VVT(variable valve timing)可变气门正时技术

可变气门正时(VVT),也被称为可变气门驱动(VVA),这些系统的目的是要调节的气门开闭时间,气门升程和持续时间,从而可以在不同的发动机工况下,调整进气量,提高发动机燃烧效率,优化性能,消耗和减少排放。

气门由凸轮控制,如下图:

气门升程和开闭时间由凸轮轮廓控制,气门曲柄角关系曲线如下图所示.

左边红色曲线是排气阀升程曲线,右边蓝色曲线是进气阀升程曲线。从图示可以看出,气门的形成从0逐渐增至最大,然后再逐渐减小。当然,之所以是这个形状,是由凸轮的形状来控制,可以通过一些公式等演算出来。对于没有VVT的一般发动机来首,这两条曲线是没有变化的,变化是指:曲线起始点,终止点,最大值。因为这是由凸轮控制的,只要凸轮不变,这个曲线就不会变化。

所谓的VVT可变气门正时,说简单点,就是想办法改变凸轮,从而改变这两条曲线的特征,比如起始点,终止点的提前与延迟,最大升程的控制,还有上图中红线与蓝线中间重合区域的控制等等。

当发动机处于较低转速时,要求进气门关闭的较早,满足了低速进气门关闭早,可提高最大扭矩的要求,当发动机处于较高转速时,要求进气门关闭得较迟,进气门关闭变慢了,满足了高速,进气门关闭较迟,可提高最大功率的要求。

关于VVT的一些控制策略:

Early intake valve opening (EIVO),进气阀提前开启

Late intake valve closing (LIVC),进气阀延迟关闭

Early exhaust valve closing (EEVC),排气阀提前开启

LEVC(Late exhaust valve closing),排气阀延迟关闭,即上图中的红线终止点延迟,增加与蓝线即进气阀的重合时间。

这写策略都会影响到混合物的充分混合程度与涡流的形成等等,从而影响到燃烧效率。

对于VVT的发动机而言:

l 可以减少pumping 工,即发动机吸气排气时所做功

l 可以控制气流运动,比如LIVO 进气门延迟打开,由于活塞的速度加快,会造成进气速度加快

l 内部EGR(废气循环)和扫气的控制,通过控制进排气门重合时间来影响。

l 优化容积效率:利用气流的惯性,LIVC进气阀延迟关闭,EEVO排气阀提前打开,并且提高重合时间,这种做法往往可以增加发动机的最大扭矩值,可以被看成‘自然的涡轮增压’从而提高容积效率,尤其当发动机处于中高转速时,次效率提高尤其明显。

一些通过VVT的控制策略,如下图所示,在发动机不同的工作区间时对应不同的改变。

下面是几种不同车企各自研发的不同VVT形式

阿尔法罗密欧VVT

在汽车领域的第一个VVT系统就是由阿尔法罗密欧在80年代推出的,第一版是液压推动的机械系统,该机构由固定在凸轮轴的内外齿轮组成

保时捷VarioCam and Variocam Plus

该系统研发于保时捷1992年,结合了可变正时,可变升程,利用液压挺柱,以及电磁阀等装置进行驱动

VVT正时系统

宝马BMW Valvetronic电子气门

由宝马2001年推出,VANOS系统组合使用电子管控,控制更精准,当然成本也相当高。

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