華聯(lián)學(xué)院《汽車電控技術(shù)》課件07發(fā)動機輔助控制系統(tǒng)

第七章電控汽油發(fā)動機輔助控制系統(tǒng)《汽車電控技術(shù)》精品資源共享課程第七章：發(fā)動機輔助控制一、可變氣門及升程控制技術(shù)（VVT）二、可變進氣管控制(PDA)三、廢氣渦輪增壓控制技術(shù)(Turbo)一、可變氣門及升程控制技術(shù)1、可變氣門正時系統(tǒng)的產(chǎn)生

自上世紀七八十年代意大利的阿爾法羅密歐率先將氣門正時技術(shù)應(yīng)用在汽車中。作為第一個開發(fā)出了雙凸輪軸量產(chǎn)發(fā)動機的廠商，他們用兩根不同的凸輪軸來控制進氣氣門和排氣氣門的開閉時間，從而達到了比單凸輪軸更為有效的效果。這家車廠一名叫GiampaoloGarcea的工程師發(fā)明了一個裝置，就是在進氣凸輪軸的主動鏈輪里加上一個設(shè)備，并由螺旋鍵槽將其與凸輪相連接，來改變氣門的正時效果。它設(shè)計的發(fā)動機標準重疊時間為16度，但在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)的時候，它可以將開啟時間增加32度，從而使重疊時間擴大到48度。

80年代，諸多企業(yè)開始投入了可變氣門正時的研究，1989年本田首次發(fā)布了“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)”，英文全稱“VariableValveTimingandValveLifeElectronicControlSystem，也就是我們常見的VTEC。此后，各家企業(yè)不斷發(fā)展該技術(shù)，到今天已經(jīng)非常成熟，豐田也開發(fā)了VVT-i，保時捷開發(fā)了Variocam，現(xiàn)代開發(fā)了DVVT幾乎每家企業(yè)都有了自己的可變氣門正時技術(shù)。一系列可變氣門技術(shù)雖然商品名各異，但其設(shè)計思想?yún)s極為相似。2、可變氣門正時概述發(fā)動機可變氣門正時技術(shù)(VVT，VariableValveTiming)原理是根據(jù)發(fā)動機的運行情況，調(diào)整進氣（排氣）的量，控制氣門開合時間，角度。使進入的空氣量達到最佳，提高燃燒效率。優(yōu)點是省油，功升比大；缺點是中段轉(zhuǎn)速扭矩不足?？勺儦忾T正時技術(shù)幾乎已成為當今發(fā)動機的標準配置，為了進一步挖掘傳統(tǒng)內(nèi)燃機的潛力，工程人員又在此基礎(chǔ)上研發(fā)出可變氣門升程技術(shù)，當二者有效的結(jié)合起來時，則為發(fā)動機在各種工況和轉(zhuǎn)速下提供了更高的進、排氣效率。提升動力的同時，也降低了油耗水平?！窨勺儦忾T正時和升程技術(shù)可以使發(fā)動機的“呼吸”更為順暢自然3、可變氣門的作用

我們所熟悉的四沖程汽油機的工作原理。吸、壓、功、排，四個工作行程，發(fā)動機的不斷循環(huán)做功的大小跟節(jié)氣門的開閉時間有著密不可分的作用。大家都知道，氣門是由發(fā)動機的曲軸通過凸輪軸帶動的，氣門的配氣正時取決于凸輪軸的轉(zhuǎn)角。在普通的發(fā)動機上，進氣門和排氣門的開閉時間是固定不變的，這種固定不變的正時很難兼顧到發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速的工作需求，我們?yōu)榱耸拱l(fā)動機達到更高的效率通常我們是修改凸輪軸的α傾角以改變節(jié)氣門的開閉時間，達到最快的做功時間從而產(chǎn)生更大的動能，而現(xiàn)在我們又有了可變氣門正時就是更容易的解決這一的技術(shù)4、可變氣門的工作原理

可變氣門正時技術(shù)在整個可變配氣技術(shù)里，屬于結(jié)構(gòu)簡單成本低的機構(gòu)系統(tǒng)，它通過液壓和齒輪傳動機構(gòu)，根據(jù)發(fā)動機的需要動態(tài)調(diào)節(jié)氣門正時?？勺儦忾T正時不能改變氣門開啟持續(xù)時間，只能控制氣門提前打開或推遲關(guān)閉的時刻。同時，它也不能像可變凸輪軸一樣控制氣門開啟行程，所以它對提升發(fā)動機的性能所起的作用有限。1）、VVT-I的組成

