第4章辅助控制系统

1、第第4 4章章 电控发动机辅助控制系统电控发动机辅助控制系统 通过本节的学习，应做到：通过本节的学习，应做到：(1) 掌握汽车排放物的分类，了解排气净化的掌握汽车排放物的分类，了解排气净化的途径及措施。途径及措施。(2) 掌握现代汽车上所采用的机外净化方法的掌握现代汽车上所采用的机外净化方法的种类、特点及原理。种类、特点及原理。(3) 了解电控可变气门控制系统、电子节气门了解电控可变气门控制系统、电子节气门和废气涡轮增压系统的结构组成和工作原理。和废气涡轮增压系统的结构组成和工作原理。(4)了解车载诊断系统的原理和了解车载诊断系统的原理和OBD-的主要的主要内容内容 第第1 1节节 排放控制排

2、放控制一、汽车排放的主要有害气体：一、汽车排放的主要有害气体：lCOlHClNOX二、汽车有害气体排入大气的三条途二、汽车有害气体排入大气的三条途径：径：l废气废气l曲轴箱排出曲轴箱排出l汽油蒸发汽油蒸发三、汽车排气污染物的性质及危害三、汽车排气污染物的性质及危害四、排气污染物的形成机理四、排气污染物的形成机理（一）（一）COCO的形成的形成汽油、柴油：汽油、柴油：CnHm完全燃烧：完全燃烧：CnHm + O2 CO2+H2O不完全燃烧：不完全燃烧：CnHm + O2 CO+H2O所以：所以：（1）CO是在空气量不足情况下的不完全是在空气量不足情况下的不完全燃烧的产物。燃烧的产物。（2）CO的

3、排量基本上受空燃比支配。的排量基本上受空燃比支配。空燃比空燃比14.7： 理论上不会有理论上不会有CO。 但因：但因：（1）混合气混合及分配不均）混合气混合及分配不均（2）燃烧后高温：）燃烧后高温：CO2CO+O2H2OH2+O2H2+CO2CO+H2O会有少量的会有少量的CO产生。产生。（二）（二）HCHC的形成的形成HC是不完全燃烧的产物是不完全燃烧的产物主要是未燃的或主要是未燃的或燃料分解的产物。燃料分解的产物。一切妨碍燃料燃烧的因素都是一切妨碍燃料燃烧的因素都是HC形成的原因。形成的原因。HC的形成与空燃比的关系：的形成与空燃比的关系：空燃比空燃比 14.7：空燃比空燃比混入废气混入废

4、气量增多量增多氧化氧化反应慢反应慢HC（三）（三）NONOX X的形成的形成NOX主要是：主要是：NO（99%）和）和NO2（1%）1、NO热热NO：由空气中的：由空气中的N生成（主要）生成（主要）燃料燃料NO：由燃料中含：由燃料中含N成分生成。成分生成。(0.02%)NO生成三要素：生成三要素：高温高温富氧富氧氧与氮在高温中停留时间长氧与氮在高温中停留时间长2 2、 NONO2 2的生成的生成NO2不是在汽缸内产生的，而是在不是在汽缸内产生的，而是在废气排入大气，温度下降后，由废气排入大气，温度下降后，由NO生成的，即：生成的，即：NO+O2NO2NO2数量取决于燃料产物和外界空数量取决于燃

5、料产物和外界空气之间的扩散条件。气之间的扩散条件。NONOX X的生成与空燃比的关系的生成与空燃比的关系空燃比空燃比14.7：空燃比空燃比NO大于理论空燃比大于理论空燃比10%处，燃烧速处，燃烧速度和温度最高度和温度最高NO生成生成量最大量最大之后之后：空燃比空燃比燃烧温度燃烧温度下降下降NO五、排气净化的途径五、排气净化的途径汽车有害气体排入大气的三条途径汽车有害气体排入大气的三条途径：l废气（废气（65%85%）l曲轴箱排出（曲轴箱排出（20%左右）左右）l汽油蒸发（油箱、化油器等）汽油蒸发（油箱、化油器等）排气净化的途径排气净化的途径l研制低污染动力源的汽车研制低污染动力源的汽车l促进燃

6、料的完全燃烧促进燃料的完全燃烧l对发动机进行排气净化处理对发动机进行排气净化处理l防止汽油蒸气的泄漏防止汽油蒸气的泄漏：l曲轴箱通风曲轴箱通风l蒸发损失控制蒸发损失控制（一）（一）防止汽油蒸气的泄漏防止汽油蒸气的泄漏曲轴箱通风曲轴箱通风传统方法：是将曲轴箱和空气滤清器传统方法：是将曲轴箱和空气滤清器用管子连接起来。使窜入曲轴箱的气用管子连接起来。使窜入曲轴箱的气体经由管子吸入空气滤清器，再进入体经由管子吸入空气滤清器，再进入汽缸燃烧。汽缸燃烧。缺点：空气滤清器负压小，处理不够缺点：空气滤清器负压小，处理不够彻底，且机油和水会污染空气滤清器彻底，且机油和水会污染空气滤清器的滤芯。的滤芯。 现在一

7、般采用现在一般采用曲轴箱强制通风装置：曲轴箱强制通风装置：在原先通风在原先通风结构基础上，结构基础上，再通过再通过PCV阀（曲轴箱阀（曲轴箱强制通风阀）强制通风阀）将曲轴箱和将曲轴箱和进气管连接进气管连接起来。阀门起来。阀门开度由进气开度由进气管真空度自管真空度自动控制。动控制。 发动机工作时，发动机工作时，进气歧管形成进气歧管形成相对真空，把相对真空，把曲轴箱蒸气和曲轴箱蒸气和吸入的空气混吸入的空气混合（空气通过合（空气通过发动机空气滤发动机空气滤清器中的清器中的PCV滤清器和软滤清器和软管），再通过管），再通过软管和软管和PCV阀阀导入进气歧管导入进气歧管进入气缸燃烧。进入气缸燃烧。2.

