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 3 1可变气门正时 与举升 系统概述3 1 l可变气门正时 与举升 系统功能3 1 2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6 BTDC 40 ABDC 3l BBDC与9 ATDC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3 1所示 如图3 2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6 BTDC 40 ABDC 3l BBDC与9 ATDC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3 1所示 如图3 2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3 3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3 4所示 可变气门正时 与举升 系统的构造 作用与改良二 VTC 3 ECM由各传感器信号 依表3 1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3 5所示 在较低转速时 即可得到较高转矩 如图3 6所示 可变气门正时 与举升 系统的构造 作用与改良二 VTC 3 ECM由各传感器信号 依表3 1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 3 ECM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3 5所示 在较低转速时 即可得到较高转矩 如图3 6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 42 BTDC时进气门开启 50 一10 ABDC时进气门关闭 2 VVT 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 3 VVT i的气门正时连续可变 只针对进气门而设计 如图3 7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 4 VVT i的控制如图3 8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 5 VVT i的构造与作用 1 VVT i的组成如图3 9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 5 VVT i的构造与作用 VVT i执行器的构造如图3 10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3 12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3 13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3 2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 2 1980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3 3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 000c c 排气量的发动机输出的最高纪录保持者 2 0L发动机 最大功率输出可达179kW 即每1 0L的功率输出89 5kW 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3 14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3 15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3 16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3 17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3 18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 2300 3200r min间 依歧管负压而变化 发动机负荷 依歧管负压值 车速 lOkm h以上 O水温 10 C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3 19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3 20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3 21 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3 21Co 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3 21 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3 22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1 VANOS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 3 VVTL 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