汽车VVT系统作为汽车发动机的重要零部件,按行业经验,通常情况下,一台汽车发动机需要配备一个或两个的 VVT 产品。根据中国内燃机工业协会的多个方面数据显示,2023 年,我国乘用车和商用车内燃机销量合计达到 2,219.18 万台,则我国 VVT 产品的需求量约在 2,200 万个至 4,400 万个之间,虽然受到新能源汽车迅速增加的所带来的影响,但整体需求量仍保持比较高水平。而汽车后市场需求情况和市场规模大小受到汽车保有量和增长量的巨大影响,截至 2023 年底,全国机动车保有量达 4.35 亿辆,其中汽车 3.36 亿辆,因此我国汽车后市场存在较大发展空间。
可变气门正时系统(VVT)主要由机油控制阀(OCV)和凸轮相位调节器(VCP)组成,VVT技术实现了对配气机构气门正时的改变,有助于提升发动机的性能指标,同时有利于改善燃油经济性,并降低碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)排放。其工作原理主要为发动机通过标定 ECU数据和 VVT 系统的零部件配合,在高速低速时控制气门提前或者延后打开,VVT 系统由 OCV 阀驱动可变凸轮轴相位器动作,使凸轮轴旋转角度提前或者延后,使进气量可随发动机转速的变化而改变,从而让发动机在不同工况下有很好的燃油经济性和良好的动力输出。
VVT 控制过程比较复杂,气门重叠角的调整时机与角度必须与工况需求相对应,在控制过程中,还需要在运行稳定性、动力性、经济性、排放指标等方面进行调配和取舍。
在当前具有工业化实例的可变气门正时产品中,根据相位器驱动力来源分为:电动式、液压驱动式和凸轮轴扭矩驱动式。电动式的优势在于脱离了液压油工质特性和定子边界限制,能够在较大温度、转速范围内,获得较高的响应性,并且扩大转子调节范围;液压驱动式的优势在于便于实施,能够在成本和边界变动很小的条件下,实现气门正时可变功能,是当前发动机主流技术趋势;凸轮轴扭矩驱动式使用条件较为严苛,只能在凸轮轴负载较大的发动机中搭载,且动态特性受发动机转速影响,难以实现大规模工业化。按停机锁止位置,可变气门正时可分为:单边锁止式与中间锁止式。按机油控制阀布置位置,又可分为中置式与侧置式。
高效、低能耗与低排放一直是车用内燃机的技术发展方向。虽然在国家政策补贴的导向下,近年来国内纯电动汽车得到了迅速的发展,但传统内燃机在数十年内仍然会是乘用车的主要动力解决方案。根据国际能源署(IEA)预测,2030 年,使用内燃机作为全部或部分动力源的乘用车比例超过 90%;2050 年,使用内燃机作为全部或部分动力源的乘用车比例仍有 50%以上,汽油机混合动力将是未来技术发展方向。
VVT 技术是当前提高配气机构升程特性和灵活性的主流技术,它能够使用发动机液压油或电能作为动力源,实时的驱动进排气凸轮轴向目标相位转动,达到为不同驾驶工况匹配最佳气门重叠角的效果。从 1980 年在阿尔法罗密欧车型首次成功工业化应用以来,得益于其显著的降油耗效果和实施的便利性,此项技术已经逐渐成为各家主机厂所开发发动机的标配。为了更好的满足发动机使用需求,国内外学者在可变气门正时机构的设计开发、控制策略等领域开展了大量研究工作,促进了该系统在硬件与软件方面的升级换代。
在传统发动机中,VVT 技术主要用于实时改变气门重叠角,提升配气正时的灵活程度。在怠速与小负荷工况减小重叠角,提高燃烧稳定性改善油耗;在中高速大负荷工况,适当增大重叠角,提高充气效率增加功率输出。而对于应用于混动系统的新一代发动机,可变气门正时技术仍然是其实现较高热效率不可缺少的条件之一。膨胀循环技术要求进气门关闭时刻需要根据需求提前或者推迟,以获得减小节气门处泵气损失,增加有效压缩比的有益效果。压燃和 EGR 技术的应用,也必须得到 VVT 技术的支持,为其精确控制进气流量,匹配多次喷射和废气回流创造条件。得益于其较高的技术成熟度以及性价比,可变气门正时技术在未来仍然会具有良好的应用前景。
汽车发动机主要由两大机构、五大系统组成,分别为曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火及起动系统。其中,配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程,定时开启和关闭进气门和排气门,使可燃混合气或空气进入气缸,并使废气从气缸内排出,实现换气过程。配气机构技术的优化和升级,是发动机节能减排的核心要素之一。
汽车VVT系统作为汽车发动机的重要零部件,根据行业经验,通常情况下,一台汽车发动机需要配备一个或两个的 VVT 产品,根据中国内燃机工业协会的数据显示,2023 年,我国乘用车和商用车内燃机销量合计达到 2,219.18 万台,则我国 VVT 产品的需求量约在 2,200 万个至 4,400 万个之间,虽然市场空间受到新能源汽车快速增长所带来的影响,但整体需求量仍保持较高水准。
目前,为国内主机厂配套的从事汽车动力总成精密零部件研发生产的企业主要以德资、美资和日资为主,主要为舍弗勒(德国)、德尔福(美国)、电装(日本);本土自主品牌精密零部件企业主要有富临精工、海龙电器有、杰锋汽车动力、富杰德等。
电装公司的产品最重要的包含汽车空调、散热器、火花塞、组合仪表、过滤器、电子自动化和电子控制产品、燃油管理系统、产业机器人、环保设备等等。
舍弗勒集团汽车工业部凭借其在轿车和货车的整体动力系统(发动机、底盘、变速箱和辅助装置)中的专业方面技术成为几乎所有汽车制造商和其它主要供应商的可靠合作伙伴。
德尔福是全球领先的汽车与汽车电子零部件及系统技术供应商,产品系列包括动力、推进、热交换、内饰、电气、电子及安全系统等。
富临精工在发动机精密零部件领域拥有液压挺柱、机械挺柱、液压张紧器和摇臂为主的四大成熟产品,并陆续开发了喷嘴、发动机可变气门系统(VVT、VVL 电磁阀)、缸内直喷系统用高压油泵挺柱及泵壳、自动变速器及燃油喷射器精密零部件等五类新产品系列,已成为国内具有较高影响力的主要汽车发动机精密零部件供应商之一。
富杰德基本的产品为燃油发动机 VVT、停缸装置、发动机悬置和新能源车用消磁圈等。
海龙电器是国内致力于开发 VVT 系统并成功配套整车的高新技术企业,该系统能够大幅度的降低发动机的油耗以及尾气排放。
杰锋汽车动力主体业务范围包括汽车进排气系统、发动机关键零部件、变速箱关键零部件、燃料电池进气系统关键零件的设计、研发和制造。
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