8、2. 蒸发损失控制蒸发损失控制活性炭罐活性炭罐利用活性炭吸利用活性炭吸附原理，把油附原理，把油箱、化油器等箱、化油器等蒸发出来的蒸发出来的HC收起来，再从收起来，再从活性炭中分离活性炭中分离出来，送入发出来，送入发动机内燃烧。动机内燃烧。 燃油蒸发排放控制装置一般由燃油箱、活性炭罐燃油蒸发排放控制装置一般由燃油箱、活性炭罐 、一些控制阀和相互连接的软管与专用管路组一些控制阀和相互连接的软管与专用管路组成。成。 在发动机不工作时，燃油蒸发排放控制装置将燃油在发动机不工作时，燃油蒸发排放控制装置将燃油蒸气收集到活性炭罐中。发动机启动后，在燃油蒸蒸气收集到活性炭罐中。发动机启动后，在燃油蒸发排放装置

9、的控制下，燃油蒸气从活性炭罐中排出发排放装置的控制下，燃油蒸气从活性炭罐中排出并进入进气歧管或空气滤清器，最后到达发动机燃并进入进气歧管或空气滤清器，最后到达发动机燃烧室燃烧。烧室燃烧。 微机控制的活性碳罐，其驱气量控制阀的真空微机控制的活性碳罐，其驱气量控制阀的真空度由真空度电磁阀控制。度由真空度电磁阀控制。ECU根据发动机各工况、根据发动机各工况、状态传感器的电信号确定一个最佳的驱气流量值，状态传感器的电信号确定一个最佳的驱气流量值，以不同占空比的脉冲电压形式输出控制信号，控制以不同占空比的脉冲电压形式输出控制信号，控制电磁阀工作，将驱气量阀的真空度调到适当的值，电磁阀工作，将驱气量阀的真

10、空度调到适当的值，使膜片阀处于最佳的开度位置，从而使最佳数量的使膜片阀处于最佳的开度位置，从而使最佳数量的驱气进入进气歧管。驱气进入进气歧管。1.燃油箱燃油箱 2.加油口盖加油口盖 3.单向阀单向阀 4.驱气量控制阀驱气量控制阀 5.去去进气歧管空气进气歧管空气 6.真空度电磁阀真空度电磁阀 7.活性碳罐活性碳罐 8.新鲜空新鲜空气气 9.发动机电信号发动机电信号1.燃油蒸汽进口燃油蒸汽进口2.燃油蒸汽排泄口燃油蒸汽排泄口3.7.栅格栅格4.塑料外壳塑料外壳 5.活性碳活性碳6.滤清网滤清网8.空气空气存储燃油蒸气的活性存储燃油蒸气的活性炭罐，一般为黑色圆炭罐，一般为黑色圆柱形，常位于发动机柱

11、形，常位于发动机舱室的右前角或左前舱室的右前角或左前角。角。 来自燃油箱的蒸来自燃油箱的蒸气从燃油蒸气进口进气从燃油蒸气进口进入，被活性粒子吸附，入，被活性粒子吸附，在真空的作用下可从在真空的作用下可从燃油蒸气排泄口吸出，燃油蒸气排泄口吸出，进入发动机燃烧室，进入发动机燃烧室，同时空气经滤清网进同时空气经滤清网进入活性碳罐。入活性碳罐。（二）机外净化方法（二）机外净化方法即在排气管中安装附加装置，用化学或即在排气管中安装附加装置，用化学或物理方法对排气中的有害成分加以净化物理方法对排气中的有害成分加以净化处理。处理。常用方法有：常用方法有：l空气喷射法（二次空气法）空气喷射法（二次空气法）l热

12、反应器法热反应器法l催化剂法催化剂法1、空气喷射法（二次空气法）空气喷射法（二次空气法）将新鲜空气将新鲜空气（二次空气）（二次空气）喷射到排气门喷射到排气门的背后，使高的背后，使高温废气中的温废气中的HC、CO在这在这里与空气接触里与空气接触进一步燃烧。进一步燃烧。典型的二次空气系统典型的二次空气系统 暖机时，空气旁通阀（暖机时，空气旁通阀（AIRD ）将空气导入排气歧）将空气导入排气歧管管暖机后，排气歧管过多的空气会影响暖机后，排气歧管过多的空气会影响EGR的工作的工作AIRB将空气导入到催化转化器内将空气导入到催化转化器内热真空开关控制空气控制阀上的真空度。冷却液温热真空开关控制空气控制阀

