大众AVS技术解析

李晓娜

摘 要：为了提高发动机的充气效率，进而提高发动机的功率，现在汽车发动机普遍采用了可变配气正时和升程技术。大众的AVS技术就是非常典型的可变配气正时和升程技术。本文通过对此技术特点和应用现状的分析，找出其具体结构和发动机正时、升程可变的方法，并对AVS技术在奥迪FSI发动机进气凸轮轴上的使用和大众TSI发动机排气凸轮轴上使用的现状做出了对比分析。

关键词：发动机；可变气门升程；可变配气正时；AVS技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.232

1 引言

用曲轴转角表示的发动机进排气门开闭时刻和持续时间，称为发动机的配气正时，也称配气相位。如图1所示，为了提高发动机的充气效率，进而提高发动机的功率，在进气、排气行程中，进、排气门都是要早开晚关的。其中进气提前角是α、进气迟后角是β；排气提前角是γ、排气迟后角是δ，如图1所示。

气门升程是气门开启过程中被凸轮顶起的高度，如图2所示。

2 发动机配气正时和升程可变的原因和实现方法分析

发动机转速越高，每个气缸一个工作循环内留给吸气和排气的绝对时间也越短，因此要达到更高的充气效率，就需要延长发动机的吸气和排气时间。显然，当转速越高时，要求的气门重叠角度越大。但在低转速工况下，过大的气门重叠角则会使得废气过多的泻入进气端，吸气量反而会下降，气缸内气流也会紊乱，此时ECU也会难以对空燃比进行精确的控制，从而导致怠速不稳，低速扭矩偏低。相反，如果配气机构只对低转速工况进行优化，那么发动机的就无法在高转速下达到较高的峰值功率。所以發动机的设计都会选择一个折衷的方案，不可能在两种截然不同的工况下都达到最优状态。

发动机不同工况下，要求的气门正时和气门升程也是不同的。发动机高速时，为了获得更大的功率，要求：气门升程大；气门开启持续时间长，进气迟后角要大。发动机低速时，要求：气门升程小；气门开启持续时间短，进气迟后角要小。

发动机配气正时和升程可变的实现方法有：

（1）改变凸轮的形状，进而改变气门升程和气门开启的持续时间。

（2）改变凸轮轴与曲轴的相位，进而改变气门开启的时刻。

3 大众AVS技术的特点

可变配气正时的实现方法有很多种，各大汽车公司的技术手段都不尽相同，但主要目的是为了改变发动机的配气正时和升程。

大众的AVS技术首先用在奥迪发动机的进气凸轮轴上，为了使进气凸轮轴上两个不同的气门升程之间能相互切换，凸轮轴上有 4 个可移动的凸轮件 （带有内花键），如图3所示。每个凸轮件上都装有两对凸轮，通过两个电动执行器对两种升程进行切换，电动执行器接合每个凸轮件上的滑动槽，并移动凸轮轴上的凸轮件，如图4所示。

每个凸轮段使用两个执行器。一个执行器使凸轮件从大凸轮调节到小凸轮，另一个执行器以相反方向调节。调节槽的螺旋轮廓迫使凸轮段移动到另一个位置，通过弹簧加压球来进行锁紧，凸轮件的锁止方法如图5所示。

在低转速时，气门升程切换至小的进气凸轮轮廓，右侧执行器移动金属销，它接合滑动槽，凸轮件左移7mm，移至小凸轮轮廓，如图6所示。

发动机高转速时，为达到最佳的充气效率，进气门需要最大的气门升程。为了实现此目的左执行器被启动，凸轮件右移，移至大凸轮轮廓，如图7所示。

AVS的一组小凸轮和一组大凸轮，都不是对称的。小气门升程是2mm和5.7mm；大的气门升程是9mm和11mm，如图8所示。气门开启是不对称的。一方面是因为凸轮的形状使得一个进气门比另一个进气门开启得大（2mm和5.7mm），另一方面另一方面是因为较小凸轮外形的气门开启时间也是不同的。另外气门小升程的凸轮形状是按照让进气门同时打开这一原则来设计的。但第二个气门的关闭却稍晚。再加上缸盖中进气门特殊的遮蔽形状，就可使得吸入燃烧室的气体呈高流速和旋转运动状态。另外这些新吸入的气体通过FSI-专用活塞形状就形成了圆筒状运动（滚流进气）。这种特殊的组合就使得喷射出的燃油获得了极佳的混合效果。

4 结论

AVS技术通过移动用滑动花键安装在凸轮轴上的凸轮件，可以实现大小两组凸轮对两个进气门的控制，进而就改变了气门升程和进气持续角。

在奥迪车上AVS技术是用在进气凸轮轴上的，通过产生进气涡流使混合和燃烧更充分；而在大众迈腾、高尔夫、速腾等TSI的发动机上，是用在排气凸轮轴上的。在这些带废气涡轮增压的发动机上，由于进气采用了增压技术，因此通过改变气门升程来提高充气效率变得意义不大。但是废气涡轮增压器的涡轮机在发动机低速运转的时候，由于废气流速低，而不能尽快带动同轴连接的压气机，这就是 “涡轮迟滞”现象。为了让涡轮机尽快达到工作状态，对进气进行加压，所以在排气凸轮轴上用了AVS技术，通过改变排气的流通横截面积，增大排气流速，让涡轮机尽快达到能让压气机工作的转速。所以一般情况下，发动机转速只有达到1500r/min才能使增压器进入工作状态，但是使用了AVS技术的大众发动机在1200r/min时就可以让压气机进入工作状态，很好地改善了“涡轮迟滞”现象。

参考文献：

[1]史文库，姚为民.汽车构造[M].人民交通出版社，2015（08）.

[2]文森淼.汽油机可变配气正时机构的数值模拟[J].现代制造技术与装备，2016（11）.