配气机构的现状与前景分析

更新时间：2023-09-30 22:14:01 阅读量：综合文库文档下载

说明：文章内容仅供预览，部分内容可能不全。下载后的文档，内容与下面显示的完全一致。下载之前请确认下面内容是否您想要的，是否完整无缺。

配气机构的作用推荐度：
相关推荐

xxxxx学校

题学专年学姓指成本科毕业论文

目配气机构的现状与前景分析院理工学院_______ 业汽车服务工程___ 级 2008 级号名导教师绩

2012年 4 月 20 日

摘要 ................................................................................... 1 关键词 ................................................................................. 1 Abstract ............................................................................... 1 Key words .............................................................................. 1 1曲柄连杆机构与配气机构的构造与发展.................................................... 1 1.1曲柄连杆机构与配气机构的构造...................................................... 1 1.2配气机构的分类.................................................................... 2 1.3配气机构的发展.................................................................... 3 2配气机构的现状与优化.................................................................. 7 2.1 现代汽车配气机构的研究现状 ....................................................... 7 2.2 配气凸轮优化设计方法 ............................................................. 8 3 现代发动机配气机构采用的技术 ......................................................... 9 3.1 顶置凸轮轴技术 .................................................................. 10 3.2 多气门技术 ...................................................................... 10 3.3 可变配气定时及气门升程技术 ...................................................... 11 4配气机构在各主要汽车厂商中的研发..................................................... 12 4.1本田VTEC ........................................................................ 12 4.2丰田VVT-i ....................................................................... 13 4.3宝马Double-Vanos/Valvetronic .................................................... 13 5结论................................................................................. 15 参考文献 .............................................................................. 16 致谢 ............................................................................ 17

西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文汽车用连杆机构和配气机构的现状与前景分析

摘要：本文对曲柄连杆机构和配气机构的现状与前景进行分析，首先对曲柄连杆机构

与配气机构的构造做了一定的了解，认识了它们的分类，并回顾了其发展的历程。其次阐述了曲柄连杆机构和配气机构的现状与优化的方法，知道了可变技术可使内燃机的各项性能在整个使用工况变化范围内得到优化。接着简述了现代发动机配气机构采用的技术。最后，列举了目前各主要汽车厂中曲柄连杆机构与配气机构的研发成果，剖析了其结构原理和工作原理，对于曲柄连杆机构与配气机构在行车中研发方向可作参考。

关键词：曲柄连杆机构配气机构优化设计

Abstract：This paper to crank rod system and the present situation of gas distribution institution and

prospect for analysis, first to crank rod system with gas and the structure of the organization made certain knowledge, understanding their classification, and reviews the development course of. Then expounds the crank rod system and with gas institutions and the status of the optimization method, know the variable technology can make various properties of internal combustion engine in the whole operating conditions within the scope of change was optimized.. Then the paper modern engine with gas organizations to adopt the technology. Finally, lists the main current of the car factory crank rod system with gas and achievements in research institutions, the paper analyzes its structure and principle and working principle, to crank rod system and with gas organization in the research and development direction can be driving for reference.

Key Words: crank linkage valve，valve mechanism，dynamics，optimization design

1曲柄连杆机构与配气机构的构造与发展

1.1曲柄连杆机构与配气机构的构造

曲柄连杆机构包括活塞连杆组和曲轴飞轮组。

第 1 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文 1.1.1活塞连杆组包括活塞组、连杆组

活塞组包括活塞、活塞环、活塞销和弹性卡环等。连杆组主要包括连杆、连杆盖、连杆衬套、连杆轴瓦和连杆螺栓等。

1.1.2曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮、扭转减振器等

飞轮是一个具有很大转动惯量的铸铁圆盘，其作用是将发动机作功行程中曲轴所获得的部分能量贮存起来，用来带动曲柄连杆机构越过上止点和克服非作功行程的阻力，保证曲轴旋转的均匀性，输出发动机功率，并能使发动机克服汽车起步、遇阻等情况下短时间的超负荷。一般飞轮外缘装有齿圈,与起动机齿轮喻合以供启动发动机用。

目前汽车连杆机构发展趋于完善，在后文中不做过多阐述。

1.2配气机构的分类

配气机构可从不同角度来分类。按气门的布置分为气门顶置和气门侧置式；按凸轮轴的布置位置分为下置式、中置式和上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式分为齿轮传动式、链条传动式和齿带传动式；按每气缸气门数目分，有二气门式和四气门式等。