13、上的真空度。冷却液温度较低时，让控制阀把空气引入排气歧管内。当发度较低时，让控制阀把空气引入排气歧管内。当发动机的温度达到正常的工作温度时，热敏真空开关动机的温度达到正常的工作温度时，热敏真空开关会让控制阀把空气引入催化转化器内。会让控制阀把空气引入催化转化器内。 空气旁通阀（空气旁通阀（ AIRB ）：装在空气泵和空气控制阀）：装在空气泵和空气控制阀之间，有时与空气控制阀作成一体。减速时真空信之间，有时与空气控制阀作成一体。减速时真空信号作用于空气旁通阀，使压缩空气被引入大气中，号作用于空气旁通阀，使压缩空气被引入大气中，避免排气系统中产生回火。避免排气系统中产生回火。含油较多的废气中导入过

14、多的空气会在消声器内产生含油较多的废气中导入过多的空气会在消声器内产生回火甚至爆炸。当节气门突然关闭时会产生较浓的回火甚至爆炸。当节气门突然关闭时会产生较浓的混合气。尾气中的混合气。尾气中的HC能够与来自空气泵的空气燃烧，能够与来自空气泵的空气燃烧，形成回火。为了避免这种现象，空气泵的空气要很形成回火。为了避免这种现象，空气泵的空气要很快分流到大气中。快分流到大气中。 可分主动式和被动式两种。可分主动式和被动式两种。 主动式带空气泵，用在计算机控制的主动式带空气泵，用在计算机控制的发动机上。被动式（不带空气泵）主要发动机上。被动式（不带空气泵）主要用在化油器式发动机上；用在化油器式发动机上；

15、被动式空气喷射装置：发动机通过皮被动式空气喷射装置：发动机通过皮带驱动空气压缩机，空气经压缩以后通带驱动空气压缩机，空气经压缩以后通过管道由空气喷嘴向排气门的方向喷出。过管道由空气喷嘴向排气门的方向喷出。整个装置除空气压缩机外，还必须有防整个装置除空气压缩机外，还必须有防止发动机减速时产生后燃现象的防后燃止发动机减速时产生后燃现象的防后燃阀，防止废气倒流到空气压缩机去的单阀，防止废气倒流到空气压缩机去的单向阀等。向阀等。电动空气泵空气旁通阀空气旁通阀空气换向阀2 2、热反应器法、热反应器法常与空气二次喷射并用。常与空气二次喷射并用。 这种反应器安装在排气道出口处，它将排气这种反应器安装在排气道

16、出口处，它将排气中的未燃气体和喷射的空气混合起来，并保持中的未燃气体和喷射的空气混合起来，并保持在高温下给予一定的反应时间，从而使废气中在高温下给予一定的反应时间，从而使废气中的的CO、HC进一步燃烧，以降低其排放量。进一步燃烧，以降低其排放量。3 3、催化剂法、催化剂法相应的装置称为催化转换器，是利用催相应的装置称为催化转换器，是利用催化剂促使排气中的化剂促使排气中的HC、CO、NOX起氧起氧化或还原反应，降低其含量的装置。化或还原反应，降低其含量的装置。分类：分类：l氧化催化转换器氧化催化转换器l还原催化转换器还原催化转换器l三元催化转换器三元催化转换器1）氧化催化转换器氧化催化转换器采用

17、铂等贵金属（在氧化锆或氧化铝等颗粒采用铂等贵金属（在氧化锆或氧化铝等颗粒状或蜂窝状载体中充填状或蜂窝状载体中充填铂铂-钯钯等贵金属或铜、等贵金属或铜、锰等的金属氧化物）作催化剂，放在象消声锰等的金属氧化物）作催化剂，放在象消声器的容器内，靠近排气歧管安装。使排气中器的容器内，靠近排气歧管安装。使排气中的的CO、HC能利用排气中的剩余空气在较低能利用排气中的剩余空气在较低的温度下以较高的速度进行氧化反应。的温度下以较高的速度进行氧化反应。催化剂本身不发生氧化反应，其催化作用是催化剂本身不发生氧化反应，其催化作用是靠废气本身的热量激发。靠废气本身的热量激发。 特点：特点：（1）转化效率高）转化效率

18、高（2）能在较低温度（）能在较低温度（250左右）完左右）完成氧化反应。成氧化反应。2）还原催化转换器还原催化转换器针对针对NOX须造成化学上还原的环境，需要燃须造成化学上还原的环境，需要燃用浓混合气用浓混合气牺牲燃油经济性牺牲燃油经济性在还原在还原NO时，常产生时，常产生NH3，有毒。，有毒。不常用。不常用。3）三元催化转换器三元催化转换器三元催化反应器是利用三元催化反应器是利用铂、钯、铑铂、钯、铑等催化剂等催化剂将排气中的三种有害成分将排气中的三种有害成分CO、HC、NOx进进行化学反应转化为无害的行化学反应转化为无害的CO2、H2O和和N2的的一种反应器。一种反应器。目前，常用的催化剂有

