四种形式的可变配气机构

可变配气相位机构 本田乘用车的VTEC控制机构 VTEC机构在本田乘用车思域 里程 CR V 奥德赛 雅阁F22B1和D16Z6发动机上使用 VTEC是英文缩写 其全称为 VariableValve ValveLiftElectronicControl 意思是 可变气门正时与升程电子控制 人们梦想能实现 高速区和低速区相位值能自动转换 本田发动机率先成功地设置了这种机构 使汽车的动力性 经济性 净化性得到大幅度的提高 一 概述 发动机配气相位角的大小因车而异 总的目的是 利用气流的惯性和压差 使进气充分 排气彻底 提高动力性和经济性 可变配气相位改变了配气相位固定不变的状态 在发动机运转工况范围内提供最佳的配气正时 提高了充气系数 较好地解决了高转速与低转速 大负荷与小负荷下动力性与经济性的矛盾 在一定程度上改善了废气排放 怠速稳定性和低速平稳性 降低了怠速转速 同一台发动机转速不同时 应有不同的配气相位角 转速越高 提前角和迟后角也应随之加大 这是因为固定相位角 只能对一种转速有利 满足了低转速的要求 就满足不了高转速的要求 过大的配气相位角 将使发动机的低速性能变坏 这是因为 低速时 混合气流动速度慢 燃烧速度也较慢 进气提前角过大时 有可能将混合气挤出缸外 造成回火和怠速不稳 反之 过小的配气相位角 将使高速性能变坏 这是因为 高速时 混合气流动速度快 燃烧速度加快 惯性能量也加大 进排气门应加大早开晚关的角度 才能保证充分利用惯性能量 防止气流滞留缸外 使进气充分 排气彻底 在配气相位的4个角度中 进气迟后角 在不同的转速时 对发动机性能的好坏影响最大 试验证明 两种进气迟后角的充气效率 v 和功率 Ne 变化规律是 1 升高迟后 2 高速时 越过2300 2500r min后 晚关60 的 v和Ne 明显优于40o的相位角 3 有一个转折点 这就是可变配气相位的控制点 VTEC起作用的始点 为此 四气门配气机构 双功能可变相位控制机构VTEC 就应运而生 所谓 双功能 是指有高 低速两种凸轮 相位角不同 升程也不同 VTEC机构出现 保证了发动机在整个转速范围内 获得最佳的进气涡流和充气效率 V 使动力性 经济性 净化性和怠速平稳性有明显的提高 如本田1 6L发动机 装用VTEC机构后 其最大功率从88kw增大到118kw 最高转速达8000r min 二 VTEC机构的组成1 两个排气门由单独的凸轮和摇臂驱动 两个进气门由单独的不同升程和相位的凸轮和摇臂驱动 主次摇臂之间装有中间摇臂 它不与任何气门直接接触 三者依靠专门的柱塞联动 利用主油道油压控制 如图 中间凸轮升程最大 它是按发动机 双进双排 高转速 大功率的工作状态设计的 主凸轮的升程小于中间凸轮 它是按 单进双排 低转速工作状态设计的 次凸轮升程最小 最高处只是稍微高于基圆 其作用是在低转速时微开 防止喷出的燃油不能进缸 3个摇臂靠近气门一侧制有柱塞孔 孔中有靠油压控制滑动柱塞 以便锁止联动 控制油压由ECM的电磁阀控制 其线圈的电阻值为14 30 投入工作时 油压为250kPa以上 使柱塞移动锁止摇臂 VTEC机构投入工作时 在油压作用下 压力开关断开 给ECM一个反馈信号 确认凸轮已转换工作 如油压低于标准值49kPa时 压力开关闭合 5v搭铁电压信号即报警 6 在大负荷 低转速工况工作时 如VTEC机构不及时投入工作 充气效率和进气涡流速度降低 会发生轻微爆燃 如爬坡时 三 VTEC机构的工作原理 1 低速运转时 ECM无工作指令 油道内无控制油压 各摇臂独自摆动 主摇臂随主凸轮开闭主进气门 供给低速涡流混合气 次凸轮推动次摇臂微开次进气门 提供燃油 中间摇臂随中间凸轮大幅度地空转摆动 为了减少噪声 中间摇臂一端设有支撑弹簧 处于 单进双排 的工作状态 2 高速运转时 当信号达到规定值时 ECM指令VTEC电磁阀开启液压油道 油压推动3个柱塞移动 3个摇臂栓为一体 由于中间凸轮的升程大于另外两个凸轮 且凸轮的相位角也大 主次进气门即大幅度地同步开闭 此时 处于 双进双排 工作状态 功率明显加大 3 汽车在静止状态空转时 VTEC机构不投入工作 动态投入工作时 车速有明显提高 4 VTEC机构技术状态的好坏 除电控部件外 对机油品质 润滑系统相关部件和大小瓦的配合间隙要求严格 