各式配气机构中，按其功用都可分为气门组和气门传动组两大部分。气门组包括气门及与之相关联的零件，其组成与配气机构的型式基本无关。气门传动组、是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件，其组成视配气机构的形式而有所不同，它的功用是定时驱动气门使其开闭。

进气门和排气门都倒挂在气缸盖上。气门组包括气门、气门导管、气门座、弹簧座、气门弹簧、锁片等零件；气门传动组一般由摇臂、摇臂轴、推杆、挺柱、凸轮轴和正时齿轮组成。

气门顶置式配气机构的工作情况是：当气缸的工作循环需要将气门打开进行换气时，由曲轴通过传动机构驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧进一步压缩。当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，便逐渐减小了对挺柱的推力，气门在弹簧张力的作用下开度逐渐减小，直至最后关闭。压缩和做功行程中，气门在弹簧张力的作用下严密关闭。

气门顶置式配气机构根据凸轮轴的位置有以下三种型式：

(1)凸轮轴下置式配气机构：凸轮轴装在曲轴箱内，直接由凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮相啮合，由曲轴带动。气门传动组包括上述全部零件，其应用最为广泛。

(2)凸轮轴中置式配气机构：凸轮轴位于气缸体的上部。为了减小气门传动机构的往

第 2 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文复运动的质量，对于高转速的发动机，可将凸轮轴的位置移到气缸体的上部，由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂而省去推杆。该形式的配气机构因曲轴与凸轮轴的中心线距离较远，一般要在中间加入一个中间齿轮(惰轮)。

(3)凸轮轴上置式配气机构：凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，没有挺柱和推杆，使往复运动的质量大为减小，对凸轮轴和气门弹簧的要求也最低，因此它适用于高速强化发动机。

桑塔纳轿车发动机上采用的气门顶置凸轮轴上置式配气机构，与同类上置凸轮轴式配气机构相比有较大不同。它取消了凸轮支座和摇臂等零件，凸轮轴，直接装在由缸盖上平面和五个轴承孔合成的轴承孔内,气门顶置式配气机构由于进、排气通道拐弯少、气流阻力较小，气体进出较通畅，使得进气较充分，同时气门的布置与燃烧室配含绪树紧凑，有利于混合气的形成和燃烧，所以动力性和经济性较好。目前国产汽车发动机都采用气门顶置式配气机构，如CAl091型、东风EQl090E型、上海桑塔纳轿车等。

四行程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两圈，各缸的进、排气门各开启一次，即凸轮轴只转一圈，所以曲轴与凸轮轴的传动比为2：1。进气门和排气、门都装置在气缸体的一侧。

1.3配气机构的发展

伴随着社会经济的发展，人类生活水平的提高，我们对生活质量也提出了越来越高的要求。但是事实总是事与愿违，综观历史，我们周围的生活环境是越来越恶化——全球气温变暖，酸雨不断致使植被死亡等，都在一步一步的威胁着我们人类的生存。据统计，90%以上的污染来自汽车的废气排放。所以要改善我们的生活环境，其首要的任务就是降低、限制汽车的废气排放，低污染、低油耗、大功率、大扭矩的发动机也就是我们的追求目标。而配气机构严重的影响着发动机的燃烧特性和排放特性。下面就配气机构的改进发展情况加以论述和展开说明。

发动机配气机构的可变技术是指随着使用工况及要求的变化,或者为了解决矛盾及避免内燃机不正常工作现象的出现,使相关系统的结构或参数作相应的变化,从而使内燃机在各种工况下,综合性能指标能大幅度地提高,而且避免不正常燃烧及超负荷现象的产生。可变技术涉及范围较广,如可变压缩比、可变进气系统、可变配气定时、可变喷油系统、可变增压系统等。在解决较大转速范围内动力性和经济性的矛盾方面,可变技术显示出独

第 3 页共 17 页

西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文特的优势。近代电子技术的发展,促成了可变技术的迅速推广,使可变技术在车用内燃机上的应用和影响日渐突出。