19、贵金属类的目前，常用的催化剂有贵金属类的铂、钯、铂、钯、铑等。铑等。铂（铂（Pt）、钯（）、钯（Pd）作催化剂使）作催化剂使CO、HC进一步氧化；铑（进一步氧化；铑（Rh）作为催化剂、）作为催化剂、 CO、HC作还原剂使作还原剂使NO还原为还原为N2。也有采用稀土。也有采用稀土金属氧化物作为催化剂，虽然成本比贵金属金属氧化物作为催化剂，虽然成本比贵金属低，但其净化性能不及贵金属。低，但其净化性能不及贵金属。 催化剂的作用是降低反应温度，加快转化催化剂的作用是降低反应温度，加快转化速度，其反应过程如下：速度，其反应过程如下： 氧化反应如下：氧化反应如下： 4HC+5O2 = 4CO2+2H2O（

20、蒸汽）（蒸汽） 2CO+O2 = 2CO2 还原反应如下：还原反应如下： NOx+CO - N2+CO2 NOx+HC - N2+CO2+H2O NOx - N2+O2 三元催化反应器，外形类似消声器，由金属外壳、三元催化反应器，外形类似消声器，由金属外壳、钢丝网内衬、载体和催化剂涂层组成。载体有颗粒钢丝网内衬、载体和催化剂涂层组成。载体有颗粒状、蜂窝状整体陶瓷等形式。目前广泛使用的是陶状、蜂窝状整体陶瓷等形式。目前广泛使用的是陶瓷蜂窝状的载体，载体上有无数的孔穴，从而扩大瓷蜂窝状的载体，载体上有无数的孔穴，从而扩大了催化剂的表面积。当废气通过载体中的孔穴时，了催化剂的表面积。当废气通过载体中

21、的孔穴时，因反应表面积增加而提高转化率。因反应表面积增加而提高转化率。采用铂催化剂采用铂催化剂时，时，CO、HC开开始反应温度为始反应温度为200，而较高，而较高转化率的温度转化率的温度为为400600。 三元催化反应器需要发动机运行，且其混合三元催化反应器需要发动机运行，且其混合气的空燃比控制在理论值附近时，才有较高气的空燃比控制在理论值附近时，才有较高的转化率。的转化率。必须采用闭环控制空燃比，即用氧传感器不断必须采用闭环控制空燃比，即用氧传感器不断检测排气中的检测排气中的O2含量，并将检测信号送给含量，并将检测信号送给ECU，使之修正燃油量，以保持用理论混合气工作。使之修正燃油量，以保持

22、用理论混合气工作。下图为控制框图。下图为控制框图。 4 4、废气再循环（机内净化）、废气再循环（机内净化）废气再循环（废气再循环（ EGR，EXHAUST GAS RECIRCULATION）主要用来减少）主要用来减少NOx的的排放。排放。 废气再循环是发动机工作过程中通过废气再循环是发动机工作过程中通过EGR阀门，将部分废气返回进气管送入阀门，将部分废气返回进气管送入燃烧室进行再循环，以降低燃烧最高温燃烧室进行再循环，以降低燃烧最高温度，从而降低度，从而降低NOx排放。排放。因为因为NOx主要是在高温富氧的条件下生主要是在高温富氧的条件下生成的，而废气（主要是惰性气体）在燃成的，而废气（主要

23、是惰性气体）在燃烧过程中吸收热量。烧过程中吸收热量。 EGR率：率：EGR率率=EGR气体量气体量（吸入空气量（吸入空气量+EGR空空气量）气量）100%过度的废气再循过度的废气再循环将会影响发动环将会影响发动机的正常运行，机的正常运行，特别是在怠速或特别是在怠速或低转速时，所以低转速时，所以EGR系统只能在系统只能在某些工况下工作。某些工况下工作。 EGR系统的分类：系统的分类：l普通电子式普通电子式l可变可变EGR率式率式l闭环控制式闭环控制式1）普通电子式普通电子式EGREGR系统系统由由EGREGR电磁阀、节气门位置传感器、电磁阀、节气门位置传感器、EGREGR控制控制阀、曲轴位置传感

24、器、发动机的阀、曲轴位置传感器、发动机的ECUECU、水温传、水温传感器、启动信号等组成。感器、启动信号等组成。在发动机工作时，微处理机根据各传感器，在发动机工作时，微处理机根据各传感器，如曲轴位置传感器、水温传感器、节气门位如曲轴位置传感器、水温传感器、节气门位置传感器、点火开关等送来的信号，确定发置传感器、点火开关等送来的信号，确定发动机目前在那一种工况下工作，以输出指令，动机目前在那一种工况下工作，以输出指令，控制排气再循环电磁阀打开或关闭，从而控控制排气再循环电磁阀打开或关闭，从而控制排气再循环控制阀打开或关闭，使排气再制排气再循环控制阀打开或关闭，使排气再循环进行或停止。循环进行或停

25、止。 在下面各种工况下，即发动机启动时、在下面各种工况下，即发动机启动时、节气门位置传感器的怠速触点接通时、节气门位置传感器的怠速触点接通时、发动机温度低时、发动机转速低于发动机温度低时、发动机转速低于900rmin900rmin或高于或高于3200rmin3200rmin时，发动机时，发动机的的ECUECU向排气再循环电磁阀供给向排气再循环电磁阀供给“接通接通”信号时，阀门关闭，切断了控制排气再信号时，阀门关闭，切断了控制排气再循环控制阀的真空通道，使循环控制阀的真空通道，使EGREGR系统不再系统不再进行排气再循环；进行排气再循环；其它工况时，其它工况时，ECUECU断开电磁阀信号，则进断