0 02 0 04mm 必须使用本田机油 完成润滑和锁止控制 5 本田系列配气机构 气门间隙调整必须在冷态下进行 即缸盖温度低于38 时 因其配气相位角较大 只能是逐缸调整 进气门间隙为0 26 0 02 排气门间隙0 30 0 02mm 气门轻微噪声是 本田特色 丰田车系 智能可变气门正时系统 VVT i系统 VVT i VariableValveTimingintelligent 智能可变气门正时系统 用来控制进气凸轮轴在40 角范围内 自动保持最佳的气门正时 以适应发动机工作状况的需要 实现了在所有速度范围内 使配气相位智能化的变化 保持 提前 迟后 从而 提高了发动机的扭矩和燃油经济性及净化性 这种结构只是改变进气门开 关时间的早晚 配气相位角值不变 时间平移 即早开 早关 晚开 晚关 不改变进气门升程的大小 此为不足之处 该机构的相位角调节范围宽 工作可靠 功率可提高10 20 油耗可降低3 5 这种结构在其他车系也广泛使用 如新款的本田车系等 二 结构 配气相位调节机构VVT i 由外壳 四齿转子 锁销 控制油道 电磁控制阀组成 1 配气相位调节机构VVT i 安装在进气凸轮轴的前端 随正时链轮同步转动 在转动中能利用润滑系统的油压 自动调节凸轮轴与正时链轮的相对角度位置 2 调节机构的外壳与正时链轮固接 转子与进气凸轮轴固接 转子中有一液压锁销 可使其连接齿轮同步传动 或用油压解脱 以调节进气门早开晚关角度的大小 3 四齿式转子与外壳的隔墙 形成八个控制油腔 四个油腔充油 四个油腔泄油 转子在液压油道的转换作用下 可正反向转动 可使进气凸轮轴与正时链轮相对转动 自动调节进气门早开晚关角度的大小 4 电磁控制阀受电脑ECU的控制 实现配气相位的调节 ECU根据节气门开度信号TPS 转速信号SP 空气流量信号AFS 水温信号CTS 计算出最佳配气正时角度而发令控制 并根据凸轮轴位置传感器信号和曲轴位置传感器信号 检测实际的气门正时 能进行反馈控制 以获得预定的气门正时 ECU是用不同的电流值 调节滑阀的位置 随发动机工况的变化 有 保持 提前 迟后 等状态 例如 提前状态 时 控制油道使油腔1 3 5 7充油 油腔2 4 6 8泄油 转子和进气凸轮轴右旋转动一定角度 进气门即早开启 又如 迟后状态 时 控制油道转换 油腔充油和泄油则按相反顺序工作 三 工作原理 1 怠速工况 转速较低 混合气流速慢 进气提前角应较小 使进气重叠角减小 以防止发动机回火 为此 电磁阀的控制电流较小 磁吸力较小 使滑阀应处于 保持状态 油道内无油压 锁销处于锁止状态 进气门不提前开启 保证怠速平稳运转 2 中等负荷工况 转速较高 混合气流速加快 惯性能量较大 进气门应早开 加大重叠角 可使废气排出量加大 提高容积效率 滑阀应处于 提前状态 以加大发动机的扭矩值 为此 电磁阀的电流随之加大 滑阀在较大的磁吸力作用下 可左移到极限位置 出油孔和回油孔随动开启 使转子右旋转 进气门开启程度随之加大 最大可达40 曲轴转角 3 大负荷工况 转速相对降低 混合气流速变慢 应使进气门早开程度减小 以防止发动机回火 用加大晚关程度来加大扭矩值 为此 电磁阀不通电 不产生磁吸力 滑阀在其弹簧的作用下 被推到右端极限位置 其出油道和回油道反向转换 转子反向左转 进气门早开程度减小 滑阀应处于 迟后状态 保证了发动机扭矩的增大 4 VVT i机构工作状态的好坏 对润滑系统油压的高低的依赖性较大 润滑油质和油压应保持正常 大众车系可变气门正时机构 一 概述 发动机 可变气门正时技术 VariableValveTiming 在大众车系广泛使用 如 宝来 奥迪 帕萨特等 配气相位角的大小 因车而异 总的目的是 利用气流的惯性和压差 使进气充分和排气彻底 提高动力性和经济性 通常是以常用转速下的配气相位角为据 它只能对这一转速有利 二 大众车系的可变气门正时机构 结构 正时链条 链轮及可变相位调节器和电磁控制阀组成 其调节原理如下 大众车系的可变气门正时机构的工作原理 1 驱动端 固定端 是排气凸轮轴 在正时皮带的驱动下顺时针转动 不可能逆转 相对进气凸轮轴而言为 固定端 它拉动进气凸轮轴也顺时针旋转 驱动进气门开闭 2 自由端 浮动端 为进气凸轮轴 它不仅在排气凸轮轴的链条拉动下顺时针旋转 