VVT-i发动机是什么意思?双VVT-i、i-VTEC又是什么意思？
发布于 09-20 00:12:08
VVT-i（Variable Valve Timing-intelligence）是丰田公司注册的发动机可变气门技术，即“智能可变配气正时系统”。最大特点是可根据发动机的状态来控制进气凸轮轴，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转矩，并能在一定程度上改善燃油经济性，有效提高汽车的功率与性能，减少油耗和废气排放。VVT-i由传感器、电控单元、液压控制阀和控制器等组成，按控制器的安装部位不同而分成两种：一种是安装在排气凸轮轴上的，称为叶片式VVT-i，比如丰田大霸王；另一种是安装在进气凸轮轴上的，称为螺旋槽式VVT-i，雷克萨斯400、430等高级轿车采用的就是此种形式。丰田VVT-i发动机的ECM在各种行驶工况下自动搜寻一个对应发动机转速、进气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后执行反馈控制，补偿系统误差，达到最佳气门正时的位置，从而能有效地提高汽车的功率与性能，尽量减少耗油量和废气排放。发动机可变气门正时技术是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步提高。VVT-i系统只对进气门的正时进行控制和调节，而双VVT-i系统则对进气门和排气门都进行控制与调节。相对而言，双VVT-i系统可以使发动机的运行效率更高。丰田卡罗拉双VVT-i系统可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，而控制排气的VVT-i会推迟排气，此效果如同一个较小的涡轮增压器，能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，达到低排放的目的。发动机ECU根据发动机的转速、进气量以及节气门位置和水温计算出一个最优气门正时，并且向凸轮轴正时机油控制阀发出控制指令。凸轮轴正时机油控制阀根据所发出的指令选择至VVT-i控制器的不同油路，使之处于提前、滞后或保持3个不同的工作状态。此外，发动机ECU根据来自凸轮轴和曲轴位置传感器的信号检测实际的气门正时，从而尽可能地进行反馈控制，以便获得预定的气门正时。i-VTEC是“智能可变气门正时和气门升程电子控制系统”（Intelligent Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System）的英文缩写。可以说i-VTEC是VTEC的升级版，VTEC是本田公司更早些时候开发的发动机技术，也是为了省油而开发的，最早用在本田的F1赛车上，后来才引用到批量生产车型上。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化。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，达到改变进气量和排气量的效果，从而降低油耗，还能在一定程度上降低不必要的排放。i-VTEC是在VTEC的基础上，添加了一个智能型可变正时控制系统，通过ECU控制程序调节进气门的开启与关闭，使气门的重叠时间更加精确，达到最佳的进、排气时机，并且进一步提高了发动机的功率。如今在本田的主要产品上VTEC已被i-VTEC所取代。可变凸轮轴控制装置使发动机具有更平稳的怠速，更大的扭矩，更灵活的动力。宝马Double-VANOS双凸轮轴可变气门正时系统改变凸轮轴的正时，让功率在整个转速范围内都得到优化，具有更高的燃油效率和更低的排放。双凸轮轴可变气门正时系统可持续调节进气门和排气阀的凸轮轴位置，由此带来低发动机转速时扭矩明显增大，高发动机转速时功率更高，同时降低油耗和减少排放。在低发动机转速时，移动凸轮轴的位置，使气门延时打开，提高怠速质量并改进功率输出的平稳性。在发动机转速增加时，气门提前打开，增强扭矩，降低油耗并减少排放。高发动机转速时，气门重新延时打开，为全额功率输出提供条件。双凸轮轴可变气门正时系统还控制循环返回进气歧管的废气量以增强燃油经济性。系统在发动机预热阶段使用一套专用参数以帮助三元催化转换器更快达到理想工作温度并降低排放。整个过程由车辆的汽油发动机电子控制系统（DME）控制。宝马是最早应用可调式凸轮轴控制装置技术的公司。宝马Valvetronic是具有全可变进气门升程控制功能的气门驱动系统，发动机输出由无级可变进气门升程控制，不再需要以往汽油发动机必不可少的节气门。这种进气门升程功能可以通过控制吸入发动机的空气量，将功率损失保持在极低的水平。