1.3.1可变进气系统

传统的进气歧管长度不可变，只能在一定的转速范围内有较好的充气效率，具有良好的性能；在运行过程中无法进行调节，其动力性在某些工况下必然要受到限制，使内燃机在两种极端的工况下性能下降，影响发动机的经济性和排放性。长期以来人们发现进气管的长度变化影响内燃机的充气效率?v。进气管较短时，在高速运行有较好的充气效果；进气管较长时，在低速运行有较好的充气效果。图1.1所示的是一个进气管长度可变的进气控制系统，在内燃机低速运转时，进气控制阀关闭，管道变长，提高了进气流速，加强

图1.1 可变进气管长度控制系统

了惯性进气的作用，从而提高了充气效率?v。在内燃机高速运转时，进气控制阀打开，管道变短降低了进气阻力，从而提高了充气效率?v。图1.2所示的为进气管长度无级变化的进气系统示意图，这种系统可以利用动态效应充气，在内燃机的所有转速范围内都能

第 4 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文图1.2 长度无级可变进气系统示意图

1、可活动的圆筒（空气分配器） 2、固定的壳体 3、进气道4、侧壁 5、圆筒中的空气进口 6、进气道中的空气进口 7、密封垫 8、进气门

达到最佳的效果。这种进气管长度可变系统的结构简单、费用不大、可靠性高，比较适用于汽车、拖拉机、摩托车等的发动机上。

1.3.2可变配气相位

传统内燃机配气相位在内燃机运转过程中是固定不变的,不能同时兼顾各种转速的要求,也就很难达到真正的最佳配气相位。而采用可变配气相位则可以在内燃机整个工作范围内,提供合适的气门开启、关闭时刻或升程,从而改善内燃机进、排气性能,较好地满足高转速和低转速,大负荷和小负荷时的动力性、经济性以及废气排放的要求。综上所述,可变配气相位改善内燃机性能,主要体现在以下几个方面：

(1) 能兼顾高速及低速不同工况,提高内燃机的动力性和经济性; (2) 改善内燃机怠速及低速时的性能及稳定性; (3) 降低内燃机的排放。

目前有两类可变配气相位机构,一类为可变配气相位,这类方法能提高中、低速转矩,改善低速稳定性,但由于最大气门升程保持不变,所以对燃油经济性改善不大,在此不作详细论述。另一类为在低速和高速时应用不同的凸轮来同时调节配气正时和气门升程,并对高速凸轮和低速凸轮及工况转换点同时进行优化,使内燃机在整个转速范围内获得良好的性能。由于可变配气相位技术的优越性,在美国已有800多项专利产品。可变配气相位(VVT) 典型代表为日本本田车用公司的VTEC系统。VTEC系统结构及工作原理如图1.3。其配气凸轮轴上布置了高、低速两种凸轮,采用特殊设计的摇臂,能够根据内燃机转速高低自动切换凸轮,使摇臂分别被高速或低速凸轮驱动,从而实现了配气正时和气门升程同时调节的目的。凸轮轴上中间为高速凸轮,与中间摇臂相对应,左右各有一个低速凸轮,分别位于第1 和第2摇臂位置。3个摇臂内装有液压活塞A、B和限制活塞。其工作过程为:转速低于6000r/min时,液压活塞不移动,中间摇臂在高速凸轮驱动下,压下空动弹簧,而第1和第2 摇臂则在2个低速凸轮作用下驱动2个气门;转速高于6000r/min时,在压力油作用下,液压活塞A和B移动,中间摇臂与左右摇臂锁在一起在高速凸轮的作用下驱动气门,低速凸轮随凸轮轴空转。

第 5 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文

图1.3 日本本田公司可变配气相位、升程（VETC）机构工作原理图 1.液压活塞B 2.液压活塞A 3.凸轮轴 4.高速凸轮 5.低速凸轮

6.限制活塞 7.第2摇臂 8.中间摇臂 9.第1摇臂

1.3.3 可变进气涡流强度

传统的柴油机进气涡流强度取决于柴油机的转速。对于一个恒定的柴油机进气道而言,随柴油机转速的升高进气涡流增强,反之涡流强度减弱。进气道的设计一般只能保证在某一转速范围内的涡流强度使柴油机性能最佳,而转速改变时,进气涡流就会过强或过弱,不利于柴油机正常工作。图1.4为副气道控制进气涡流强度结构示意图。副气道以一定角度与主气道相连,形成与主气道反向的进气涡流,通过改变副气道的进气量可以很好地改变

