任务十五可变进气控制系统.ppt

项目十五：可变进气控制系统,1、掌握可变气门正时系统的作用、结构及工作原理；2、掌握可变气门升程系统的作用、结构及工作原理；3、掌握可变进气系统的作用、结构及工作原理；4、掌握涡轮增压系统的作用、结构及工作原理。,在现在的轿车发动机上，我们经常可以看见像VVT-i、VTEC-i、VVL、VVTL-i等技术标号。这些显赫的标号都代表发动机采用了可变配气的技术。,可可变配可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门升程两,有些发动机只匹配可变气门正时，如丰田的VVT-i发动机；,有些发动机只匹配了可变气门升程，如本田的VTEC；,有些发动机既匹配的可变气门正时又匹配的可变气门升程，如丰田的VVTL-i，本田的VTEC-i,可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门升程两大类,一、可变气门正时,在普通的发动机上，进气门和排气门的开闭时间是固定不变的，这种固定不变的正时很难兼顾到发动机不同转速的工作需求。采用可变气门正时（variable valve timing,VVT）技术，改善了发动机在低、中转速下的扭矩输出，大大增强驾驶的操纵灵活性，发动机的转速也能够设计得更高。,例如，日产的2升VVL发动机比没有配备VVT的相同结构的发动机，可以提供超过25的动力输出。,为什么要进行可变气门正时,可变气门正时可分为：连续可变气门正时和不连续可变气门正时；进气可变气门正时和进排气双可变气门正时,简单的可变气门正时系统只有两段或三段固定的相位角可供选择，通常是0或30中的几个,更高性能的可变气门正时系统能够连续可变相位角，根据转速的不同，在030之间线性调控配气相位角,有一些设计，像奔驰的双可变气门正时系统，它能同时改变进气凸轮轴和排气凸轮轴的相位角，从而获得与转速更匹配的气门叠加角，因此其拥有效率更高的配气效率。,ECU根据发动机转速和负荷等传感器信号来控制凸轮轴调整机构的机油压力，从而改变进、排气门的开启和关闭时刻，这样的系统称为智能可变气门正时（variable valve timing-intelligent,VVT-i）。,VVT-i,VVT-i系统主要包括VVT-i控制器、凸轮轴正时机油控制阀、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器。,VVT-i系统利用曲轴位置传感器和VVT传感器（凸轮轴位置传感器）感知凸轮轴转动变化量，来获知凸轮轴转动方向及转动量。,1.凸轮轴/曲轴位置传感器,VVT-i控制器有叶片式、螺旋齿轮式、链式三种类型。,（1）叶片式VVT-i控制器叶片式VVT-i控制器由定时链条驱动的外壳、固定在凸轮轴上的叶片等组成。,叶片式VVT-i控制器的结构,2.VVT-i控制器,（2）螺旋齿轮式VVT-i控制器由螺旋齿轮、直齿轮（内齿为螺旋齿轮）、活塞、回位弹簧、齿毂（外壳）组成，螺旋齿轮与凸轮轴固连，如下图所示：,当机油压力作用在活塞上，克服弹簧力推动直齿轮轴向运动，与之内啮合的螺旋齿轮则会旋转，同时带动凸轮轴转动一定角度，改变了凸轮轴的位置。,（3）链式VVT-i控制器链式VVT-i控制器是在进、排气凸轮轴之间安装的一个链传动机构。排气凸轮轴由曲轴通过皮带直接驱动，进气凸轮轴通过链轮和链条由排气凸轮轴驱动。机油压力作用在活塞上推动链条张紧器上下的移动时，改变进气凸轮轴的转动角度。这种调整结构只改变进气凸轮轴的正时，大众和奥迪车型即采用该种类型的结构。