VVT結(jié)構(gòu)可變氣門正時系統(tǒng)OCVVCT由電磁閥（OCV）和可變凸輪軸相位調(diào)節(jié)器（VCT）組成，通過調(diào)節(jié)發(fā)動機凸輪相位，使進氣量可隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而改變，從而達到最佳燃燒效率，提高燃油經(jīng)濟性。曲軸經(jīng)由齒狀的傳動裝置帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，使得氣門在做開啟與關(guān)閉的動作時會與曲軸的轉(zhuǎn)動角度形成一定的對應(yīng)關(guān)系。為此必須改變氣門開啟與關(guān)閉的時間。2）、可變氣門的工作原理VVT控制過程凸輪軸的正時齒輪的外轉(zhuǎn)子與正時鏈條(皮帶)相連，內(nèi)轉(zhuǎn)子與凸輪軸相連。外轉(zhuǎn)子可以通過液壓油間接帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子，從而實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的角度提前或延遲。

低、中轉(zhuǎn)速時，凸輪軸上只有小角度的凸輪有頂?shù)綋u臂

3）、可變氣門正時的控制角度1、連續(xù)可變氣門正時和不連續(xù)可變氣門正時，簡單的可變配氣相位vvt只有兩段或三段固定的相位角可供選擇，通常是0度或30度中的一個。更高性能的可變配氣相位vvt系統(tǒng)能夠連續(xù)可變相位角，根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同，在0度-30度之間線性調(diào)教配氣相位。顯而易見，連續(xù)可變氣門正時系統(tǒng)更適合匹配各種轉(zhuǎn)速，因而能有效提高發(fā)動機的輸出性能，特別是發(fā)動機的輸出平順性。2、進氣可變氣門正時和排氣可變氣門正時，雙可變配氣相位進氣門可變相位0-40度之間調(diào)節(jié)，排氣門可變相位在0-25度之間調(diào)節(jié)。

豐田VVT-i可變氣門正時系統(tǒng)

本田i-VTEC可變氣門升程系統(tǒng)寶馬Valvetronic可變氣門升程系統(tǒng)奧迪AVS可變氣門升程系統(tǒng)三菱MIVEC智能可變氣門正時與升程管理系統(tǒng)英菲尼迪VVEL可變氣門升程系統(tǒng)5、可變氣門的類型VVT-i.系統(tǒng)是豐田公司的智能可變氣門正時系統(tǒng)的英文縮寫。近幾十年來，基于提高汽車發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和降低排污的要求，許多國家和發(fā)動機廠商、科研機構(gòu)投入了大量的人力、物力進行新技術(shù)的研究與開發(fā)。

豐田VVT-i可變氣門正時系統(tǒng)VVT工作原理凸輪軸的正時齒輪的外轉(zhuǎn)子與正時鏈條(皮帶)相連，內(nèi)轉(zhuǎn)子與凸輪軸相連。外轉(zhuǎn)子可以通過液壓油間接帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子，從而實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的角度提前或延遲。

我們最熟悉的可變氣門升程系統(tǒng)可能非本田的i-vtec莫屬了，本田也是最早將可變氣門升程技術(shù)發(fā)揚光大的廠商。

本田i-VTEC可變氣門升程系統(tǒng)當發(fā)動機在中、低轉(zhuǎn)速時，三根搖臂處于分離狀態(tài)，普通凸輪推動主搖臂和副搖臂來控制兩個進氣門的開閉，氣門升量較小。此時雖然中間凸輪也推動中間搖臂，但由于搖臂之間是分離的，所以兩邊的搖臂不受它控制，也不會影響氣門的開閉狀態(tài)。MIVEC全稱為“MitsubishiInnovativeValvetimingElectronicControlsystem”，中文解釋為三菱智能可變氣門正時與升程管理系統(tǒng)。三菱MIVEC智能可變氣門正時與升程管理系統(tǒng)BMW的Valvetronic系統(tǒng)在傳統(tǒng)的配氣相位機構(gòu)上增加了一根偏心軸，一個步進電機和中間推桿等部件，該系統(tǒng)借由步進電機的旋轉(zhuǎn)，再在一系列機械傳動后很巧妙的改變了進氣門升程的大小。寶馬Valvetronic可變氣門升程系統(tǒng)寶馬的Valvetronic可變氣門升程系統(tǒng)，主要是通過在其配氣機構(gòu)上增加偏心軸、伺服電機和中間推桿等部件來改變氣門升程。當電動機工作時，蝸輪蝸桿機構(gòu)會驅(qū)動偏心軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，再通過中間推桿和搖臂推動氣門。偏心輪旋轉(zhuǎn)的角度不同，凸輪軸通過中間推桿和搖臂推動氣門產(chǎn)生的升程也不同，從而實現(xiàn)對氣門升程的控制。寶馬Valvetronic工作原理英菲尼迪的VVEL系統(tǒng)的工作原理與BMW的Valvetronic類似，但在結(jié)構(gòu)上稍有不同。VVEL系統(tǒng)使用一套螺套和螺桿的組合實現(xiàn)了氣門升程的連續(xù)可調(diào)。英菲尼迪VVEL可變氣門升程系統(tǒng)奧迪的AVS可變氣門升程系統(tǒng)在設(shè)計理念上與本田的i-VTEC有著異曲同工之妙，只是在實施手段上略有不同。奧迪的AVS可變氣門升程系統(tǒng)6、可變氣門正時及升程技術(shù)的優(yōu)點:

可變配氣技術(shù)在大幅度提升發(fā)動機性能的同時，在節(jié)能和環(huán)保方面也有其獨特的優(yōu)勢，達到減小燃料消耗和降低廢氣排放的目的。

不

管是本田VTEC，豐田VVT，還是寶馬和奔馳的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。目的是通過改善進氣效率，得到額外的空氣量再燃燒相應(yīng)額外的油從而實現(xiàn)單位排量的大功率輸出以及減排節(jié)油的目的。二、可變進氣歧管PDA（PortDe-ActivationValve)是通過改變進氣管的長度或截面積，提高燃燒效率，使發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時更平穩(wěn)、扭矩更充足，高轉(zhuǎn)速時更順暢、功率更強大！進氣歧管一端與進氣門相連，一端與進氣總管后的進氣諧振室相連，每個汽缸都有一根進氣歧管。PDA工作原理如果進氣歧管很短，顯然這種頻率會更快；如果進氣歧管很長的話，這個頻率就會變得相對慢一些。如果進氣歧管中混合氣的震蕩頻率與進氣門開啟的時間達到共振的話，那么此時的進氣效率顯然是很高的可變進氣歧管三、渦輪增壓控制技術(shù)

渦輪增壓發(fā)動機是依靠渦輪增壓器來加大發(fā)動機進氣量的一種發(fā)動機，渦輪增壓器(Turbo)實際上就是一個空氣壓縮機。它是利用發(fā)動機排出的廢氣作為動力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪(位于排氣道內(nèi))，渦輪又帶動同軸的葉輪位于進氣道內(nèi)，葉輪就壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。1、組成部分渦輪增壓泵2、渦輪增壓器的優(yōu)點：1、提高發(fā)動機升功率。在發(fā)動機排量不變的情況下可以通過增加進氣密度，讓發(fā)動機可以多噴油，從而提高發(fā)動機的功率，加裝增壓器后的發(fā)動機的功率及扭矩要增大20%~30%。反之在同樣的功率輸出的要求下可以降低發(fā)動機的缸徑，縮小發(fā)動機的體積和重量。2、改善發(fā)動機的排放。渦輪增壓器發(fā)動機通過改善發(fā)動機的燃燒效率，減少發(fā)動機廢氣中顆粒物和氮氧化物等有害成分的排量。是柴油發(fā)動機達到歐二以上排放標準不可缺少的配置。3、提供高原補償?shù)墓δ?。部分高海拔地區(qū)，海拔越高，空氣越稀薄，帶渦輪增壓器的發(fā)動機就可以克服因高原空氣稀薄導(dǎo)致的發(fā)動機的功率下降。4、提高燃油經(jīng)濟性，降低油耗。由于帶渦輪增壓器的發(fā)動機燃燒性能更好，可以節(jié)省燃油3%-5%。3、渦輪增壓系統(tǒng)的類型及特點◆雙渦輪增壓系統(tǒng)◆可變截面渦輪增壓系統(tǒng)◆機械轉(zhuǎn)子增壓系統(tǒng)雙渦輪增壓系統(tǒng)

雙渦輪增壓一般稱為Twinturbo或Biturbo,雙渦輪增壓是渦輪增壓的方式之一。針對廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現(xiàn)象，串聯(lián)一大一小兩只渦輪或并聯(lián)兩只同樣的渦輪，在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速的時候，較少的排氣即可驅(qū)動渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進氣壓力，減小渦輪遲滯效應(yīng)?？勺兘孛鏈u輪

對于傳統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動機來說，解決渦輪遲滯現(xiàn)象的一個方法就是使用小尺寸的輕質(zhì)渦輪，首先，小渦輪會擁有較小的轉(zhuǎn)動慣量，因此在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時，在發(fā)動機較低轉(zhuǎn)速下渦輪就能達到最佳的工作轉(zhuǎn)速，從而有效改善渦輪遲滯的現(xiàn)象。不過，使用小渦輪也有它的缺點：當發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，小渦輪由于排氣截面較小，會使排氣阻力增加（產(chǎn)生排氣回壓），因此發(fā)動機最大功率和最大扭矩會受到一定的影響。而對于產(chǎn)生回壓較小的大渦輪來說，雖然高轉(zhuǎn)速下可以擁有出色增壓效果，發(fā)動機也