图1.4 副气道控制进气涡流强度结构图

1.主气道 2.汽缸盖 4.控制阀 5.控制阀行程传感器 6.电磁阀 7.副气道

整个进气涡流强度。该种控制方法结构简单,涡流强度的改变不会恶化流量系数,因而得到了广泛的应用。

第 6 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文

2配气机构的现状与优化

配气机构作为内燃机的重要组成部分，其性能好坏对内燃机的性能指标有着很重要的影响。配气机构的作用是按照内燃机的工作循环与工作顺序的要求，控制新鲜气体及时地进入气缸，同时排除燃烧后的废气。一台内燃机的经济性能是否优越，工作是否可靠，噪音与振动能否控制在较低的限度，常常与其配气机构设计是否合理有密切关系。设计合理的配气机构应具有良好的换气性能，进气充分，排气彻底，即具有较大的时面值，泵气损失小，配气正时恰当。与此同时，配气机构还应具有良好的动力性能，工作时运动平稳，振动和噪音较小，不发生强烈的冲击磨损等现象，这就要求配气机构的从动件具有良好的运动加速度变化规律，以及合适的正、负加速度值。随着汽车及发动机技术的发展，对配气机构也提出了更高的要求，其相关新技术也得到了发展。

2.1 现代汽车配气机构的研究现状

随着内燃机高功率、高速化发展，人们对其性能指标的要求更高，这给配气机构的设计以及制造工艺增加了难度。目前广泛采用的是气门－凸轮式配气机构，它具有保证气缸密封性的优点。配气机构系统研究内容归纳起来主要有两个方面，一方面是零部件的设计，包括凸轮型线，气门摇臂机构的设计，气门弹簧及气门等零部件的设计，其中又以凸轮型线的设计尤为关键，这是因为凸轮作为整个机构的原动件，它直接控制整个机构的运动。另一方面是机构的动力学问题，而对于机构动力性能的研究，又主要集中在气门的运动规律上。国外对配气机构的振动模型、摩擦及配气相位和可变气门正时等的研究有一些报道。国内也在致力于研究更精确的气门振动模型、凸轮挺柱副的动力润滑、非对称凸轮型线以及凸轮型线的拟合等问题，主要表现在以下几个方面[1~2]：

（1）设计了许多性能优良的凸轮型线；（2）配气机构由刚性设计发展为弹性设计；

（3）由孤立研究凸轮设计发展到配气机构系统设计。

内燃机配气凸轮的研究已经涉及到配气机构性能的各个方面，包括型线、挺柱的运动规律、气门振动模型、挺柱与凸轮的接触应力、摩擦应力等。在研究更精确的气门振动模型、凸轮挺柱副的动力润滑、非对称凸轮型线以及凸轮型线的拟合等方面上，国内外都有

第 7 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文很大的发展。

2.2 配气凸轮优化设计方法

配气凸轮是影响配气机构工作状况的关键零件，如何设计和加工出具有合理外形的凸轮轴是整个配气机构设计中最关键的问题。对内燃机气门通过能力的要求，实际上是对由凸轮外形所决定的气门位移规律的要求，气门开闭迅速就能增大时面值，但这将导致气门机构运动件的加速度和惯性负荷增大，冲击、振动加剧，机构动力特性变差。因此，对气门通过能力的要求与机构动力特性的要求间存在一定矛盾，应视所设计发动机的特点，如发动机工作转速、性能要求、配气机构刚度大小等，主要在凸轮外形设计中兼顾解决。配气凸轮型线优化设计的任务就是在确保配气机构能可靠工作的前提下寻求最佳的凸轮设计参数。凸轮型线的设计己从静态设计、动态设计发展到系统动力学优化设计，图1、图2 分别为双质量运动学模型与多质量动力学模型。系统动力学设计考虑配气机构的弹性变形，可更精确地描述配气机构的运动和受力情况，并统一考虑机构动态参数与凸轮型线，从而实现凸轮型线优化设计[3~5]。

2.2.1 静态优化设计

静态优化设计，将配气机构看作绝对刚体，不考虑它在运动时的弹性变形。用静态方法设计的圆弧凸轮，容易引起较大的振动和噪音。转速增高时，有时会产生飞脱和反跳，不仅加剧了内燃机的振动、噪音和零件间的磨损，还会使充气性能有所下降。

