顺利
前途辉煌
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谢谢大家
再见
2013.03