可變氣門正時技術(shù).doc

發(fā)動機(jī)可變氣門正時技術(shù)發(fā)動機(jī)可變氣門正時：簡稱VVT（Variable Valve Timing）；隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，短促的進(jìn)排氣時間往往會引起發(fā)動機(jī)進(jìn)氣不足，排氣不凈等現(xiàn)象，因此可變氣門正時系統(tǒng)出現(xiàn)，它就是根據(jù)轎車的運(yùn)行狀況，隨時改變配氣相位，改變氣門升程和氣門開啟的持續(xù)時間（氣門升程就像門開啟的角度，氣門正時就像門開啟的時間，進(jìn)氣歧管就像各個閘道的欄桿）。發(fā)動機(jī)上的氣門可變驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以通過兩種形式實(shí)現(xiàn)，一種是通過凸輪軸或者凸輪的變換來改變配氣相位和氣門升程；另一種就是工作時凸輪軸和凸輪不變動，而氣門挺桿（搖臂或拉桿）依靠機(jī)械力或者液壓力的作用而改變，從而改變配氣相位和氣門升程。發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣過程中，會出現(xiàn)一個進(jìn)氣門和排氣門同時開啟的時刻，在配氣相位上稱為“重疊階段或氣門重疊角”。在高轉(zhuǎn)速下，為了達(dá)到更好的進(jìn)氣量，提高發(fā)動機(jī)的功率，就要求氣門重疊角更大（進(jìn)氣門提前打開、或者排氣門晚關(guān)）；但在低轉(zhuǎn)速或者怠工時，過大的重疊角則會導(dǎo)致廢氣過多的進(jìn)入進(jìn)氣歧管，使缸內(nèi)氣流混亂，從而導(dǎo)致低速扭矩較低，因此低速時需要減小重疊角（進(jìn)氣門延時打開），此時燃燒會更充分更穩(wěn)定。因此孕育出可變氣門正時技術(shù)。從原理上可以看出，可變氣門正時只是增加或減少了氣門的開啟時間，并沒有改變單位時間的進(jìn)氣量，因此對于發(fā)動機(jī)的動力性的幫助并不顯著，但是氣門開啟角度大小（氣門升程）可以隨時間改變的話，就可以顯著提升發(fā)動機(jī)在各個轉(zhuǎn)速的動力性能?？勺儦忾T升程：可以使發(fā)動機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速提供不同的氣門升程，低轉(zhuǎn)速時使用較小的氣門升程，有利于缸內(nèi)氣流的合理混合，增加發(fā)動機(jī)的低速輸出扭矩；在高速時使用較大的升程，可以提高發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，從而提高功率輸出。本田公司的i-VTEC是目前使用最廣泛的可變氣門升程系統(tǒng)（i-VTEC擁有連續(xù)可變氣門正時、分段可調(diào)氣門升程技術(shù)）。本田 VTEC：分級可變氣門升程+分級可變氣門正時 iVTEC：分級可變氣門升程+連續(xù)可變氣門正時（進(jìn)、排氣）豐田 VVT-i：連續(xù)可變氣門正時 （進(jìn)氣門）Dual VVT-i：智能連續(xù)可變氣門正時(進(jìn)、排氣門分別獨(dú)立控制，有2個氣門開啟時刻） VVTL-i：分級可變氣門升程+連續(xù)可變氣門正時（進(jìn)、排氣門）寶馬 Valvetronic 連續(xù)可變氣門升程（省去“節(jié)氣門”部件） Double VANOS：連續(xù)可變氣門正時(進(jìn)、排氣門分別獨(dú)立控制） 現(xiàn)代CVVT：連續(xù)可變氣門正時（進(jìn)氣門）日產(chǎn) C-VTC：連續(xù)可變氣門正時（日產(chǎn)的“VQ”發(fā)動機(jī)上使用，技術(shù)類似豐田）標(biāo)致VTCS：可變渦流控制閥1、VVT-i原理：當(dāng)發(fā)動機(jī)由低速向高速轉(zhuǎn)換時，電子計算機(jī)（ECU）通過分析就自動地將機(jī)油壓向進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動齒輪內(nèi)的小渦輪，在壓力的作用下，小渦輪就相對于齒輪殼旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使凸輪軸在60度的范圍內(nèi)向前或向后旋轉(zhuǎn)，從而改變進(jìn)氣門開啟的時刻，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時的目的。