配气相位PPT课件.ppt

配气相位 一 配气机构 一 功用 配气机构是进 排气管道的控制机构 它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求 准时地开闭进 排气门 向气缸供给可燃混合气 汽油机 或新鲜空气 柴油机 并及时排出废气 另外 当进 排气门关闭时 保证气缸密封 进饱排净 四行程发动机都采用气门式配气机构 二 充气效率 新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多 则发动机可能发出的功率愈大 新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度 用充气效率hv表示 hv越高 表明进入气缸的新鲜气越多 可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大 发动机的功率越大 三 类型 1 按气门的布置 气门顶置式 气门侧置式2 按凸轮轴的布置位置 下置式 中置式 上置式3 按曲轴与凸轮轴的传动方式 齿轮传动 链条传动 齿带传动4 按每气缸气门数目 二气门式 四气门式等 二 配气相位 一 配气相位 用曲轴转角表示的进 排气门开闭时刻和开启持续时间 称为配气相位 通常用环形图表示 配气相位图 原因 气门的开 闭有个过程 气体惯性的影响随着活塞的运动 同样造成进气不足 排气不净 发动机速度的要求实际发动机曲轴转速很高 活塞每一行程历时都很短 当转速为5600r min时一个行程只有60 5600 2 0 0054s 就是转速为1500r min 一个行程也只有0 02s 这样短的进气或排气过程 使发动机进气不足 排气不净 可见 理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求 实际配气相位演示 上止点 下止点 二 进气门的配气相位1 进气提前角 1 定义 在排气冲程接近终了 活塞到达上止点之前 进气门便开始开启 从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角 或早开角 进气提前角用 表示 一般为10 30 2 目的 进气门早开 使得活塞到达上止点开始向下运动时 因进气门已有一定开度 所以可较快地获得较大的进气通道截面 减少进气阻力 2 进气迟后角 1 定义 在进气冲程下止点过后 活塞重又上行一段 进气门才关闭 从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角 或晚关角 进气迟后角用 表示 一般为40 80 2 目的 利用压力差继续进气 活塞到达下止点时 由于进气阻力的影响 气缸内的压力仍低于大气压 进气门晚关 利用压力差可继续进气 利用进气惯性继续进气 活塞到达下止点时 进气气流还有相当大的惯性 进气门晚关 仍能继续进气 下止点过后 随着活塞的上行 气缸内压力逐渐增大 进气气流速度也逐渐减小 至流速等于零时 进气门便关闭的 角最适宜 若 过大便会将进入气缸内的气体重新又压回进气管 由上可见 进气门开启持续时间内的曲轴转角 即进气持续角为 180 三 排气门的配气相位1 排气提前角 1 定义 在作功行程的后期 活塞到达下止点前 排气门便开始开启 从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角 或早开角 排气提前角用 表示 一般为40 80 2 目的 利用气缸内的废气压力提前自由排气 恰当的排气门早开 气缸内还有大约300kPa 500kPa的压力 作功作用已经不大 可利用此压力使气缸内的废气迅速地自由排出 减少排气消耗的功率 提前排气 等活塞到达下止点时 气缸内只剩约110kPa 120kPa的压力 使排气冲程所消耗的功率大为减小 高温废气的早排 还可以防止发动机过热 2 排气迟后角 1 定义 在活塞越过上止点后 排气门才关闭 从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角 或晚关角 