汽车新技术配置-3可变气门正时系统.ppt

现代汽车新配置实务,主讲：朱明高级技师、经济师,工程师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员,第3章可变气门正时(与举升)系统,31可变气门正时(与举升)系统概述31，l可变气门正时(与举升)系统功能312可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良,可变气门正时(与举升)系统功能,1-1一般发动机进排气门的气门正时，在任何转速与负荷时，都是在固定位置开闭，例如发动机的气门正时规格是6BTDC、40ABDC、3lBBDC与9ATDC时，表示进气门在上止点前6打开，下止点后40关闭；排气门在下止点前31打开，上止点后9关闭，如图31所示。如图32所示为本田汽车公司ZCSOHC发动机的气门正时，注意其曲轴系逆转，且无气门重叠。,可变气门正时(与举升)系统功能,1-2.一般发动机进排气门的气门正时，在任何转速与负荷时，都是在固定位置开闭，例如发动机的气门正时规格是6BTDC、40ABDC、3lBBDC与9ATDC时，表示进气门在上止点前6打开，下止点后40关闭；排气门在下止点前31打开，上止点后9关闭，如图31所示。如图32所示为本田汽车公司ZCSOHC发动机的气门正时，注意其曲轴系逆转，且无气门重叠。,可变气门正时(与举升)系统功能,2.日产汽车公司的VTC设计，是在一定的作用条件时，使进气门提早打开，发动机在低速有高转矩，可变气门正时只有一段变化；而丰田汽车公司的VVT-i设计与宝马(BMW)汽车公司的VANOS设计，均为连续可变气门正时系统，气门开度是一定的，即举升是一定的，但气门开闭时间随发动机转速与负荷而连续可变，达到省油.怠速稳定.提高转矩.增大动力输出及减小污染的目的。3.本田汽车公司的VTEC设计，系可变气门正时与举升系统，其气门打开的举升可变，因此气门正时随之改变，但气门举升改变是分段式，目前最多分成三段，同样达到省油.怠速稳定.提高转矩.增大动力输出及减小污染的目的。,二.可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良,一.可变气门正时(与举升)系统种类：VTC:仅改变进气门的气门正时。VANOS:VVT-I:VTEC:,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良二.VTC,1日产汽车公司称为气门正时控制(VTC)，为可变气门正时系统，仅改变进气门的气门正时。组成如图33所示，由进气凸轮轴前端之控制器总成、气门正时控制阀、ECM及各传感器所构成。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良二.VTC,1日产汽车公司称为气门正时控制(VTC)，为可变气门正时系统，仅改变进气门的气门正时。电路控制方块图如图34所示。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良二.VTC,3ECM由各传感器信号，依表31所示之条件，使气门正时控制电磁阀OFF或ON。当气门正时控制电磁阀OFF时，电磁阀打开，油压从电磁阀泄放，进气门正常时间开闭，由于无气门重叠角度，故怠速平稳；且由于进气门较晚关，故高转速时充填效率高。当气门正时控制电磁阀ON时，电磁阀关闭，油压进入控制器，使进气凸轮轴位置改变，进气门提前20打开，如图35所示，在较低转速时，即可得到较高转矩，如图36所示。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良二.VTC,3ECM由各传感器信号，依表31所示之条件，使气门正时控制电磁阀OFF或ON。当气门正时控制电磁阀OFF时，电磁阀打开，油压从电磁阀泄放，进气门正常时间开闭，由于无气门重叠角度，故怠速平稳；且由于进气门较晚关，故高转速时充填效率高。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良二.VTC,3ECM由各传感器信号,气门正时控制电磁阀ON时，电磁阀关闭，油压进入控制器，使进气凸轮轴位置改变，进气门提前20打开，如图35所示，在较低转速时，即可得到较高转矩，如图36所示。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良四、VVT-i,1丰田汽车公司称为智能型可变气门正时(VVT-i)，为连续可变气门正时系统，首先应用在丰田汽车的高级房车LEXUS上，目前国产COROLLA、ALTIS及CAMRY也已开始采用。不同的排气量与发动机时，进气门的开启度数有不同变化，例如COROLLAALTIS在2-42BTDC时进气门开启，50一10ABDC时进气门关闭。2VVT-i的设计理念与VANOS相同，都是移动凸轮轴的位置，以改变气门正时与气门重叠角度，只是移动凸轮轴的机构有点不同。,3VVT-i的气门正时连续可变，只针对进气门而设计，如图37所示，排气门的气门正时是固定的。气门正时虽然连续可变，但举升是固定的。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良四、VVT-i,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良二.VVT-i,4VVT-i的控制如图38所示，ECM接收各传感器信号，经由修正及气门正时实际值的回馈，确立气门正时目标值，以工作时间比的方式控制凸轮轴正时油压控制阀,改变油压之方向或油压之进出，达到使进气门正时提前、延后或固定之目的。