26、开电磁阀信号，则进行排气再循环。行排气再循环。2）可变可变EGREGR率式率式可变可变EGR率排气再循环的控制，又称开环控率排气再循环的控制，又称开环控制式排气再循环。制式排气再循环。根据发动机台架实验确定的根据发动机台架实验确定的EGR率与发动机率与发动机转速、进气量的对应关系，将有关数据存入转速、进气量的对应关系，将有关数据存入发动机发动机ECU内微机的内微机的ROM中。发动机工作中。发动机工作时，微处理机根据各种传感器送来的信号，时，微处理机根据各种传感器送来的信号，确定发动机在那一种工况下工作，经过查表确定发动机在那一种工况下工作，经过查表和计算修正，输出适当的指令，控制电磁阀和计算修

27、正，输出适当的指令，控制电磁阀的开度，以调节排气再循环的的开度，以调节排气再循环的EGR率。率。1.EGR控制阀控制阀 2.EGR通路通路3.排气管排气管 4.节气门阀开关节气门阀开关 5.电磁阀部电磁阀部 6.定压阀部定压阀部 7.VCM阀阀 图中图中VCM阀是一个真空调节阀，内有两个电阀是一个真空调节阀，内有两个电磁阀（一个为再循环控制电磁阀，另一个为磁阀（一个为再循环控制电磁阀，另一个为怠速调节电磁阀）。怠速调节电磁阀）。当发动机工作时，微处理机根据曲轴位置传当发动机工作时，微处理机根据曲轴位置传感器、节气门位置传感器、水温传感器、点感器、节气门位置传感器、水温传感器、点火开关、电源电压

28、等，给排气再循环控制阀火开关、电源电压等，给排气再循环控制阀提供不同占空比的脉冲电压使其具有不同打提供不同占空比的脉冲电压使其具有不同打开、关闭频率，以调节进入开、关闭频率，以调节进入VCM阀负背压室阀负背压室的空气量，得到控制的空气量，得到控制EGR阀不同开度所需的阀不同开度所需的各种真空度，从而获得为适应发动机工况所各种真空度，从而获得为适应发动机工况所需的不同的需的不同的EGR率。率。 脉冲电压信号的占空比越大，电磁阀打脉冲电压信号的占空比越大，电磁阀打开的时间越长，进入开的时间越长，进入VCM阀负压室的空阀负压室的空气量越多，真空度越小，排气再循环控气量越多，真空度越小，排气再循环控制

29、阀开度越小，制阀开度越小，EGR率越小，当小至某率越小，当小至某一值时，排气再循环阀关闭，排气再循一值时，排气再循环阀关闭，排气再循环系统停止工作。反之，脉冲电压信号环系统停止工作。反之，脉冲电压信号的占空比越小，的占空比越小，EGR率越大。率越大。 EGREGR阀实物图阀实物图3 3）闭环控制式）闭环控制式在闭环控制在闭环控制式排气再循式排气再循环系统中，环系统中，微处理机是微处理机是以以EGR率作率作为反馈信号为反馈信号实现闭环控实现闭环控制的。制的。 新鲜空气经节气门进入稳压箱，发动机排气新鲜空气经节气门进入稳压箱，发动机排气中的一部分经控制阀进入稳压箱。中的一部分经控制阀进入稳压箱。

30、稳压箱中有稳压箱中有EGR率传感器，对稳压箱中新鲜率传感器，对稳压箱中新鲜空气与废气所形成的混合气中的氧气浓度进空气与废气所形成的混合气中的氧气浓度进行检测，并将检测结果输入微处理机。行检测，并将检测结果输入微处理机。微处理机经过分析计算后，向控制阀输出控微处理机经过分析计算后，向控制阀输出控制信息，不断地调整制信息，不断地调整EGR率，使排气再循环率，使排气再循环的的EGR率时刻在微处理机的控制下保持在理率时刻在微处理机的控制下保持在理想状况，从而有效地减少想状况，从而有效地减少NOx的排放量。的排放量。4.2 其它发动机电子控制技术4.2.1 可变气门驱动电子控制 4.2.2 电子节气门控

31、制（ETC）4.2.3 废气涡轮增压电子控制 4.2.1 可变气门驱动电子控制 进气门和排气门的特性参数主要有3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3个特性参数对发动机的性能、油耗和排放有重要影响。发动机的配气相位图如图4-20所示。 图4-20 发动机的配气相位图近年来有些汽车采用了“可变式”的气门驱动机构，即可变气门驱动机构（Vallabe Valve Actuaion，缩写为 VVA）。 若仅是气门开启相位和开启持续角度可变，便称为可变气门正时（Variable Valve Timing，缩写为 VVT）。图4-21所示为凸轮相位可变的可变气门