排气迟后角用 表示 一般为10 30 2 目的 利用缸内外压力差继续排气 活塞到达上止点时 气缸内的压力仍高于大气压 利用缸内外压力差可继续排气 利用惯性继续排气 活塞到达上止点时 废气气流有一定的惯性 利用惯性可继续排气 所以排气门适当晚关可使废气排得较干净 由此可见 气门开启持续时间内的曲轴转角 即排气持续角为 180 1 定义 由于进气门早开和排气门晚关 就出现了一段进排气门同时开启的现象 称为气门叠开 同时开启的角度 即进气门早开角与排气门晚关角的和 称为气门叠开角 2 废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题 由于叠开时气门的开度较小 且新鲜气体和废气流的惯性要保持原来的流动方向 所以只要叠开角适当 就不会产生废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题 发动机的结构不同 转速不同 配气相位也就不同 四 气门叠开 从上面的分析 可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大 实际配气相位 气门要早开晚关 主要是为了满足进气充足 排气干净的要求 但实际中 究竟气门什么时候开 什么时候关最好呢 这主要根据各种车型 经过实验的方法确定 由凸轮轴的形状 位置及配气机构来保证 气门叠开角过大 小负荷运转时 由于进气管压力很低 易出现废气倒流增压柴油机气门叠开角一般很大 因进气压力大 扫气时甚至有一部分新鲜空气从排气门排出 发动机配气相位参数一览表 汽油机可变配气相位 其特性参数主要是三个 气门开启相位 气门开启持续角度 指气门保持升起持续的曲轴转角 和气门升程 这三个特性参数对发动机的性能 油耗和排放有重要影响 通常将气门开启相位和气门开启持续角度统称为气门正时 随着发动机负荷和转角的改变 这三个特性参数 特别是进气门开启相位和开启持续角度 的最佳选择是根本不同的 进气门开启相位提前 一方面为进气过程提供了较多的时间 特别有利于解决高转速时进气时间不足的问题 另一方面 气门叠开角增大 有更多的废气进入进气管 随后又同新鲜充量一起返回气缸 造成了较高的内部排气再循环率 可降低油耗和NOX排放 但同时也导致启动困难 怠速不稳定和低速工作粗暴 进气门关闭相位推迟 一方面在高转速时有利于利用高速气流的惯性提高体积效率 另一方面在低转速时又会将已经吸人气缸的新鲜充量重又推回到进气管中 气门升程增大 一方面在高负荷时有利于提高体积效率 另一方面在低负荷时又得不将节气门关得更小 造成更大的泵气损失和节流损失 综上所述可见 出于不同的考虑 对气门特性参数提出了不同要求 为了提高标定功率 要提早开启 推迟关闭进气门 并提高进气门升程 为了提高低速扭矩 要提早关闭进气门 为了改善启动性能并提高怠速稳定性 则要推迟开启进气门 减小气门叠开 显然 进气门特性参数对发动机的影响比排气门特性参数更大 进气门关闭相位的影响比开启相位大 由于环境保护和人类可持续发展的要求 低能耗和低污染已成为汽车发动机的发展目标 要求发动机既要保证良好的动力性又要降低油耗满足排放法规的规定 在各种现代技术手段中 可变配气相位技术已成为新技术发展方向之一 可变进气系统和可变配气相位 一 概述 1 根据发动机最常用转速确定配气相位 固定不变 2 固定气门升程 3 在其他转速 动力性 经济性下降 排放变差 1 传统发动机 2 可变进气系统和配气相位发动机 1 能兼顾高速及低速不同工况 提高发动机的动力性和经济性 2 降低排放 3 改善发动机怠速和低速时的性能及稳定性 2 采用可变进气系统技术 从获得最大充量系数的角度出发 比较理想的配气系统应当要满足以下要求 1 低速时 采用较小的气门叠开角以及较小的气门升程 防止出现缸内新鲜充量向进气系统倒流 以增加转矩 提高燃油经济性 2 高速时应具有最大的气门升程和进气门迟闭角 以最大限度地减小流动阻力 充分利用过后充气 提高充量系数 以满足动力性要求 3 配合以上变化 对进气门从开启到关闭的持续期也应进行调整 以实现最佳的进气定时 可变进气系统 