,凸轮轴正时机油控制阀是由发动机ECU进行占空比控制的，用于控制滑阀位置和分配流到VVT-i控制器提前侧或延迟侧的油压。发动机停止时，进气门正时是处于最大延迟角度位置。,凸轮轴正时机油控制阀,3.凸轮轴正时机油控制阀,智能可变气门正时系统的工作原理,丰田进气门智能可变气门正时系统的工作过程,二、可变气门升程,发动机的气门升程是受凸轮轴转角长度控制的，在普通的发动机上，凸轮轴的转角长度固定，气门升程也是固定不变的。在高转速时，采用长升程来提高进气效率，让发动机的进气更顺畅；在低速时，采用短升程，能产生更大的进气负压及更多的涡流，让空气和燃油充分混合，因而提高低转速时的扭力输出。,智能可变气门升程系统（VVTL-i）,基于VVT机构，VVTL采用凸轮转换机构，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，及时调整进、排气门的升程和开启持续时间。为了更好地提高发动机转速和获得更高的输出，可变气门升程系统对气门开启和关闭时刻进行了优化，大大提高了燃油经济性。当发动机低-中转速时，由凸轮轴上的低-中速凸轮驱动摇臂，使进、排气门动作。一旦发动机高转速运行时，来自传感器的信号使ECU控制机油控制阀动作，调节摇臂活塞液压系统，使高速凸轮工作，这样进、排气门的升程和开启持续时间增加，发动机的充气效率得以提高。,结构原理,VVTL系统的组成与VVT-i相似，控制系统也包括曲轴/凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器和空气流量计，而驱动部件则包括机油控制阀（OCV），特殊的凸轮轴和摇臂组件等。,VVTL-i系统的凸轮轴,VVTL-i系统的摇臂,机油压力控制阀中的伺服阀是由ECU进行占空比控制的。当发动机高速运转时，机油压力控制阀开启，机油直接通往凸轮转换机构，使高速凸轮起作用。,机油压力控制阀,1.VTEC机构的组成,同一缸有主进气门和次进气门，主摇臂驱动主进气门，次摇臂驱动次进气门，中间摇臂在主次之间，不与任何气门直接接触。,1、正时板 2、中间摇臂3、次摇臂 4、同步活塞B5、同步活塞A 6、正时活塞7、进气门 8、主摇臂 9、凸轮轴,VTEC,1、同步活塞B 2、同步活塞A 3、弹簧 4、正时活塞5、主摇臂 6、中间摇臂 7、次摇臂,与不同配气机构相比较，主要区别是：凸轮轴上的凸轮较多，且升程不等，结构复杂。,进气摇臂总成:,2.VTEC机构的工作原理,发动机低速运转时，电磁阀不通电使油道关闭，此时，三个摇臂彼此分离，主凸轮通过摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆；次凸轮的升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量开启。配气机构处于单进、双排气门工作状态，单进气门由主凸轮轴驱动。当发动机高速运转，电脑向VTEC电磁阀供电，使电磁阀开启，来自润滑油道的机油压力作用在正时活塞一侧，此时两个活塞分别将主摇臂和次摇臂与中间摇臂接成一体，成为一个组合摇臂。此时，中间凸轮升程最大，组合摇臂受中间凸轮驱动，两个进气门同步工作。当发动机转速下降到设定值，电脑切断电磁阀电流，正时活塞一侧油压下降，各摇臂油缸孔内的活塞在回位弹簧作用下，三个摇臂彼此分离而独立工作。,VTEC机构高、低速工作状态,VTEC机构高速工作状态,1-中间凸轮 2-中间摇臂,VTEC机构低速工作状态,1-主凸轮 2-次凸轮 3-次摇臂 4-阻挡活塞 5-同步活塞A 6-正时活塞 7-主摇臂8-同步活塞B,3.VTEC系统电路,发动机控制ECU根据发动机转速、负荷、冷却液温度和车速信号控制VTEC电磁阀。