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2024年中国可变气门正时系统(VVT)行业市场应用、市场规模分析及未来市场发展趋势研究预测-中金企信发布


报告发布方:中金企信国际咨询《全球及我国可变气门正时系统(VVT)行业市场占有率申报证明(2024)-中金企信发布

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1)VVT系统的组成及工作原理: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系统的构成及工作原理如下图分析

 

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。一般来说,VVT控制目标及效果如下表所示:

VVT控制目标及效果分析

 

2)VVT产品的分类: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。

3)VVT在汽车发动机上的应用: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。

4)汽车VVT系统市场规模: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平。具体乘用车和商用车内燃机销量情况如下所示:

2015-2023年中国乘用车和商用车内燃机销量现状分析

 

数据整理:中金企信国际咨询

 

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