2.2.2 动态优化设计

动态优化设计，考虑弹性变形，把配气机构看作是弹性系统。用动态优化设计方法的凸轮有多项动力凸轮、正弦抛物线凸轮、n 次谐波凸轮等。多项动力凸轮从弹性变形角度出发设计凸轮外形，未考虑配气机构的弹性振动，没有从根本上解决配气系统的振动等问题。动态优化设计虽然考虑了配气机构的弹性变形和振动问题，但仅仅只是单纯地设计凸轮，没有从整个配气机构运动状况出发，未明确指出配气机构动态参数和凸轮型线之间有系统优化问题，有一定的局限性。现在己出现针对系统优化的模型，将凸轮型线与配气系统的动态行为统一考虑。这种模型较为全面地评价了对配气系统的各种要求，达到了较好的效果。

第 8 页共 17 页

西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文

图2.1 简化阀系双质量运动学模型

图2.2 配气机构多自由度动力学模型

2.2.3 系统动力学优化设计

系统动力学优化设计将配气凸轮型线与配气机构动态参数（刚度和质量）统一考虑在内，进行凸轮型线的优化设计。配气凸轮型线、凸轮转速和配气机构参数之间有一个最优化匹配关系，即系统优化问题。而实际上配气机构刚度、质量和凸轮型线的试验成本太高，进行多方案研究成本更高，就出现了用单质量模型及其它各种动力学模型进行了计算。为了使动力学模型与实际相符，先用试验结果考核动力学模型，待两者得到的结果相近后，才做匹配和优化计算。

3 现代发动机配气机构采用的技术

第 9 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文现代发动机配气机构采用的技术主要有以下三方面[6]。

3.1 顶置凸轮轴技术

气门－凸轮式配气机构具有保证气缸密封性的优点，尤其是进排气门能够持久地保证燃烧室的密封性，四冲程内燃机大多采用气门—凸轮式配气机构。气门—凸轮式配气机构按气门布置分为侧置气门和顶置气门机构。顶置气门配气机构，内燃机的充气系数较高，燃烧室比较紧凑，内燃机有较好的性能指标，是侧置气门机构所不能达到的，故侧置气门机构己被淘汰。顶置气门配气机构又由凸轮轴的放置位置分成凸轮轴下置型和顶置凸轮轴型。绝大部分柴油机采用凸轮轴下置型，但这种机构高速运转时产生较大的惯性力和振动及噪声，消耗较大的动力。目前的趋向是把凸轮轴放在气门上方，省去了推杆、挺柱，称顶置凸轮轴型（OHC）；还有些机构将顶置凸轮轴放在气门室罩里，凸轮直接作用于气门上，这种机构省去了摇臂，高速时气门工作良好，零件惯性力极小，工作平稳。顶置凸轮轴型（OHC）又可分成SOHC 型和DOHC 型。前者只用一根凸轮轴来驱动进、排气门；而后者采用两根凸轮轴来分别驱动进、排气门。这种结构适用于进、排气门呈v 形排列的内燃机。凸轮轴的传动类型有三种：正时齿轮传动、正时链轮传动和驱动带传动。其中，正时齿轮传动主要用于要求长寿命和大载荷的内燃机，如船用、商用车和赛车内燃机；正时链轮传动，广泛应用于轿车内燃机，一般来说，它比正时齿轮传动机构噪音小：驱动带传动或齿形带传动是最新出现的传动方式，主要用于顶置凸轮轴内燃机上。

3.2 多气门技术

配气机构的最新发展是改善燃料经济性，其关键在于如何提供更多的新鲜空气，多气门内燃机很早就已经出现了，但仅用于赛车，目的是减轻排气门的热负荷和机械负荷，但并未能在内燃机制造业得到推广。意大利布加奇公司首先创出具有四个排气门和一个进气门的内燃机。促进多气门内燃机产量迅速提高的原因在于自动控制技术的快速发展和生产的工艺水平越来越高，可以充分发挥多气门配气方案的优越性，保证内燃机在整个负荷和速度范围内形成最佳混合气，并适时适度送入气缸。多气门内燃机优点很明显，如图3 用2 个进气门取代1个进气门，流通截面加大30%～35%以上，可大大改进充气系数。因此，多气门内燃机可以提高功率。4 气门内燃机曲轴在中低转速范围内，扭矩一般比2气门内燃机大10%～15%，高转速范围内大10%～20%。多气门内燃机不仅可以提高内燃机功率，还可以降低燃油消耗，减少排污。据分析，4 气门内燃机燃油消耗比2 气门内燃机燃油消