VVT-i系統(tǒng)是通過調(diào)整凸輪軸轉(zhuǎn)角配氣正時進(jìn)行優(yōu)化，從而提高發(fā)動機(jī)在所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性，降低尾氣的排放。 VVTi系統(tǒng)由傳感器、ECU和凸輪軸液壓控制閥、控制器等部分組成。2、VTEC原理：在VTEC系統(tǒng)中，其進(jìn)氣凸輪軸上分別有三個凸輪面，分別頂動搖臂軸上的三個搖臂，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低轉(zhuǎn)速或者低負(fù)荷時，三個搖臂之間無任何連接，左邊和右邊的搖臂分別頂動兩個進(jìn)氣門，使兩者具有不同的正時及升程，以形成擠氣作用效果。此時中間的高速搖臂不頂動氣門，只是在搖臂軸上做無效的運(yùn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)速在不斷提高需要變換為高速模式時，電腦就發(fā)出一個信號打開VTEC電磁閥，使壓力機(jī)油進(jìn)入搖臂軸內(nèi)頂動活塞，使三只搖臂連接成一體，并且由時間最長、升程最大的進(jìn)氣凸輪來驅(qū)動氣門，使兩只氣門都按高速模式工作。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低到氣門正時需要再次變換時，電腦再次發(fā)出信號，打開VTEC電磁閥壓力開頭，使壓力機(jī)油泄出，氣門再次回到低速工作模式（分段性的）。i-VTEC系統(tǒng)與VTEC相比就是在VTEC引擎上加入VTC（Variable timing control），它也是利用到跟VANOS與VVT-i類似的方式來連續(xù)式地轉(zhuǎn)動凸輪軸的開與關(guān)，達(dá)到了所謂的氣門重疊角的控制，這就是進(jìn)、排氣閥門的正時與開啟的重疊時間的可變是由油壓控制的VTC，使凸輪軸轉(zhuǎn)動些角度(向右，向左)，進(jìn)而提早或延遲閥門的開或關(guān)的時間，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時的作用。3、CVVT原理：英文全稱Continue Variable Valve Timing，就是連續(xù)可變氣門正時機(jī)構(gòu)。韓國現(xiàn)代轎車所開發(fā)的CVVT是一種通過電子液壓控制系統(tǒng)控制打開進(jìn)氣門的時間早晚，從而控制所需的氣門重疊角的技術(shù)。它的特點(diǎn)是能夠穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，提高發(fā)動機(jī)工作效率，降低污染排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性；可見CVVT只是在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門加以控制。4、D-CVVT原理：進(jìn)、排氣雙連續(xù)可變氣門正時。氣門開啟相位有兩個時刻，可以在位置1開啟或者位置2開啟，可以根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。與CVVT相比，由于進(jìn)氣量的的加大，也使得汽油的燃燒更加完全，更省油，它可以說是目前氣門可變正時系統(tǒng)技術(shù)中最高級的形式。（D-VVT沒有連續(xù)可變）5、VTCS原理：可變渦流控制閥系統(tǒng)。在發(fā)動機(jī)上采用渦流控制閥系統(tǒng)，通過節(jié)流門的控制，使發(fā)動機(jī)在不同工況下的進(jìn)氣形成不同的“進(jìn)氣渦流”； 發(fā)動機(jī)小負(fù)荷或以低于某一轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，受ECU控制的真空電磁閥關(guān)閉，真空度不能進(jìn)入渦流控制閥上部的真空氣室，渦流控制閥關(guān)閉。由于進(jìn)氣通道變小，產(chǎn)生一個強(qiáng)大渦流，這就提高了燃燒效率，從而可節(jié)約燃油。當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)荷增大或以高于某一轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，ECU根據(jù)轉(zhuǎn)速、溫度、進(jìn)氣量等信號將真空電磁閥電路接通，真空電磁閥打開，真空進(jìn)入渦流控制閥，將渦流控制閥打開，進(jìn)氣通道變大，提高進(jìn)氣效率，從而改善發(fā)動機(jī)輸出功率。