發(fā)動機可變配氣相位技術(shù)

發(fā)動機可變配氣相位技術(shù)第1頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月TableofContents

概述1可變配氣相位的研究狀況2可變配氣相位的工作原理3第2頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月一、概述發(fā)動機可變氣門正時技術(shù)（VVT，VariableValveTiming）是針對在常規(guī)車用發(fā)動機中，因氣門定時固定不變而導(dǎo)致發(fā)動機某些重要性能在整個運行范圍內(nèi)不能很好地滿足需要而提出的。VVT技術(shù)在發(fā)動機運行工況范圍內(nèi)提供最佳的配氣正時，較好地解決了高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速，大負(fù)荷與小負(fù)荷動力性與經(jīng)濟性的矛盾，同時在一定程度上改善了排放性能。第3頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月二、可變配氣相位的研究狀況Benz公司的500SL型車用V8發(fā)動機采用了可變氣門正時，使用凸輪軸兩點調(diào)相法來改變氣門正時。在進(jìn)氣門關(guān)閉角提前調(diào)整的工況，發(fā)動機4000r/min全負(fù)荷工況下，轉(zhuǎn)矩平均增加15~30Nm，提高了5%~8%，在進(jìn)氣門關(guān)閉角之后調(diào)整時，標(biāo)定功率增加15kW，提高了約7%。本田公司在1989年第一批裝用VTEC（VariableValveTimingandLiftElectronicControlSystem）的1.6L發(fā)動機，其最大輸出功率從原88kW增加到118kW，而且可以達(dá)到8000r/min的超高速。本田三段式VTEC式發(fā)動機，能在低、中、高3種不同的方式工作，這種三段式機構(gòu)使發(fā)動機油耗在與VTEC-E相同的情況下，功率提高了40%，最大功率96kW（64kW/L）。第4頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月二、可變配氣相位的研究狀況VVT機構(gòu)在實現(xiàn)產(chǎn)品過程中經(jīng)歷了3個階段：進(jìn)氣凸輪軸兩級調(diào)相機構(gòu)，如奔馳的VVT機構(gòu)；變換凸輪形線機構(gòu)，如本田三段式VTEC機構(gòu)；全可變配氣相位機構(gòu)。該機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對氣門正時和升程的綜合控制，最終將取代節(jié)氣門控制發(fā)動機負(fù)荷，如FEV電磁控制全可變氣門機構(gòu)，福特的EVC無凸輪軸電控液壓可變配氣相位機構(gòu)第5頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月三、可變配氣相位的工作原理發(fā)動機的配氣相位機構(gòu)負(fù)責(zé)向氣缸提供汽油燃燒做功所必須的新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排出，這一套動作可以看做是人體吸氣和呼氣的過程。從工作原理上講，配氣相位機構(gòu)的主要功能是按照一定的時限來開啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、排氣門，從而實現(xiàn)發(fā)動機氣缸換氣補給的整個過程。第6頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）氣門重疊角對發(fā)動機性能的影響“氣門重疊角”來彌補進(jìn)氣不足和排氣不凈的缺憾。當(dāng)轉(zhuǎn)速越高時，要求的氣門重疊角度越大。但在低轉(zhuǎn)速工況下，過大的氣門重疊角則會使得廢氣過多的瀉入進(jìn)氣端，吸氣量反而會下降，氣缸內(nèi)氣流也會紊亂。所以為了解決這個問題，就要求配氣相位可以根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和工況的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，高低轉(zhuǎn)速下都能獲得理想的進(jìn)、排氣效率，這就是可變氣門正時技術(shù)開發(fā)的初衷。第7頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）配氣相位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)發(fā)動機的氣門通常由凸輪軸帶動，對于沒有可變氣門正時技術(shù)的普通發(fā)動機而言，進(jìn)、排氣們開閉的時間都是固定的，但是這種固定不變的氣門正時卻很難顧及到發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速和工況時的需要。第8頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）VVT工作原理簡述工作原理為：該系統(tǒng)由ECU協(xié)調(diào)控制，發(fā)動機各部位的傳感器實時向ECU報告運轉(zhuǎn)情況。由于在ECU中儲存有氣門最佳正時參數(shù)，所以ECU會隨時對正時機構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而改變氣門的開啟和關(guān)閉時間，或提前、或滯后、或保持不變。簡單的說，VVT系統(tǒng)就是通過在凸輪軸的傳動端加裝一套液力機構(gòu)，從而實現(xiàn)凸輪軸在一定范圍內(nèi)的角度調(diào)節(jié)，也就相當(dāng)于對氣門的開啟和關(guān)閉時刻進(jìn)行了調(diào)整第9頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）本田i-vtec系統(tǒng)工作原理VTEC中的凸輪有三個。它們的線型不同；中間凸輪（高速凸輪）---它的升程最大；主凸輪（低速凸輪）次凸輪---最低的凸輪中間凸輪--是按發(fā)動機雙進(jìn)雙排氣門工作最佳輸出功率的要求而設(shè)計的，主凸輪---是按發(fā)動機低速工作時單氣門工作要求設(shè)計的，次凸輪---只是稍微高出基圓，是在發(fā)動機怠速運行時，通過次搖臂稍微打開次氣門，以免燃油集聚在進(jìn)次氣門口。與三個凸輪相對應(yīng)的是中間搖臂、主搖臂與次搖臂，兩個進(jìn)氣門分別安裝在主、次搖臂上。在三個揺臂內(nèi)有一個孔道，內(nèi)裝有正時活塞，A、B同步活塞和定位活塞，它們的位置受油壓控制。每個氣缸的兩個進(jìn)氣門上都安裝有可變配氣相位控制機構(gòu)。第10頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）本田i-vtec系統(tǒng)工作原理當(dāng)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(jìn)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)。第11頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）BMW的Valvetronic系統(tǒng)工作原理傳統(tǒng)的配氣相位機構(gòu)上增加了一根偏心軸，一個步進(jìn)電機和中間推桿等部件，該系統(tǒng)借由步進(jìn)電機的旋轉(zhuǎn)，再在一系列機械傳動后很巧妙的改變了進(jìn)氣門升程的大小。當(dāng)凸輪軸運轉(zhuǎn)時，凸輪會驅(qū)動中間推桿和搖臂來完成氣門的開啟和關(guān)閉。當(dāng)電機工作時，蝸輪蝸桿機構(gòu)會首先驅(qū)動偏心軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，然后中間推桿和搖臂會產(chǎn)生聯(lián)動，偏心軸旋轉(zhuǎn)的角度不同，最終凸輪軸通過中間推桿和搖臂頂動氣門產(chǎn)生的升程也會不同。在電機的驅(qū)動下，進(jìn)氣門的升程可以實現(xiàn)從0.18mm到9.9mm之間的無級變化。第12頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）BMW的Valvetronic系統(tǒng)工作原理BMW的Valvetronic技術(shù)已經(jīng)覆蓋了旗下的多款發(fā)動機，包括目前陸續(xù)推出的渦輪增壓新動力。該技術(shù)能夠讓發(fā)動機對駕駛者的意圖做出更迅捷的反饋，同時通過發(fā)動機管理系統(tǒng)對氣門升程的精確控制，實現(xiàn)了車輛在各種工況和負(fù)荷下的最佳動力匹配。第13頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）BMW的Double-VANOS系統(tǒng)工作原理Double-VANOS:雙凸輪軸可變氣門正時系統(tǒng)。Double-VANOS是由BMW開發(fā)的雙凸輪軸可變氣門正時系統(tǒng)，這是寶馬技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域中的又一項成就：Double-VANOS雙凸輪軸可變氣門正時系統(tǒng)根據(jù)油門踏板和發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制扭矩曲線，進(jìn)氣和排氣氣門正時則根據(jù)凸輪軸上可控制的角度按照發(fā)動機的運行條件進(jìn)行無級的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速時，移動凸輪軸的位置，使氣門延時打開，提高怠速質(zhì)量并改進(jìn)功率輸出的平穩(wěn)性。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加時，氣門提前打開：增強扭矩，降低油耗并減少排放。高發(fā)動機轉(zhuǎn)速時，氣門重新又延時打開，為全額功率輸出提供條件。