第 10 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文耗低6%～8%[6]。

图3.1 顶置凸轮多气门技术

图3.2 可变气门正时配气机构

3.3 可变配气定时及气门升程技术

常规内燃机配气相位都是按内燃机性能要求，通过试验确定某一转速和负荷条件下较为适合的配气相位，自然只达到一种转速最为有利。然而为了在更大的曲轴转速范围内提高功率指标，降低燃料消耗，现代多气门内燃机气门开启相位可以改变、升程也可以改变，称作可变气门运动配气机构（VVT），见图4[7~9]。通过这套机构对配气过程的调节和控制，低、中转速时，活塞运动速度低，气流动力学特性差，因而要求“缩小”相位重叠角，以减少工作混合气倒流，保证低、中转速时扭矩曲线形状较好，可显著地降低燃油消耗率。在中高转速时，活塞运动速度快，气流动力学特性好，因而要求“放大”相位重叠角，废气排放彻底，进气量充分，可相应增加内燃机扭矩。显然，采用这一机构，可提高内燃机性能、降低污染、改善怠速性能。可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门行程两大类，有些发动机只匹配可变气门正时，如丰田的VVT-i 发动机；有些发动机只匹配了可变气门行程，如本田的VTEC；有些发动机既匹配的可变气门正时又匹配的可变

第 11 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文气门行程，如丰田的VVTL-i，本田的i-VTEC，通过这套系统的控制，发动机能够根据自身的运转状态进行适当的进气调整。实现可变气门技术有多种途径，按照有无凸轮轴可分为基于凸轮轴的可变气门机构和无凸轮轴的可变气门机构2 类。传统气门控制技术都是由凸轮轴机械推动的，电磁气门控制技术采用由电磁驱动的组件推动气门，根据ECU 需要进行动作，这也正是VTEC 等气门控制技术追求的最高境界。

4配气机构在各主要汽车厂商中的研发

当前人们关心的问题是全球变暖，减少CO2排放是汽车厂商要面对的问题，而其问题的关键所在就是发动机技术。发动机是汽车的动力源泉，如何提高其动力、降低油耗和减少废气排放，则其两大核心：曲柄连杆机构和配气机构，是所有汽车制造商花费巨大精力研究的课题。下面我介绍一下各大汽车厂商在这方面的研究成果：

4.1本田VTEC

VTEC是本田开发的先进发动机技术，也是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程两种不同情况的气门控制系统。最早出现在1989年，是本田的专有技术，国产雅阁就采用该发动机。VTEC（Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）的意思“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”。VTEC全称是可变气门正时和升程电子控制系统，它能随发动机转速、负荷、水温等运行参数的变化，而适当地调整配气正时和气门升程，使发动机在高、低速下均能达到最高效率。当转速在不断提高时，发动机的各传感器将监测到的负荷、转速、车速以及水温等参数送到电脑中，电脑对这些信息进行分析处理。当达到需要变换为高速模式时，电脑就发出一个信号打开VTEC电磁阀，使压力机油进入摇臂轴内顶动活塞，使三只摇臂连接成一体，使两只气门都按高速模式工作。当发动机转速降低达到气门正时需要再次变换时，电脑再次发出信号，打开VTEC电磁阀压力开头，使压力机油泄出，气门再次回到低速工作模式。与普通发动机相比，VTEC发动机所不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法，它有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的调节进行自动转换。通过VTEC系统装置，发动机可以根据行驶工况自动改变气门的开启时间和提升程度，即改变进气量和排气量，从而达到增大功率、降低油耗及减少污染的目的。