32、机构。 图4-21 可变气门正时机构1-硅油缓冲器；2-螺纹花键；3-活塞；4-凸轮轴；5-回位弹簧。与普通发动机相比，VTEC发动机所不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法，它有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的调节进行自动转换。图4-22是Honda公司的可变气门控制系统（VTEC） 图4-22 Honda公司的可变气门控制系统VTEC1-凸轮轴；2-低速凸轮；3-高速凸轮；4-主摇臂；5-中间摇臂；6-次摇臂；7-液压柱销A；8-液压柱销B；9-止推销；10-空行程弹簧；11-排气门；12-进气门。它的进气凸轮轴和排气凸轮轴都为每个缸设置了并列的3个凸轮，相应地有

33、3个摇臂。凸轮轴旋转时，处在外侧的2个低速凸轮2分别推动外侧的主摇臂4和次摇臂6；处在中间的高速凸轮3推动中间的中间摇臂。这3个摇臂绕同一根摇臂轴摆动，但其中只有主摇臂和次摇臂才能推动气门，而中间摇臂则须通过安置在内部的液压柱销A和B带动两侧的主摇臂和次摇臂方能推动气门，如图4-23所示。 图4-23 低速时的摇臂传动1-低速凸轮；2-凸轮轴；3-液压柱销A；4-液压柱销B；5-主摇臂；6-中间摇臂；7-次摇臂；8-复位弹簧；9-止推销；10-摇臂轴。当发动机处在高转速范围时，发动机润滑系统通过摇臂10中心的油道将机油压入液压柱销A左方的油腔，使液压柱销A和B克服复位弹簧的作用力向右移动一段距

34、离，如图4-24所示。 图4-24 高速时的摇臂传动1-高速凸轮；2-机油；3-液压压力。VTEC系统的电子控制与大多数同类系统一样，不考虑负荷信息。ECU只根据发动机转速、车速和发动机温度控制电磁阀，使油路中的滑阀令摇臂中液压柱销A左方油腔或与压力油接通，或泄压，如图4-25所示。 图4-25 VTEC系统电子控制框图从ECU发出信号到建立油压而切换气门规律所经历的时间称为切换响应时间。反过来，系统从高转速气门规律切换到低转速气门规律的过程依靠液压柱销B右方的复位弹簧而实现。这一过程也需要切换响应时间。这两种切换响应时间的长短取决于液压力和复位弹簧力的对比。液压力取决于油压，其改变速度与机油

35、的粘度有关，因而与油温有关；复位弹簧力则取决于它的预置载荷。所以，对于确定的系统，切换响应时间与机油温度和复位弹簧预置载荷有关，如图4-26和图4-27所示。 图4-26 切换响应时间与机油温度的关系图4-27 切换响应时间与复位弹簧与之时间的关系VTEC系统通过切换气门规律，使发动机的转矩曲线在整个转速范围内变得相当平坦，如图4-28所示。 图4-28 装有VTEC系统的NSX发动机转矩曲线气门可变驱动机构气门可变驱动机构配气相位：配气相位：将发动机的进气门和排气门的开将发动机的进气门和排气门的开启开始与关闭终止的时刻用曲轴转角表示。启开始与关闭终止的时刻用曲轴转角表示。发动机工作时的转速很

36、高，四冲程发动机一发动机工作时的转速很高，四冲程发动机一个工作行程仅千分之几秒，这么短的时间往个工作行程仅千分之几秒，这么短的时间往往会引起发动机往会引起发动机进气不足，排气不净进气不足，排气不净，造成，造成功率下降。为了解决这一问题，一般发动机功率下降。为了解决这一问题，一般发动机都采用都采用延长进、排气门的开启时间延长进、排气门的开启时间，增大气，增大气体的进出容量以改善进、排气门的工作状态，体的进出容量以改善进、排气门的工作状态，藉以提高发动机的性能。藉以提高发动机的性能。 根据配气相位图，活塞从上止点移到下止点的根据配气相位图，活塞从上止点移到下止点的进气过程中（绿色），进气门会提前开

37、启（进气过程中（绿色），进气门会提前开启（）和延迟关闭（和延迟关闭（）。当发动机作功完毕，活塞）。当发动机作功完毕，活塞从下止点移到上止点的排气过程中（桔色），从下止点移到上止点的排气过程中（桔色），排气门会提前开启（排气门会提前开启（）和延迟关闭（和延迟关闭（）。出现）。出现“气门重叠气门重叠”进气门进气门和排气门同时开启的时刻，和排气门同时开启的时刻，可能会造成废气倒流。可能会造成废气倒流。 怠怠速时候（速时候（ 1000转以下）最转以下）最明显，容易造成怠速工作明显，容易造成怠速工作不畅顺，振动过大，功率不畅顺，振动过大，功率下降等现象。下降等现象。 怠速工作下的怠速工作下的“重叠重叠”

38、时间是中等速度工作条件下时间是中等速度工作条件下的的7倍。尤其是采用四气门的发动机，倍。尤其是采用四气门的发动机， “重叠阶段重叠阶段”更容易造成怠速运转不畅顺的现象。为了消除这一更容易造成怠速运转不畅顺的现象。为了消除这一缺陷，采用了缺陷，采用了“可变式可变式”的气门驱动机构。的气门驱动机构。气门可变驱动机构能根据轿车的运行状况，随时改气门可变驱动机构能根据轿车的运行状况，随时改变配气相位，改变变配气相位，改变气门升程气门升程和和气门开启的持续时间气门开启的持续时间，其凸轮轴、凸轮轴上的凸轮或气门挺杆等元件是可其凸轮轴、凸轮轴上的凸轮或气门挺杆等元件是可以变动的。以变动的。气门可变驱动机构可