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良四、VVT-i,5VVT-i的构造与作用(1)VVT-i的组成如图39所示，VVT-i执行器装在进气凸轮轴前端，凸轮轴正时油压控制阀装于其侧端。,1NZ-FE/2NZ-FE发动机,配气机构,正时链,VVT-i控制器,调整垫片,张紧器,VANOS,1NZ-FE/2NZ-FE发动机,发动机控制系统VVT-i(智能型可变气门正时控制)系统VVT-i系统根据发动机不同的工况有计划的控制进气凸轮轴的正时,CKP传感器,VVT-i控制器,VVT-I控制电磁阀,水温传感器,CMP传感器,1NZ-FE/2NZ-FE发动机,发动机控制系统VVT-i系统发动机电脑接受到下列信号,发动机ECU计算一个最佳的气门正式,发动机ECU,CKP传感器,TPS传感器,VVT-I电磁阀,MAF传感器,实际气门正时,车速传感器,凸轮轴位置传感器,水温传感器,目标正时,修正信号,百分比控制信号,反馈信号,1NZ-FE/2NZ-FE发动机,发动机控制系统VVT-i系统-VVT-i控制情况,IN,EX,IN,EX,IN,EX,IN,EX,IN,EX,IN,EX,IN,EX,延迟,延迟,提前,提前,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良四、VVT-i,5VVT-i的构造与作用(VVT-i执行器的构造如图310所示，叶片与进气凸轮轴固定在一起，在外壳内，因油压的作用，叶片可在一定角度内前后位移，带动进气凸轮轴一起旋转，达到进气门正时之连续不同变化；另外锁定销侧有油压送入时，柱塞克服弹簧力量向左移，与链轮盘分离，故叶片可在执行器内左右移动；但无油压进入时，柱塞弹出，叶片与链轮盘及外壳等联结成一体转动。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良四、VVT-i,(2)VVT-i的作用进气门正时提前：ECM送出ON时间较长的工作时间比信号给凸轮轴正时油压电磁阀，如图3，11所示，阀柱塞移至最左侧，此时左油道与机油压力相通，而右油道则为回油，故机油压力将叶片向凸轮轴旋转方向推动，使进气凸轮轴向前转一角度，进气门提前开启，进排气门重叠开启角度最大。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良四、VVT-i,进气门正时固定：ECM送出ON时间一定之工作时间比信号给凸轮轴正时油压电磁阀，如图312所示，阀柱塞保持在中间，堵住左、右油道，此时不进油也不回油，叶片保持在活动范围的中间，故进气门开启提前角度较少。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良四、VVT-i,进气门正时延迟：ECM送出ON时间较短的工作时间比信号给凸轮轴正时油压电磁阀，如图313所示，阀柱塞移至最右侧，此时左油道回油，右油道与机油压力相通，故机油压力将叶片逆凸轮轴旋转方向推动，故进气门开启提前角度最少。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良四、VVT-i,(3)VVT-i在各种运转状态及负荷时，进气门的提前状况及其优点，如表32所示。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,五、VTEC1本田汽车公司称为电子控制可变气门正时与举升系统(VTEC)，当改变气门之举升时，气门正时与气门重叠角度随之改变。21980年代中期，本田汽车公司在可变气门正时系统最早开发成功，并应用在量产丰上，以现代每缸四气门发动机为例，驱动进气门的凸轮轴上有两种不同高度的凸轮，利用气门摇臂内活塞位置的切换，以决定低或高凸轮顶开进气门；甚至每缸凸轮轴上有三种不同高度的进气凸轮，也是利用气门摇臂内活塞位置之切换，使两支进气门一微开一中开、两支均中开或两支均大开，以达到低速时省油、转矩高，中速时转矩与功率输出兼具，高速时功率大的特点。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,3如表33所示为本田汽车公司五种VTEC形式的比较，其中尤以DOHCVTEC型，进、排气门均可变气门正时与举升，用在本田跑车S2000上，是目前自然进气发动机中，每公升(即1,000cc)排气量的发动机输出的最高纪录保持者，20L发动机，最大功率输出可达179kW，即每10L的功率输出895kW。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,4以下介绍两种VTEC，一种是SOHCNEWVTEC，用于1998年起在台湾制造的第六代阿科德(ACCORD)汽车，另一种是SOHC3STAGESVTEC。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,SOHCNEWVTEC概述现代常用的四气门发动机，由于气门打开举升是固定不变的，若要具有高转速、高输出的性能，就无法兼顾到一般行车常用转速范围之性能，高转速、高输出的发动机：在低转速时转矩不足，怠速稳定性较差，且燃油消耗量较高；一般回转域转矩输出的二气门发动机：高转速性能会降低。现代的理想发动机：能够适应各种转速变化，具有宽广动力波段的可变气门正时与举升机构的发动机。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,在低转速时，因主副进气门开度不同，提供一巨大的升降差异，而得到强烈的回转涡流，能产生高燃烧效率，提高低转速转矩、怠速稳定性及减低燃油消耗率；在高转速时，因主副进气门同时大开，故能产生高功率。