2001年，HONDA再次向世界车坛推出了新一代的VTEC技术，名为i-VTEC

第 12 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文（intelligent-Variable Valve Timing and Lift Electronic Control 智能可变气门相位及升程电子控制系统）i-VTEC就是在VTEC引擎上加入VTC（Variable Timing Control 时机变量控制）的装备，从名字就可以看出来，它也利用到跟VANOS与VVT-i类似的方式来\连续式\地转动凸轮轴的开与关，所以就达到了所谓的\气门重叠角的控制\，这就是进、排气门的正时与开启的重叠时间的可变是由油压控制的VTC操控，使凸轮轴转动些角度(向右，向左)，进而提早或延迟去驱动到气门的开或关的时间，这跟VVT-i中的调节器有一样的功能，i-VTEC也跟VVTL-i一样的组合出\可连续性\变化的气门正时与气门重叠时间，\改变升程的可变气门机构於引擎的进气端与排气端。此系统最大可以将点火提前角提早50度，还加入了可变进气歧管技术，以改善低转扭力反应，例如大名鼎鼎的美版Acura RSX Type-S（DC5）上搭载的K20A2，升功率为110ps。现在，装有i-VTEC的引擎已经被充分运用在HONDA的各系列车型当中，消费者已能充分感受它带来的高燃油利用率和低油耗的成果[12]。

4.2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、卡罗拉等车型采用的是双VVT-i技术，双VVT-i指的是分别控制发动机的进气系统和排气系统。在急加速时，控制进气的VVT-i会提前进气时间，并提高气门的升程，而控制排气的VVT-i会推迟排气时间，从而有效地提升发动机动力。同时，由于进气量的加大，也使得汽油的燃烧更加完全，实现低排放的目的。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。

4.3宝马Double-Vanos/Valvetronic

宝马的VANOS系统是一个由车辆发动机管理系统操纵的液压和机械相结合的凸轮轴控制设备。VANOS系统基于一个能够调整进气凸轮轴与曲轴相对位置的调整机构。双VANOS(Bi-vanos)则增加了对进排气凸轮轴的调整机构。

第 13 页共 17 页

西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文 VANOS系统根据发动机转速和加速踏板位置来操作进气凸轮轴。在发动机转速达到最低时，进气门将随后开启以改善怠速质量及平稳度。发动机处于中等转速时，进气门提前开启以增大扭矩并允许废气在燃烧室中进行再循环从而减少耗油量和废气的排放。最后，当发动机转速很高时，进气门开启将再次延迟，从而发挥出最大功率。

怠速时，凸轮正时延迟。在非怠速状态下，DME为电磁线圈通电控制油压推动杯状齿轮，在中等转速下推动凸轮提前12.5度，然后在5000转/分时，允许其回到初始位置。中速运转时推力越大气缸充气越好，扭矩也就越大。我们听到的噪声是因公差而造成的杯状装置进出时链轮的轻微摆动声音[13]。

在油门踏板位置和发动机转速的作用下，进排气凸轮轴的气门正时根据发动机所需的功率进行了调整，双VANOS系统（双可变凸轮轴控制）以此使扭矩得到了显著提升。

双VANOS系统改善了低转速功率，使扭矩曲线趋于平缓并能为该组凸轮轴扩展功率带。双VANOS系统发动机的扭矩峰值比单VANOS低450转，功率峰值高200转/分，1500-3800转/分下的扭矩曲线也得到了改善。同时，扭矩下降的速度不会超过功率峰值[14]。

双VANOS系统的优点在于在各种工作状态下，系统能够单独控制热的废气流入进气歧管。这被称为“内部”废气再循环，使得废气中的可用成分得以进行再循环。

宝马的Valvetronic（连续可变气门正时及升程）少了节流阀的设计，如同我们鼻子或肺在作呼吸动作时一样地跟空气直接接触，而省略掉节流阀后，引擎在进新鲜空气时，将更顺畅，少掉因为空气流动的一些粘著力与摩擦力，而使引擎在运转时省去不必的损失。一般的车子，当我们用脚踏加油门时，是驱动着钢索而通到节流阀这开关的，而踏油门的深浅正控制著节流阀的开或关的程度，而引进的就是将进入引擎燃烧室燃烧的新鲜空气，所以，节流阀正控制著燃烧室的空气量与流动速率；然而，取代这\机械式\的进气节流阀机制后，取代的是\电子式\的可变电阻，依我们踏油门的深浅，经过这可变电阻而来决定\进气量\。