日前较为常见的商品化系统可以分成两大类可变凸轮机构 VCSVariableCamshaftSystem 可变气门定时 VVT VariableValveTiming 除此之外 也有可变气门升程 可变气门作用角等其他形式 其原理基本相近 只是实现方式不同而巳 可变凸轮机构 可变凸轮机构技术一般都是通过两套凸轮或摇臂来实现的 即在高速时采用高速凸轮 其升程与作用角都较大 而在低速时切换到低速凸轮 升程与作用角均较小 可变气门定时 在进 排气门分别通过两根凸轮轴单独驱动时 可以通过一套特殊的机构将进气凸轮轴按要求转过一定的角度 从而达到改变进气相位的目的 根据实现机构的不向 这种改变又可以分成分级可变与连续可变两类 调节范围最高可达60oCA 由于技术上相对成熟 很多汽油机均采用这一技术 可变气门定时 2020 1 7 25 可变气门定时 可变气门定时 二 可变进气系统 1 多气门分别投入工作 1 凸轮或摇臂控制气门按时开或关 2 气道中设置旋转阀门 气缸数目可变机构 2 可变进气道系统 根据发动机不同转速 使用不同长度及容积的进气管向气缸内充气 1 双脉冲进气系统 2 四气门二阶段进气系统 3 三阶段进气系统 可变式配气机构 随着发动机各缸采用多气门化 发动机的高速动力性有了很大的提高 同时却带来了中小负荷经济性变差和低速扭矩的降低 为了解决此矛盾 近来高性能轿车发动机广泛采用了可变配气相位与气门升程电子控制 VTEC 机构 从而使从高速到低速整个使用范围性能得到提高 VTEC机构在本田轿车车系许多车上采用 VTEC是英文缩写 其全称为 VariableValveTiming ValveLiftElectronicControl 意思是可变气门相位与升程电子控制 三 可变配气相位 1 VTEC可变气门控制机构 VTEC系统全称是可变气门正时和升程电子控制系统 是本田的专有技术 它能随发动机转速 负荷 水温等运行参数的变化 而适当地调整配气正时和气门升程 使发动机在高 低速下均能达到最高效率 本田VTEC机构 控制原理 本田汽车采用一种可变配气相位与气门升程电子控制 VTEC 机构 来控制进气时间与进气量 从而使发动机产生不同的输出功率 气门定时和升程可变的可变进气系统 VTEC 装有VTEC机构的发动机每个气缸和常规的高速发动机一样配置有两个进气门和两个排气门 它的两个进气门有主次之分 即主进气门和次进气门 每个进气门均由单独的凸轮通过摇臂来驱动 驱动主次进气门的凸轮分别叫主 次凸轮 主 次摇臂 中间摇臂 不与任何气门接触 三摇臂并在一起 均可在摇臂轴上转 中间凸轮 升程最大 中间凸轮升程最大是按发动机双进双排气门工作最佳输出功率的要求而设计的 主凸轮升程小于中间凸轮 它是按发动机低速工作时单气门开闭要求设计的 次凸轮的升程最小 最高处只是稍微高于基圆 其作用只是在发动机怠速运行时 通过次摇臂稍微打开次气门 以免燃油集聚在次进气门口 中间摇臂的一端和中间凸轮接触 另一端在低速时可自由活动 三个摇臂在靠近气门一端均有一个油缸孔 油缸孔中都安置有活塞 由此可见 根据发动机转速 负荷 水温及车速信号 由ECM进行计算处理后将信号输出给电磁阀来控制油压 进而使不同配气定时和气门升程的凸轮工作 VTEC不工作时 正时活塞和主同步活塞位于主摇臂缸内 和中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂油缸内 次同步活塞和弹簧一起则位于次摇臂油缸内 正时活塞的一端和液力油道相通 液力油来自工作油泵 油道的开启由ECM通过VTEC电磁阀控制 在发动机低速运行时 ECM无指令 油道内无油压 活塞位于各自的油缸内 各摇臂均独自上下运动 于是主摇臂紧随主凸轮开闭主进气门 以供给低速运行时发动机所需混合气 次凸轮则迫使次摇臂微微起伏 微微开闭次进气门 中间摇臂虽然随着中间凸轮大幅度运动 但是它对于任何气门不起作用 此时发动机处于单进双排工作状态 吸人的混合气不到高速时的一半 由于仍然是所有气缸参与工作 所以运转十分平顺均衡 发动机高速运行 ECM就会向VTEC电磁阀供电开启工作油道 工作油道中的压力油就推动活塞移动 压缩弹簧