39、以通过两种形式实现：气门可变驱动机构可以通过两种形式实现：l凸轮轴和凸轮可变系统凸轮轴和凸轮可变系统：通过凸轮轴或凸轮的变换来改变：通过凸轮轴或凸轮的变换来改变配气相位和气门升程；配气相位和气门升程；l气门挺杆可变系统气门挺杆可变系统：工作时凸轮轴和凸轮不变动，气门挺：工作时凸轮轴和凸轮不变动，气门挺杆、摇臂或拉杆靠机械力或液压力的作用而改变。杆、摇臂或拉杆靠机械力或液压力的作用而改变。VTECVTEC发动机技术发动机技术 VTEC是本田开发的、世界上第一个能同时控是本田开发的、世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程两种不同情况的气门制气门开闭时间及升程两种不同情况的气门控制系统。控制系统。

40、VTEC（Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System）的意思的意思“可变气门配气相位和气门升程电子可变气门配气相位和气门升程电子控制系统控制系统”。与普通发动机相比，与普通发动机相比， VTEC发动机所不同的发动机所不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法，它有是凸轮与摇臂的数目及控制方法，它有中低中低速用速用和和高速用高速用两组不同的气门驱动凸轮，并两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的调节进行自动转换。可通过电子控制系统的调节进行自动转换。 VTEC以雅阁以雅阁F22B1发动机进气凸发动机进气凸轮轴为例，除

41、了原有控制两轮轴为例，除了原有控制两个气门的一对凸轮（主凸轮个气门的一对凸轮（主凸轮a和次凸轮和次凸轮b）和一对摇臂（主）和一对摇臂（主摇臂摇臂A和次摇臂和次摇臂B）外，还增）外，还增加了一个较高的中间凸轮加了一个较高的中间凸轮c和和相应的摇臂（中间摇臂相应的摇臂（中间摇臂C），），三根摇臂内部装有由液压控三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。制移动的小活塞。 发动机低速时，小活塞在原位置上，三根摇臂发动机低速时，小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮分离，主凸轮a和次凸轮和次凸轮b分别推动主摇臂分别推动主摇臂A和和次摇臂次摇臂B，控制两个进气门的开闭，气门升量，控制两个进气门的开闭，气门升

42、量较少，情形好像普通的发动机。虽然中间凸轮较少，情形好像普通的发动机。虽然中间凸轮c也推动中间摇臂也推动中间摇臂C，但由于摇臂之间已分离，但由于摇臂之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。门的开闭状态。 发动机达到某一个设定的高转速（发动机达到某一个设定的高转速（3500转转/分）时，电脑即会指令电磁阀启动液压系分）时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根统，推动摇臂内的小活塞，使三根ABC摇臂摇臂锁成一体，一起由中间凸轮锁成一体，一起由中间凸轮c驱动，由于中驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进

43、气间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开启时间延长，升程也增大了。门开启时间延长，升程也增大了。 当发动机转速降低当发动机转速降低到某一个设定的低转到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。原位，三根摇臂分开。 VTEC发动机与一般四气门发动机的不同：发动机与一般四气门发动机的不同：两进气门两进气门的摇臂在中、低转速下分别由不同的凸轮驱动的摇臂在中、低转速下分别由不同的凸轮驱动，因此，因此在中低转速下两气门的配气相位和升程是不同的。此在中低转速下两气门的配气相位和升程是不同的。此时时一个

44、气门升程很小，几乎不参与进气过程，进气通一个气门升程很小，几乎不参与进气过程，进气通道基本上相当于两气门发动机。道基本上相当于两气门发动机。由于进气的流动方向由于进气的流动方向不通过气缸中心，故能产生较强的进气涡流，对于低不通过气缸中心，故能产生较强的进气涡流，对于低速，尤其是冷车条件下提高混合气均匀度、增大燃烧速，尤其是冷车条件下提高混合气均匀度、增大燃烧速率、减少壁面激冷效应和余隙的影响，使燃烧更加速率、减少壁面激冷效应和余隙的影响，使燃烧更加充分，从而提高了经济性，大幅降低了充分，从而提高了经济性，大幅降低了HC、CO的排的排放。放。高速时高速时，通过，通过VTEC电磁阀控制压力油的走向

45、，电磁阀控制压力油的走向，使得使得两进气摇臂连成一体并由开启时间最长、升程最两进气摇臂连成一体并由开启时间最长、升程最大的进气凸轮来驱动大的进气凸轮来驱动，两进气门按照大凸轮的轮廓同，两进气门按照大凸轮的轮廓同步进行。大大增加了进气流通面积和开启持续时间，步进行。大大增加了进气流通面积和开启持续时间，从而提高了发动机高速时的动力性。从而提高了发动机高速时的动力性。 通过通过VTEC系统装置，发动机可以根据行系统装置，发动机可以根据行驶工况自动改变气门的开启时间和提升驶工况自动改变气门的开启时间和提升程度，即改变进气量和排气量，从而达程度，即改变进气量和排气量，从而达到增大功率、降低油耗及减少污