电磁阀通电后，通过压力开关给电脑提供一个反馈信号，以便监控系统工作。,三、可变进气系统,可变进气系统有两种类型：动力阀控制系统和进气谐振系统（ACIS）,1.动力阀控制系统,在进气量较少的低速、小负荷工况下：使进气道空气流通截面积减小，提高进气流速、增大进气惯性、加强气缸内的涡流强度，以提高发动机的充气效率，改善发动机低速性能。,而在进气量较多的高速、大负荷工况下：增大进气空气流通截面积，以减小进气阻力，有利于改善发动机的高速性能。,功能：控制发动机进气道的空气流通截面的大小，以适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。,动力阀控制系统的工作过程,控制进气道空气流通截面积大小的动力阀安装在进气管上，动力阀的开闭由真空控制阀控制动作，ECU根据各传感器信号通过真空电磁阀（VSV）控制真空罐和真空控制阀的真空通道,当发动机大负荷运转时，进气量较多，ECU接通真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空不能进入真空控制阀，控制动力阀开启，进气通道面积变大。,当发动机小负荷运转时，进气量较少，ECU断开真空电磁阀，真空罐中的真空进入真空控制阀，动力阀处于关闭位置，进气通道面积变小。,2.进气谐振控制系统,进气谐振控制系统（ACIS）通过分阶段改变进气歧管的长度，使发动机在整个转速范围内都能提高扭矩输出，尤其是在低转速范围内。对进气空气控制阀进行优化控制以实现进气歧管长度分阶段改变。ECU控制进气空气控制阀的动作主要参考发动机转速和节气门开度信号。,进气谐振控制系统有两阶段和三阶段进气歧管长度的变化。,奥迪A4发动机进气谐振控制系统结构与工作原理,在对可变进气系统进行检测时，主要应检查:真空罐、进气室和真空管路有无漏气，真空电磁阀电路有无短路或断路，真空电磁阀电阻是否符合标准。,两阶段变化的进气谐振控制系统,三阶段变化的进气谐振控制系统采用两个真空电磁阀,丰田1MZ-FE三阶段进气谐振控制系统组成及工作原理,其他类型的进气谐振控制系统的结构如下图所示:,1.机械式涡轮增压器空气被由发动机驱动的压缩机压缩。但是增大的输出功率会损失一部分，这是因为损失的部分需要用来驱动压缩机。用来驱动机械式涡轮增压器的功率占增大功率的15%。因此，与具有同样输出功率的不增压的发动机相比会燃料的消耗量比较大。这种方式不够经济。,四缸机械式涡轮增压发动机的示意图,四、涡轮增压系统,2.废气涡轮增压器在废气涡轮增压器中，用来驱动涡轮的是排出的废气。该涡轮驱动与它同轴的压缩机。压缩机将助燃空气吸入，压缩后提供给发动机。,四缸废气涡轮增压发动机的示意图,废气涡轮增压器的优点：燃料的消耗量低于不增压的发动机（因为排气式涡轮增压器使用的是废气作为动力）。功率与负载的比率(千瓦/千克)要高于不增压的发动机。可以改善涡轮增压发动机的扭矩特性。涡轮增压发动机的高海拔特性好。涡轮增压发动机可在低排量的情况下使用。,涡轮增压器是由公共轴连接的涡轮和压缩机构成的。排出的废气驱动涡轮，给压缩机提供动力。压缩机将助燃空气吸入，压缩后提供给发动机。压缩机:通常使用离心式压缩机涡轮:涡轮增压器的涡轮是由涡轮叶轮和涡轮壳构成的。,涡轮增压器的结构和功能,涡轮:涡轮将气压能转换成机械能，来驱动压缩机。空气由于受涡轮流量截面积的限制，在进口和出口处产生压力差和温度差。涡轮将这个压力差转化为动力，来驱动涡轮叶轮。,排出的废气,进气管,压缩机,涡轮叶轮,连接压缩机和涡轮的公共轴,涡轮壳,排气管,涡轮壳,中间壳,排气管,压缩机侧,Slide No.15,涡轮装配件,