進(jìn)、排氣門提前（遲閉）角當(dāng)發(fā)動機(jī)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速后，為了保證發(fā)動機(jī)氣缸的進(jìn)氣充分、排氣徹底，要求氣門具有盡可能大的通過能力，因此發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣門實(shí)際開啟和關(guān)閉并不恰好在活塞的上、下止點(diǎn)，而是適當(dāng)?shù)奶崆昂瓦t后。進(jìn)氣門提前開啟的目的：是為了保證新鮮氣體或可燃混合氣能順利、充分地進(jìn)入氣缸；進(jìn)氣門晚關(guān)的目的：是為了在壓縮行程開始時，利用氣缸內(nèi)的壓力暫低于大氣或環(huán)境壓力，靠進(jìn)氣氣流的慣性使新鮮氣體或可燃混合氣仍可能繼續(xù)進(jìn)入氣缸。這樣，進(jìn)氣門開啟持續(xù)時間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角實(shí)際上就大于了180。排氣門早開的目的：是當(dāng)活塞做功行程接近下止點(diǎn)時，可燃混合氣的燃燒膨脹已基本結(jié)束，但氣缸內(nèi)的氣體壓力仍然較高，利用此壓力可使氣缸內(nèi)的廢氣迅速地排出；排氣門遲關(guān)的目的：是由于活塞到達(dá)上止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)的壓力仍高于大氣壓，利用排氣流的慣性可使廢氣繼續(xù)排出。這樣，排氣門開啟持續(xù)時間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角實(shí)際上也就大于了180。 由于進(jìn)氣門早開和排氣門晚關(guān)，就會出現(xiàn)有一段時間進(jìn)、排氣門同時開啟的現(xiàn)象。進(jìn)氣門和排氣門同時開啟的那一段時間或曲軸轉(zhuǎn)角，我們就把它稱之為氣門重疊時間或氣門重疊角，氣門重疊角的大小等于進(jìn)氣門早開角與排氣門晚關(guān)角之和。只要?dú)忾T重疊角取得合適，就不會產(chǎn)生廢氣倒流進(jìn)氣管和新鮮氣體隨廢氣排出等問題。發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)不同、轉(zhuǎn)速不同，配氣相位也就不同。 詮釋：如果在活塞越過下止點(diǎn)一定角度，開始壓縮沖程之后再關(guān)閉進(jìn)氣門，會怎么樣呢？直觀的感覺是，這時活塞已經(jīng)開始上升，剛剛吸入的可燃混合汽豈不是又要被排出去一部分，性能會不會下降？答案也是不一定的；只要時機(jī)適當(dāng)，這樣做反而可以增加吸氣量，改善性能。因為在吸氣沖程可燃混合汽被活塞抽入汽缸，進(jìn)氣門附近的氣流速度可以高達(dá)每秒兩百多米，而在下止點(diǎn)附近活塞的垂直運(yùn)動相對很慢，汽缸內(nèi)體積變化并不大，此時進(jìn)氣岐管內(nèi)的可燃混合汽靠慣性繼續(xù)沖入氣缸的趨勢還是占了上風(fēng)，吸氣量會增加。如果比活塞到達(dá)下止點(diǎn)前，提前開啟排氣門會怎么樣呢？從直覺上，這時廢氣仍可推動活塞做功，如果打開排氣門開始排氣，此時氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)就會降低，能量的利用率也就降低了，發(fā)動機(jī)性能也會隨之下降，但是答案是不一定的；我們知道，排氣時活塞會壓迫廢氣從而反過來對廢氣做功，這個過程會消耗一部分發(fā)動機(jī)已經(jīng)獲得的能量，如果在缸內(nèi)壓強(qiáng)相對較高時提前開始排氣，排氣過程就會更順暢，從而在排氣沖程減少了能量消耗，但是考慮到活塞在下止點(diǎn)附近一定角度內(nèi)垂直運(yùn)動距離其實(shí)非常短，其實(shí)發(fā)動機(jī)略微提前打開排氣門效果會更好一些。如果排氣門也在活塞越過上止點(diǎn)一定角度之后再關(guān)閉，雖然活塞已經(jīng)開始下降，排氣門附近的廢氣仍就會繼續(xù)排出，此時進(jìn)氣門已經(jīng)開啟了，廢氣難道不會涌入進(jìn)氣岐管嗎？道理也是一樣的；事實(shí)上，這又是個時機(jī)問題，燃燒室內(nèi)的廢氣渦流的方向決定了廢氣短時間內(nèi)是不會流向排氣門對側(cè)