汽车新技术课件：汽油机双独立可变气门正时技术

汽油机双独立可变气门正时技术1.熟悉汽油机双独立可变气门正时技术的作用及工作原理。2.掌握汽油机双独立可变气门正时技术的类型。学习目标汽油机的配气相位对其动力性、经济性及排污性都有着重要的影响。最佳的配气相位应使发动机在很短的换气时间内充入最多的可燃混合气，并使排气阻力最小，废气残留量最少。发动机转速变化时，由于气流速度和进排气门早开迟闭的绝对时间都发生了变化，因此其最佳的配气相位角也应随之改变。发动机的气门开闭由凸轮驱动，进排气门的早开角、迟闭角固定不变，这实际上只能使发动机在某一转速范围下处于最佳的配气相位，而在发动机转速很低或很高时，其配气相位会处于不理想的状态。汽油机双独立可变气门正时技术可以使发动机在不同转速下得到最佳的配气相位。学习导入一、汽油机双独立可变气门正时技术的作用及工作原理汽油机双独立可变气门正时系统由电磁阀（OCV）和可变凸轮轴相位调节器（VCT）组成，通过调节发动机凸轮相位，使进气量和排气量都可随发动机转速的变化而改变，从而达到最佳燃烧效率，提高燃油经济性。传统发动机的气门正时系统是一种配气相位（即气门开启/关闭）一成不变的机械系统，这种配气系统很难满足发动机在多种工况下对配气的需要，不能满足发动机在各种转速工况下均能输出强劲的动力要求。在发动机低转速时，会因为气门叠开角比理想值大，使部分新鲜混合气被废气带走而造成油耗和排污增加；在发动机高转速时，由于气门叠开角比理想值小，进气量不足，因此限制了发动机所能达到的最大功率。汽油机双独立可变气门正时技术可以根据发动机的运行状况，调整进气（排气）量和气门开闭时间、角度，使进气量达到最佳，提高燃烧效率，增大功升比。曲轴经由齿状的传动装置带动凸轮轴转动，使气门在做开启与关闭的动作时会与曲轴的转动角度形成一定的对应关系。可变气门正时技术是国内目前最为普通的发动机节油技术。常见的可变气门正时技术原理是根据不同的发动机负荷，通过控制进气门开启时间（其原理为链条带动的齿盘与凸轮轴的接合，中间存在一定的自由量，通过伺服电动机可以对凸轮与齿盘的角度差做出调节，使气门提前或者延迟关闭，从而实现可变气门正时），从而改善发动机的效率和性能。无奈的是，目前市场上很多带有可变正时气门机构的发动机仅仅是进气门正时可变，由于其只控制进气门正时，节油效果并不十分明显，如果同时排气门也采用可变气门正时技术，发动机的效率和性能将会得到更大的提高。使用进排气可变正时技术的发动机数量很少，其中较为知名的为丰田汽车公司（简称丰田）的双VVT-i发动机。而福特汽车公司（简称福特）的EcoBoostGTDi正时采用了进、排气都可控的可变正时技术。福特EcoBoostGTDi2.0L发动机的进、排气凸轮轴都配备了独立的可变气门正时系统，它能在不同转速下优化缸内气流，特别是可在部分负荷下改善发动机效率和性能。VVT-i系统是丰田公司的智能可变气门正时系统的英文缩写，最新款的丰田客车的发动机已普遍安装了VVT-i系统。丰田VVT-i系统可连续调节气门正时，但不能调节气门升程。VVT-i系统由传感器、电子控制单元（ECU）和凸轮轴液压控制阀、控制器等组成。ECU储存了最佳气门正时参数值，曲轴位置传感器、进气歧管空气压力传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器和凸轮轴位置传感器等将反馈信息汇集到ECU并与预定参数值进行对比计算，计算出修正参数并发出指令到凸轮轴正时液压控制阀，控制阀根据ECU指令控制机油槽阀的位置，即改变液压流量，把提前、滞后、保持不变等信号指令选择输送至VVT-i控制器的不同油道上。二、汽油机双独立可变气门正时技术的发展20世纪50年代末，意大利菲亚特汽车公司最早获得汽车使用的可变气门正时与升程专利，并在1980年推出最早使用可变气门技术发动机的汽车AlfaRomeoSpider2.0L。1975年，通用汽车公司为了减少汽车废气污染，发明了可变气门扬程专利技术，但并未实际应用。1991年，美国克莱姆森大学发明了更先进的进排气门连续可变气门正时并获得专利，之后宝马汽车公司与该校机械系成为密切的合作伙伴。1995年，英国Rover汽车集团领先合作伙伴Honda汽车，发明了另一种连续可变气门正时技术VVC。国外研究机构对可变气门正时早就进行了大量的研究，美国自1980年就已经出现了关于可变气门的专利，至1987年约有近800件，近年来仍在持续不断地发展。但是出现在20世纪80年代以前的很多可变正时技术存在问题较多，如造价昂贵、机构复杂、可调自由度有限以及冲击载荷较高等。近20年来，电子技术的发展促进了可变配气相位机构产品化，有些技术已在汽车上成功应用，取得了较好的效果。本田公司在1989年推出了自行研制的“可变气门正时和气门升程电子控制（VTEC）系统”是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程的气门控制系统。本田的VTEC发动机一直享有“可变气门发动机的代名词”之称，它不仅输出功率超强，还具有低转速时尾气排放环保、低油耗的特点，而这样完全不同的特点在同一台发动机上出现，就因为它在一个凸轮轴上有多种不同角度的凸轮。严格的环境保护法规使汽车制造商越来越重视可变气门正时技术。到目前为止，已出现了多种配气相位可变的发动机配气装置，使这些发动机的动力性、经济性及排污性等都得到了改善。三、汽油机双独立可变气门正时技术的类型1.改变凸轮轴相位角机构这种设计是将进气门开启持续角保持不变，即凸轮型线是固定的，仅利用整个凸轮轴相对于正时齿形传动带轮旋转一个角度，从而改变凸轮轴相对于曲轴的转角来改变配气相位。当电控系统发出控制信号时，步进电动机带动谐波齿轮传动机构像差动齿轮箱一样工作，引起凸轮轴相对于正时传动带轮转动，产生角位移，实现发动机配气相位的变化。在凸轮轴的末端装配了一个斜线齿轮。在斜线齿轮外套有一个壳体，在壳体内侧也有相同的斜线花键与之相配合。如果将壳体向靠近凸轮轴方向或远离凸轮轴方向移动，凸轮轴的转角就被改变了。因为在斜线齿轮的作用下，壳体不能与凸轮轴平行移动。如果壳体向凸轮轴方向运动，凸轮轴的转角将会提前；如果壳体向远离凸轮轴的方向运动，那么凸轮轴的转角将会推迟。2.变换凸轮机构为了进一步解决高速动力性与低速比油耗之间的矛盾，全面提高发动机的性能，可变配气相位和气门升程的机构应运而生。这种设计提供两种以上有不同凸轮型线的凸轮及与之相配合的摇臂，在不同转速和负荷下，靠液压控制摇臂机构驱动气门，如本田公司研制的可变配气相位机构（VTEC），该机构由具有高、低速两个凸轮的凸轮轴，以及含有液压柱塞的主摇臂和副摇臂。低速时摇臂各自独立工作，主摇臂与低速凸轮配合，保证气门正常工作；高速时由来自电子控制装置的信号开启液压通道，将主摇臂中柱塞的一部分压入副摇臂中，于是两个摇臂变成一个整体与高速凸轮配合，驱动气门工作。采用可变凸轮机构的发动机与传统