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,构造O可变气门正时及举升机构，在凸轮轴上，每缸进气门设有一低一高两个低转速用凸轮，及一个高转速用凸轮，如图314所示。在一般回转域时，低转速用凸轮驱动，主进气门开度比副进气门大；在高回转域时，高转速用凸轮驱动，主副进气门以相同开度打开，举升比低速时大。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,可变气门正时与举升机构的构造，如图315所示。由凸轮轴、主摇臂、副摇臂、中间摇臂、正时活塞、正时板、同步活塞、同步活塞与主副进气门等所组成。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,中间摇臂的两端分别是主摇臂与副摇臂，中间摇臂为高转速用，主摇臂与副摇臂为低转速用。主摇臂内有正时活塞与同步活塞A，中间摇臂内有同步活塞B，副摇臂内有止挡活塞。每缸的凸轮轴上有三种不同举升的凸轮，中间凸轮为高回转用，举升最大，左右凸轮为低回转用，主凸轮举升次之，副凸轮举升最小。中间摇臂内有运动弹簧总成，为一辅助定位装置，可抑制低回转时的摇臂空隙，并可在高回转时，圆滑的驱动进气门，为使摇臂容易连接与分离，特别加装了正时板。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,作用O低转速时：如图316所示，主、副摇臂与中间摇臂分离，分别由主、副凸轮A、B以不同的时间与举升驱动。主进气门开度约9mm，副进气门则微开。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,高转速时：如图317所示，因油压进入，正时活塞向右移，主、副与中间摇臂被同步活塞A与B连接成一体动作，故3个摇臂均由中间凸轮C以高举升驱动。此时主副进气门开度约为12mm。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,ECM控制如图318所示，电脑依据发动机转速、发动机负荷、车速及水温的信号，在下列条件下切换为高回转的驱动状态：O发动机转速：23003200rmin间，依歧管负压而变化。发动机负荷：依歧管负压值，车速：lOkmh以上。O水温：10C以上。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,(2)SOHC3STAGESVTEC其构造如图319所示，具有二组活塞组及二个油路，气门摇臂的构造也与二段式VTEC不同，如320所示。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,利用进气门三段式的不同开度，以达到的目的：低转速时省油及转矩提高，中转速时转矩及功率保持在高水平，高转速时输出功率大。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,三段式VTEC之作用O第一段时（低转速）：二个油路都没有油压，三个气门摇臂都可自由活动，两支进气门分别由主摇臂与副摇臂驱动，举升分别是7mm与微开，使进气涡流强烈，燃烧完全，达到省油及转矩提高的效果，如图321(a)所示。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,三段式VTEC之作用第二段（中速）：上油路送入油压，活塞移动，使主摇臂与副摇臂结合为一体，因此两支进气门均由主摇臂驱动，即由低速凸轮驱动，举升都是7mm，以确保中转速时转矩与功率值，如图321Co)所示。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,三段式VTEC之作用第三段时：上、下油路都送入油压，上油路之油压仍使主、副摇臂结合为一体；下油略送人之油压，使活塞与活塞移动，故中间摇臂与主摇臂及副摇臂结合为一体，两支进气门均由中间摇臂驱动，即由凸轮高度最高的高速凸轮驱动，两支进气门的举升都是10mm，以确保高功率之输出，如图321(c)所示。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良五、VTEC,三段式VTEC的电路及作用油路如图322所示。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良,六、可变气门正时(与举升)系统的改良1VANOS与VVT-i系统是气门正时随发动机转速与负荷而连续可变，但举升没有变化；无法兼顾低转速省油及高转速高功率的需求；VTEC系统是气门正时与举升均可变，但其举升变化是分成二段或三段，因此气门正时也是分段式的变化，无法如VANOS与VVT-i般的连续可变。,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良,各汽车厂分别针对本身设计，发展出新型的可变气门正时与举升系统。VVTL-IValvetronici-VTEC,可变气门正时(与举升)系统的构造、作用与改良,3VVTL-i(1)TOYOTA最新的VVTL-i，为连续可变气门正时与二段举升系统，与VVT-i功能相同外，气门并可做二段式举升变化，与VTEC相似。(2)VVT-i的二段举升变化，是在凸轮轴与气门间加入摇臂，利用油压，使摇臂销移动，以决定是顶到低、中速凸轮或高速凸轮。当无油压时，摇臂销不动，低、中速凸轮顶到摇臂，