46、染的目到增大功率、降低油耗及减少污染的目的。的。整个整个VTEC系统由系统由ECU控制，接收发动机控制，接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，从而使发动机在不同的转的控制信号，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，获得所需速工况下由不同的凸轮控制，获得所需的动力的动力 最近，本田又推出了比最近，本田又推出了比VTEC更先进的更先进的i-VTEC系统，系统，i-VTEC系统是在现有的基础上，系统是在现有的基础上，添加了一个添加了一个“可变正时控制系统可变正时控制系统”

47、，通过，通过ECU控制程序调节进气门的开启关闭，使气控制程序调节进气门的开启关闭，使气门的重叠时间更加精确，达到最佳的进、排门的重叠时间更加精确，达到最佳的进、排气时机，并且进一步提高了发动机的功率。气时机，并且进一步提高了发动机的功率。从远期来看，从远期来看，VTEC将会被将会被 i-VTEC所取代。所取代。它的原理是当发动机低转速时令每缸其中一它的原理是当发动机低转速时令每缸其中一只进气门关闭，让燃烧室内形成一道稀薄的只进气门关闭，让燃烧室内形成一道稀薄的混合气涡流，结集在火花塞周围点燃作功。混合气涡流，结集在火花塞周围点燃作功。发动机高转速时则在原有基础上提高进气门发动机高转速时则在原有

48、基础上提高进气门的开度及时间，以获取最大的充气量。的开度及时间，以获取最大的充气量。 i-VTEC 系统与系统与 VTEC 系统相比较是在系统相比较是在VTEC 系统上增加了系统上增加了VTC 机构，即机构，即i-VTEC=VTEC+VTC，为了获得最合适的，为了获得最合适的运转状况的气门正时，运转状况的气门正时，ECU对对VTC油压油压控制阀进行负荷控制，向控制阀进行负荷控制，向VTC执行器内执行器内的进气提前角油压室或者进气延迟角油的进气提前角油压室或者进气延迟角油压室供给油压，压室供给油压，VTC执行器根据供给的执行器根据供给的油压改变凸轮轴的相位，以获得该负荷油压改变凸轮轴的相位，以获

49、得该负荷下最佳的配气相位。下最佳的配气相位。 i-VTEC i-VTEC 技术技术i-VTEC DOHCi-VTEC DOHCVTCVTC对凸轮转角的控制对凸轮转角的控制 VTC令气门重叠时间更加精确，达到最佳的令气门重叠时间更加精确，达到最佳的进、排气门重叠时间，并将发动机功率提高进、排气门重叠时间，并将发动机功率提高20%。同时，同时，i-VTEC系统发动机采用进气歧管放在系统发动机采用进气歧管放在前，排气歧管放在后（靠车厢一端）的布置。前，排气歧管放在后（靠车厢一端）的布置。在进气歧管上增设了可变长度装置，低转速在进气歧管上增设了可变长度装置，低转速时增长进气行程提高气流速度，有利于提升

50、时增长进气行程提高气流速度，有利于提升扭矩；而排气歧管则缩短了长度，也就是缩扭矩；而排气歧管则缩短了长度，也就是缩短了与三元催化器之间的距离，使三元催化短了与三元催化器之间的距离，使三元催化器更快进入适当的工作温度，能有效控制废器更快进入适当的工作温度，能有效控制废气排放。由于发动机一启动后气排放。由于发动机一启动后i-VTEC系统就系统就进入状态，不论低转速或者高转速进入状态，不论低转速或者高转速VTC都在都在工作，也就消除了原来工作，也就消除了原来VTEC系统存在的缺系统存在的缺陷。陷。 VVT-i发动机技术VVT-i是丰田独有的领先发动机技术，过去是丰田独有的领先发动机技术，过去仅装备于

51、丰田的进口原装高档车上。仅装备于丰田的进口原装高档车上。VVT-i （Variable Valve Timing and Lift with intelligence）的意思是）的意思是“智能可变配气正智能可变配气正时系统时系统”。该系统的最大特点是可根据发动。该系统的最大特点是可根据发动机的状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴机的状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，从而在所有速度范围内提高扭矩，气正时，从而在所有速度范围内提高扭矩，并能大大改善燃油经济性，有效提高汽车的并能大大改善燃油经济性，有效提高汽车的功率与性能，减少油耗和废气排放。功率与性能，减少油耗和废气排放。 VVTi系统由传感器、电控单元、液压系统由传感器、电控单元、液压控制阀和控制器等部分组成。控制阀和控制器等部分组成。按控制器的安装部位不同而分成两种：按控制器的安装部位不同而分成两种：l一种是安装在排气凸轮轴上的，称为一种是安装在排气凸轮轴上的，称为叶片式叶片式VVTi，比如说丰田大霸王；，比如说丰田大霸王；l另一种是安装在进气凸轮轴上的，称另一种是安装在进气凸轮轴上的，称为螺旋槽式为螺旋槽式VVTi，凌志，凌志400、430等等高级轿车就是采用的此种型式。高级轿车就是采用的此种型式。4.2.2 电子节气门控