Double-VANOS雙凸輪軸可變氣門正時系統(tǒng)還控制循環(huán)返回進(jìn)氣歧管的廢氣量以增強燃油經(jīng)濟性。系統(tǒng)在發(fā)動機預(yù)熱階段使用一套專用參數(shù)以幫助三元催化轉(zhuǎn)換器更快達(dá)到理想工作溫度并降低排放。整個過程由車輛的汽油發(fā)動機電子控制系統(tǒng)（DME）控制第14頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)奧迪的AVS系統(tǒng)工作原理奧迪的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。這套系統(tǒng)為每個進(jìn)氣門設(shè)計了兩組不同角度的凸輪，同時在凸輪軸上安裝有螺旋溝槽套筒。螺旋溝槽套筒由電磁驅(qū)動器加以控制，用以切換兩組不同的凸輪，從而改變進(jìn)氣門的升程。第15頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)奧迪的AVS系統(tǒng)工作原理發(fā)動機在高負(fù)載的情況下，AVS系統(tǒng)將螺旋溝槽套筒向右推動，使角度較大的凸輪得以推動氣門。在此情況下，氣門升程可達(dá)到11毫米，以提供燃燒室最佳的進(jìn)氣流量和進(jìn)氣流速，實現(xiàn)更加強勁的動力輸出。當(dāng)發(fā)動機在低負(fù)載的情況下，為了追求發(fā)動機的節(jié)油性能，此時AVS系統(tǒng)則將凸輪推至左側(cè)，以較小的凸輪推動氣門。第16頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)奧迪的AVS系統(tǒng)工作原理兩個進(jìn)氣門無論是在普通凸輪還是高角度凸輪下的相位和升程是有差別的，也就是說兩個進(jìn)氣門開啟和關(guān)閉的時間以及升程并不相同。這種不對稱的進(jìn)氣設(shè)計是為了讓