而Valvetronic比起VVTL-i与i-VTEC更进一步的地方是它除了可连续性变化气门的开关正时与相位外，Valvetronic连升程也是连续性微调。这比VVT-i与跟i-VTEC在升程上是\阶段式\地更进一步了。要作到气门的升程变化几乎都要透过摇臂的设计来完成这动作，而宝马更进一步的地方就是在此处比本田或丰田多下点功夫，Valvetronic的摇臂是\偏心轴\的转动，所以当摇臂作动时，非固定在圆心转动，而是稍微偏离中心点，虽然量不大，但是一经过摇臂的长度施力(如杠杆原理一样)，阀门开与关的\深度\就可以被改变

第 14 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文了[16]。(如图2.1所示，是正常的摇臂，它作动时即固定在圆心，而Valvetronic的\偏心轴\摇臂则巧妙地使它在作动时，会有不等量的伸长来驱动到气门的开关深度，所以升程就被微量的变化了凸轮轴借由摇臂去驱动气门的开与关。

图4 宝马Valvetronic系统中摇臂的工作状态

就这样，Valvetronic配合着double-VANOS(双凸轮轴)原本就有的连续性可变气门正时机构，而作到了\正时与重叠时间，还有升程都可以连续性的变化，这就是它优越的地方。[17]

5结论

（1）要对曲柄连杆机构和配气机构的现状及前景分析，首先需要对其结构有一定的认识和了解，然后分析它的不足，最后有针对性地进行优化。

（2）从曲柄连杆机构和配气机构的结构来看，为了适应人们对汽车更高更好的要求，在相当长的一段时间内其必然朝着内燃机配气机构的可变技术方向发展。

当今内燃机配气机构的发展趋向是在排量不变的前提下，提高内燃机性能指标。不论是多气门配气机构还是在此基础上演化而来的可变气门运动配气机构，其基本出发点都是，在更大范围内使内燃机动力指标、经济指标和生态指标等达到最优，这是传统配气机构无法完成的。

第 15 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文参考文献

[1]尚汉冀. 内燃机配气凸轮机构——设计与计算[M]. 上海：复旦大学出版社，1988. [2]杨连声，主编．内燃机设计[M]. 北京：中国农业机械工业出版社，1989. [3]付光琦．高速柴油机顶置式配气凸轮机构的动力学计算[J]．内燃机学报，2000. [4]Leibnitz Germanio and Ricardo Luiz Utsch de Freitas Pinto.Optimization of a Cam by Genetic Algorithm. SAE 2002，（1）：3565.

[5]刘云，肖恩忠. 高速柴油机配气凸轮优化设计综述[J]. 拖拉机与农用运输车，2006，33（4）：6－9．

[6]丁祥军，刘茂康，陈华. 多气门设计对柴油机性能的影响[J]. 机械制造与研究，2007，36（5）：66－68．

[7]小仓胜．可改善汽车燃油耗和扭矩范围的连续可变进、排气气门正时机构的开发[J]．国外内燃机，2006，（1）：43－45．

[8]王立彪，何邦全，谢辉，等．发动机可变气门技术的研究进展[J]．汽车技术，2005，（12）：4－8．

[9]Eggerath，Geiger U，Haas M．未来的可控配气机构元件[J]．国外内燃机，2006，6：36－40．

[10] 刘永长.内燃机原理[M].武汉:华中科技大学出版社,2004.

[11] 邢世凯，闻德生，潘景升.车用内燃机可变技术概述[J].拖拉机与农用运输车，2003. [12] 贾丽冬，陈传举.内燃机进气管长度可变系统发展现状[J].拖拉机与农用运输车，2004.

[13] 冯迎霞，俞水良.车用发动机可变气门驱动技术进展[J].机电工程技术2005. [14] 苏炎玲，舒歌群，李志锐.内燃机无凸轮电液驱动配气机构控制技术[J].小型内燃机与摩托车，2004.

第 16 页共 17 页西南大学育才学院2012届汽车服务工程专业毕业论文

致谢

时光飞逝，岁月如梭，转眼四年的大学的学习生活即将结束了，在这四年的学习生活中，塑造了我乐观的态度和坚毅的品格。

在这四年的学习生活中首先要感谢尊敬的李老师。您吃苦耐劳的敬业精神、严谨求实的治学风范、诲人不倦的态度、谦虚的品格、以及对他人的宽容和对自身的严格要求，都使我获益匪浅，受益终生。