發(fā)動機可變配氣相位技術

發(fā)動機可變配氣相位技術第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（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致發(fā)動機某些重要性能在整個運行范圍內不能很好地滿足需要而提出的。VVT技術在發(fā)動機運行工況范圍內提供最佳的配氣正時，較好地解決了高轉速與低轉速，大負荷與小負荷動力性與經濟性的矛盾，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，使用凸輪軸兩點調相法來改變氣門正時。在進氣門關閉角提前調整的工況，發(fā)動機4000r/min全負荷工況下，轉矩平均增加15~30Nm，提高了5%~8%，在進氣門關閉角之后調整時，標定功率增加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機構在實現(xiàn)產品過程中經歷了3個階段：進氣凸輪軸兩級調相機構，如奔馳的VVT機構；變換凸輪形線機構，如本田三段式VTEC機構；全可變配氣相位機構。該機構能夠實現(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)動機負荷，如FEV電磁控制全可變氣門機構，福特的EVC無凸輪軸電控液壓可變配氣相位機構第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負責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，配氣相位機構的主要功能是按照一定的時限來開啟和關閉各氣缸的進、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”來彌補進氣不足和排氣不凈的缺憾。當轉速越高時，要求的氣門重疊角度越大。但在低轉速工況下，過大的氣門重疊角則會使得廢氣過多的瀉入進氣端，吸氣量反而會下降，氣缸內氣流也會紊亂。所以為了解決這個問題，就要求配氣相位可以根據發(fā)動機轉速和工況的不同進行調節(jié)，高低轉速下都能獲得理想的進、排氣效率，這就是可變氣門正時技術開發(fā)的初衷。第7頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）配氣相位機構的結構發(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的普通發(fā)動機而言，進、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)調控制，發(fā)動機各部位的傳感器實時向ECU報告運轉情況。由于在ECU中儲存有氣門最佳正時參數，所以ECU會隨時對正時機構進行調整，從而改變氣門的開啟和關閉時間，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，從而實現(xiàn)凸輪軸在一定范圍內的角度調節(jié)，也就相當于對氣門的開啟和關閉時刻進行了調整第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)動機雙進雙排氣門工作最佳輸出功率的要求而設計的，主凸輪---是按發(fā)動機低速工作時單氣門工作要求設計的，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，以免燃油集聚在進次氣門口。與三個凸輪相對應的是中間搖臂、主搖臂與次搖臂，兩個進氣門分別安裝在主、次搖臂上。在三個揺臂內有一個孔道，內裝有正時活塞，A、B同步活塞和定位活塞，它們的位置受油壓控制。每個氣缸的兩個進氣門上都安裝有可變配氣相位控制機構。第10頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）本田i-vtec系統(tǒng)工作原理當發(fā)動機在中、低轉速時，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)。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，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。當凸輪軸運轉時，凸輪會驅動中間推桿和搖臂來完成氣門的開啟和關閉。當電機工作時，蝸輪蝸桿機構會首先驅動偏心軸發(fā)生旋轉，然后中間推桿和搖臂會產生聯(lián)動，偏心軸旋轉的角度不同，最終凸輪軸通過中間推桿和搖臂頂動氣門產生的升程也會不同。在電機的驅動下，進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技術已經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)，這是寶馬技術發(fā)展領域中的又一項成就：Double-VANOS雙凸輪軸可變氣門正時系統(tǒng)根據油門踏板和發(fā)動機轉速控制扭矩曲線，進氣和排氣氣門正時則根據凸輪軸上可控制的角度按照發(fā)動機的運行條件進行無級的精準調節(jié)。

在低發(fā)動機轉速時，移動凸輪軸的位置，使氣門延時打開，提高怠速質量并改進功率輸出的平穩(wěn)性。在發(fā)動機轉速增加時，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)返回進氣歧管的廢氣量以增強燃油經濟性。系統(tǒng)在發(fā)動機預熱階段使用一套專用參數以幫助三元催化轉換器更快達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)為每個進氣門設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動器加以控制，用以切換兩組不同的凸輪，從而改變進氣門的升程。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，氣門升程可達到11毫米，以提供燃燒室最佳的進氣流量和進氣流速，實現(xiàn)更加強勁的動力輸出。當發(fā)動機在低負載的情況下，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，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，也就是說兩個進氣門開啟和關閉的時間以及升程并不相同。這種不對稱的進氣設計是為了讓