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1、汽车发动机原理论文BMW VALVETRONIC技术在发动机上的应用 在中低转速时，发动机需要的混合气量并不高，以保持转速的稳定以及减少燃油消耗和污染物排放。但到达高转速时便需要更大的进气量来满足高动力输 出的需求，而发动机进气门的相位（开闭的时机）和升程（开度的大小）便是决定汽缸进气量的最直接因素。普通的发动机在制造出来后，配气相位和气门升程就固定不变了，无法适应不同转速下发动机对进排气的需求。因此，人们希望能够有这样一种发动机，其凸轮型线（凸轮的轮廓曲线）能够适应任何转速，不论在高速还 是低速都能得到最佳的配气相位。于是，可变配气相位控制机构应运而生。本田公司在1989年推出了自行研制的“
2、可变气门正时和气门升程电子控制系统”，英 文全“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System”，缩写就是“VTEC”，是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。 与很多普通发动机一样，VTEC发动机每缸有4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，但与普通发动机不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。中、低转速用小角 度凸轮，在中低转速下两气门的配气相位和升程不同，此时一个气门升程很小，几乎不参与进气过程，进气通道基本上相当于单进气门发动机。而在高转速时，通过 VTEC电磁阀控制液压油的走向，使得
3、两进气摇臂连成一体并由开启时间最长、升程最大的进气凸轮来驱动气门，此时两进气门按照大凸轮的轮廓同步进行。与低 速运行相比，大大增加了进气流通面积和开启持续时间，从而提高了发动机高速时的动力性。这两种完全不同性能表现的输出曲线，本田的工程师使它们在同一个发 动机上实现了。 但是VTEC系统对于配气相位的改变仍然是阶段性的，也就是说其改变配气相位只是在某一转速下的跳跃，而不是在一段转速范围内连续可变。为了改善 VTEC系统的性能，本田不断进行创新，推出了i-VTEC系统。增加了一个称为VTC（Variable timing control“可变正时控制”）的装置一组进气门凸轮轴正时可变控制机构，即
4、i-VTEC=VTEC+VTC。此时，进气阀门的正时与开启的重叠时 间是可变的，由VTC控制，VTC机构的导入使发动机在大范围转速内都能有合适的配气相位，这在很大程度上提高了发动机的性能。 不过值得注意的是，虽然发动机上同样打着光亮的i-VTEC标志，但东风本田思域的R18A1发动机的i-VTEC却有着另一层深意。上文的i-VTEC机构的作动目的在提高马力输出，但这颗R18A1引擎 i-VTEC机构的作用是省油。 上文VTEC切换至高角度凸轮的时机，是在引擎达到4800转以上、水温高于 60度，并在进气歧管内的负压指数符合原厂设定值后，便会开启VTEC电磁阀，将油压导入摇臂内以推动自由活塞，使
5、高角度凸轮开始介入，延长进气门关闭时间，提高引擎于高转速时的进气量。 目前世界上最好的气门调节技术当属BMW的VALVETRONIC，VALVETRONIC I是首次应用于BMW N42发动机的全可变气门机构，可显著降低负荷较低情况下的换气损失，这种优势会随着负荷的增加而逐渐减弱，VALVETRONIC还改善了冷启动性能。下图展示了 VALVETRONIC 的调节范围。可看到进气侧的全可变气门行程（B）调节范围和VANOS（A）调节范围。在 300 ms 内由最小气门行程调节至最大气门行程。偏心轴在此过程中旋转170。气门行程本身无法进行免节气负荷控制。为此需要结合使用VANOS，该装置可调节
6、气门关闭时刻。通过 VALVETRONIC 控制进气门（气门行程和气门关闭时刻），从而使“进气门关闭”时燃烧室内到达理想的混合气质量。随后在封闭气缸内的进一步膨胀和接下来的压缩过程几乎都不会产生能量损耗。与此相关的换气优势随着负荷的增大而不断减弱。满负荷时，换气优势为零。负荷较小时开启时间必须非常短，这一点只有通过大比例减小气门行程才能实现。这样会使气门开启横截面减小，看起来好像会影响节流效果。但事实表明，气门间隙处的进气速度由大约 50 m/s提高至 300 m/s 以上，气流围绕整个气门均匀流动，这种效果有助于实现最佳混合气形成过程 下图展示了传统节流式发动机达到最大气门行程时的燃油分布情
7、况。燃油分布不均匀且油滴相对较大说明速运转期间燃烧情况不理想。 下图展示了相同负荷情况下的混合气行程过程，但使用了VALVETRONIC，因此气门行程为 1 mm。此时的混合状态非常均匀。气门行程较小时气流围绕气门均匀流动，因此混合气在燃烧室内的分布情况非常好。由于进气速度非常高且气门间隙内的压力差非常大，因此油滴尺寸减小。这样可以达到很好的混合气形成效果并减小功率输出波动以及HC 和 Nox排放量。 除这些优势外，混合气形成过程也非常稳定，即使在最低温度下，也能用节流控制式发动机的一半燃油量进行冷起动。尤其在负荷较低时，可明显感觉到没有节流作用。耗油量最多可减少20 %。负荷越高，节油潜力越
8、低。以理想配比的空燃比（l = 1）运行时，平均可节省燃油大约10 %。满负荷时，VALVETRONIC 没有任何优势，因为满负荷时会达到最大气门行程，传统发动机的进气门会完全打开。 BMW N42发动机参数 附表发动机N42B18类型4，直列排量1796缸径/行程84/81气缸间距91曲轴主轴承直径4*561*56曲轴连杆轴承直径50功率对应转速855500限速转速6500压缩比10.2每缸气门数4进气门直径32排气门直径29进气门行程0.39.7排气门行程9.7凸轮轴开启角度250/258凸轮轴支撑角度60120/60120发动机重量120燃油系统设计参数98燃油9198爆震控制是可变进气装置否数字式发动机电子系统ME9.2+valvetronic控制单元德国排放法规其他国家或地区EU3/D4EU3发动机长度490与M43TU相比节油比率12%E46/最高车速201参考文献：汽车博览杂志BMW 售后服务培训 1