表现在实际行驶过程中，Valvetronic电子气门技术带来的是更高的燃油经济性、更低的废气排放量以及更佳的响应和更高水准的运转平稳性。宝马Valvetronic系统在传统的配气相位机构上增加了一根偏心轴、一个步进电动机和中间推杆等部件，该系统借由步进电动机的旋转，再在一系列机械传动后很巧妙地改变了进气门升程的大小。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。当电动机工作时，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。在电动机的驱动下，进气门的升程可以实现从0.18～9.9mm之间的无级变化。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。可变气门是指发动机的气门正时和升程是可以根据行驶情况变化的，以提高动力性能和节油效果。把气门提得更高些（改变升程），或延长气门的打开时间（改变正时），便能满足需求，从而提高动力；反之，在低速时，最好少吸入混合气，则可以降低气门的升程或缩短打开时间，从而节省燃料。虽然各个厂家所采用的执行机构不尽相同，但基本上都是控制气门的升程或正时，或对气门正时和升程同时进行控制，因为气缸的进气量或排气量主要取决于气门的升程和正时。可变气门可以使气门在低速时进排气少点，在高速时进排气多点，使燃烧更完全，对动力、节油、排放都有更好的效果。可变进气系统是通过改变进气管的长度和截面积，提高燃烧效率，使发动机在低转速时更平稳、扭矩更充足，高转速时更顺畅、功率更强大。进气歧管一端与进气门相连，另一端与进气总管后的进气谐振室相连，每个气缸都有一根进气歧管。发动机运转时，进气门不断地开启和关闭，气门开启时，进气歧管中的混合气以一定的速度通过气门进入气缸，当气门关闭时混合气受阻就会反弹，周而复始会产生震动频率。如果进气歧管很短，显然这种频率会更快；如果进气歧管很长，这个频率就会变得相对慢一些。如果进气歧管中混合气的振荡频率与进气门开启的时间达到共振，那么此时的进气效率显然是很高的。因此可变进气歧管，在发动机高速运转和低速运转时都能提供最佳配气。发动机低速运转时，用又长又细的进气歧管可以增加进气的气流速度和气压强度，并使汽油雾化效果更好，燃烧得更好，提高扭矩。发动机高速运转时需要大量混合气，这时进气歧管就会变得又粗又短，这样才能吸入更多的混合气，提高输出功率。发动机转速低时，进气流速比较低，这不利于保证低转速时的最佳配气。如果能将进气管道的长度变短一些，便可提高进气速度，从而将进气流速控制在一个合理的范围内。具体做法是关闭或打开进气道中的一些阀门，让气流走捷径或绕远便可达到改变进气管长度的目的。例如，当发动机在2000r/min低转速运转时，黑色控制阀关闭，气流被迫从长歧管流入气缸，此时，进气歧管的固有频率得以降低，以适应低转速的气流；当发动机转速上升到一定程度时，如5000r/min，此时该控制阀开启，气流绕开下部导管直接注入气缸，这样更利于高速进气。宝马装配的V12发动机则采用了另一种进气管长度连续可变的设计。它在进气机构中间设计了一个转子来控制进气歧管的长度，通过转子角度的变化，使进气气流进入气缸的长度连续可变。这样更能满足各个转速下的进气效率需求，提高动力输出和燃油经济性。可变排量可以理解为按需气缸管理系统，顾名思义，是一套依靠对车辆动力需求（发动机负荷）的判断，来对发动机的工况进行相应调整的系统。例如奥迪4.0TFSI双涡轮增压发动机，在发动机负荷较低的情况下，系统会关闭发动机的4个气缸，使发动机仅以4个气缸来工作，这其实就是我们比较熟悉的“可变排量控制系统”，在不同的厂商中，它有多种不同的叫法，如VCM、MDS、AFM等，在奔驰、本田、通用、克莱斯勒等品牌的产品上都有这种通过关闭气缸来节约能耗的技术。在实现手段上，也与其他制造商的方法大同小异，它是依靠升级版的奥迪可变气门升程控制系统（AVS），在其凸轮轴增加了一套“零升程”的凸轮而实现的。当切换到这套“零升程”凸轮时，凸轮轴将无法驱动气门运动，2、3、5、8四个气缸的进排气门便处于关闭状态。要实现关闭气缸运行，需要发动机的工况满足以下条件：第一是发动机的转速高于怠速，在960～3500r/min之间，发动机输出扭矩在峰值扭矩的25%～40%之间；第二是冷却液的温度要高于30℃，而且变速箱的挡位要处在3挡以上。而变速箱的“运动模式”并不会影响系统的工作。《1000项汽车技师实用技能完全掌握》 周晓飞 主编 2019年11月出版
◎ 这本书结合作者多年来指导汽车维修工的实践经验，以问答的形式，介绍了汽车维修作业过程中经常遇到的一些重点、难点和容易被普通工人疏忽的问题，内容通俗易懂，注重实践。