也可在可变配气正时调节器上下伸长时 转动一个 角 拉 压合力 3 如 A 图 调节器弧形滑板下降 链条下降 拉动进气凸轮轴顺时针转动一个 角 进气门即早开 早关 使重叠角加大 排气效果改善 提高容积效率 为低转速 大扭矩工作叚 4 如 B 图 调节器弧形滑板上升 链条上升 拉动进气凸轮轴逆时针转动一个 角 进气门即晚开 晚关 充分利用流体惯性 提高充气效率 为高转速 大功率工作段 5 曲轴相位角的调节范围为20 30 只是早开 晚关的时间变了 配气相位角不变 时间平移 气门升程不变 但进 排气重叠角变了 它的大小影响废气排出量和回火 6 调节开始点多为1300r min 低速时 气流惯性小 进气门早开 早关 为大扭矩区域 适于一般行驶工况 高速时 气流惯性大 进气门晚开 晚关 为大功率区叚 适于高速行驶工况 7 电脑ECU根据发动机转速信号转速信号SP 通过电磁控制阀上的滑阀 使润滑系统的主油道油压 驱动调节器中的控制活塞动作 使弧形滑板分别上升或下降 进气凸轮轴即转动一个 角 改变了气门的开闭时间 8 V6发动机可变气门正时机构分左右两排 一个正时皮带驱动左右两排的排气凸轮轴 左右两侧调节器一前一后的安装 其液压操纵的方向相反 但原理相同 即 左侧弧形滑板向上运动时 右侧弧形滑板向下运动 左右两排的进气凸轮轴都同向转过一个 角 三 可变相位调节器和电磁控制阀的构造和工作原理 一 构造 它是在液压紧链器的基础上 加装了用ECU控制的电磁阀 形成了一个 配气相位调节总成 部件 只能对进气凸轮轴进行调整 排气凸轮轴被曲轴正时齿带驱动 不能调整 进气凸轮轴通过正时链条被排气凸轮轴驱动 凸轮轴调整是通过电控液压活塞将油压作用于链条张紧器来完成的 凸轮轴调整机构的工作油路与气缸盖上的油道相通 1 紧链器上下弧形滑板 利用其筒孔套装在一起 各有其弹簧上下张开 使链条有一定的预紧度 发动机工作后 润滑系主油道的油压又通过单向阀进入筒内 推动上下滑板产生张紧力 保证链条机构可靠地工作 2 下弧形滑板筒上有控制活塞 在液压作用下能上下移动 可分别对正时链条产生推力 能改变进气凸轮轴相对于排气凸轮轴的角度值 产生 提前 或 迟后 调节力 3 电磁控制阀线圈的电阻值为10 18 控制滑阀轴向移动 滑阀上有四道隔墙 使控制油道转换 产生 提前 或 迟后 调节 滑阀的中间隔墙上有一沟槽 使滑阀微量的轴移 即产生 封闭 或 沟通 作用 4 主油道进油口处有节流球 可使控制油压柔和的变化 回油道孔在滑阀末端隔墙内 保证B油道在不 提前 时泄油 提前 时又封闭回油道 二 工作原理 1 当发动机转速低于1300r min时 电磁控制阀不通电 滑阀使A油道与主油道相通 控制油压即作用在控制活塞的下方 推动控制活塞向上运动 使上部链条变长 进气凸轮轴即反向转动一定角度 进气门早开角度变小 进 排气门的重叠角变小 防止发动机回火 低速运转平稳 2 当发动机转速高于1300r min时 电磁控制阀通电 磁吸力使滑阀右移 沟通B油道和主油道 控制油压即作用在控制活塞的上方 推动控制活塞向下运动 使下部链条变长 进气凸轮轴即正向转动一定角度 进气门早开角度变大 进 排气门的重叠角变大 废气排出率加大 提高了容积效率和扭矩值 3 当发动机转速高于3600r min时 电磁控制阀又断电 调节工作结束 进气门又回到不提前的位置 晚开和晚关角度加大 可利用气体的惯性能量 提高功率值 电子控制的气门机构 E Valve 传统的控制进气管上的节气门开度进气方式 因节气门的阻碍 进气能量损失大 充气效率低 为此 宝马公司和日产公司研发了电控气门机构 E Valve 实现了强劲 高压 高频 量化控制 100v 它是配气机构的重大革命 一 电控气门机构的优点 1 它直接改变气门的升程和开闭时间 可以控制吸入的进气量 进气损失小 能节省燃油10 以上 使加速反应快 2 去消了节气门 正时齿轮 凸轮轴 正时皮带等机构 简化了机体结构和重量 降低了故障率 3 用电脑单独控制各气缸的气门开闭 可以实现发动机排量的变化 如汽车阻力小时或市内行车 可关闭部分气缸 进一步节油 4 起动时可保留一个气缸气门正常开闭 其他气缸的气门同时开启 为非真空压力状态 使单气缸快速运转 快速着火运转 二 工作原理 它是利用电脑ECU 根据各种传感器信号 用