汽车检测与维修毕业设计(论文)VCM变缸技术介绍.doc
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1、泸 州 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文VCM变缸技术介绍学生姓名所 在 系机械电力工程系班 级063汽车班专 业汽车检测与维修指导教师2009年06月1日指导教师评阅书指导教师评语:建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)指导教师: (签名) 单位:(盖章)年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评语:建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)评阅教师: (签名) 单位:(盖章)年 月 日教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)评语:评定成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)教研室主任(或答辩小组组长): (签名)年 月
2、日教学系意见:系主任: (签名)年 月 日目 录摘 要前 言1浅谈VCM技术3一、VCM的诞生4二、VCM的优点51、VCM的结构102、VCM的工作原理72.1、VCM系统是如何通过VTEC系统对发动机进行汽缸的开、闭操作82.2、VCM工作模式(工作原理)介绍143、VCM的几种控制163.1、工作缸组的控制163.2、工作缸与非工作缸点火的控制163.3、燃油通断的控制173.4、VCM系统不工作缸的阻力的克服183.5、主动控制式发动机支承(ACM)和主动式噪声控制(ANC)19四、VCM技术的发展前景22结束语23参考文献24摘 要可变缸技术是应对目前燃油危机和人们对强劲动力追求的情
3、况下诞生的一项新技术。VCM变缸技术建立在V6缸 i-VTEC发动机上,两种技术共同存在使用,它能够根据行车的实际需要控制发动机在3缸、4缸和全6缸三种工作模式之间自动切换,相当于一台发动机拥有三种有效排量,真正做到了“动力随需而变”,而油耗却比同级V6缸 i-VTEC发动机降低了7,排放也比V6缸i-VTEC的排放少,其动力也不逊色于V6缸 i-VTEC汽车的动力。 关键词: VTEC 、VCM 、 ACM 、ANC 前 言人类创造了文明,也创造了汽车,汽车的诞生使人类逐步步入了现代化的文明进程。120余年的汽车发展史在人类历史的长河中仅是一瞬间,但汽车的诞生和发展却给人类社会带来了巨大而深
4、刻的变化,汽车以其惊人的数量和卓越的性能以及广泛的用途渗透到人类活动的各个领域,成为世纪现代文明的主要标志。随着时代的进步、科技的发展,汽车革命不知走过了多少个春秋。其中就本田汽车发动机技术而言就从传统配气机构演变到了可变相位配气机构(如:VTEC :Variable Valve Timing and Valve life Electronic control system,学名:电子控制气门正时和气门升程系统; i-VTEC :intelligent-variable valve Timing and lift Electronic Control,学名:智能气门正时及升程电子控制; VCM
5、 :Variable Cylinder Management,学名:可变汽缸管理系统)。都知道,在传统的汽车发动机运行过程中,气门正时和气门升程都是固定不变的,在设计气门正时时,对某一定型的发动机来说,它仅在某一运行范围内最为有利,发动机的性能最佳,而其他运行状态下发动机的性能并没有得到充分的发挥,为了提高发动机的功率,设计的气门正时往往对高转速、大负荷有利,以后因注重降低油耗和排放,气门正时趋于对低转速较为有利。可见,在传统的发动机中,气门正时的确定只能根据发动机的结构形式来改变。在一定程度上增加了燃油消耗,束缚了发动机潜能的自由发挥。为了改变这一制约,人们把电子控制这类先进的控制系统装入了
6、发动机,形成了可变节气门电子控制发动机-VTEC。采用可变气门电子控制装置后,系统根据发动机的工作需要可以对气门升程适时的进行改变,对提高发动机的动力性、降低油耗、降低排放和提高驱动性能都有重要影响。其原因是发动机工况不同对气门正时和气门升程的要求不同,主要表现在发动机转速较高时、中等转速时、低速转速时三种情况下的气门升程控制、气门提前开启角控制、推迟关闭角以及点火正时的控制。但是这又出现了一个新的问题:该系统的控制只是阶段性的,它只能在一定的速度范围内有效。为此,人们又研发出了i-VTEC技术。这项技术是在VTEC的基础上加装一个VTC系统(Variable Timing Control可变
7、正时连续控制)。i-VTEC系统通过VTC系统的VTC作动器、VTC机油压力阀、各种传感器及ECU的协作,实现了对进、排气门叠开时间的准确控制。当发动机工作时,VTC系统中的ECU对VTC机油压力电磁阀进行负荷控制,向VTC作动器内的点火提前角油压室或点火延迟角油压室供给油压,改变进气凸轮轴的相位,从而提高发动机的功率,实现中、低速度时低油耗、低排放;高速时高功率、大扭矩。尽管i-VTEC系统有如此多的优点,但是它并没有达到理性化的功率输出和最优越的排放。根据这点,汽车制造厂家研发了最新的可变缸系统VCM。VCM系统不仅继承了以往汽车技术的优点还有着自己更为前卫的控制能力。它完全超出了人们的想
8、象和传统的理论,它从技术革新上改变了汽车发动机的工作方式,可以根据不同的行车工况而把同一个发动机改成几个不同排量的模块式发动机,达到了汽车各种使用性能的要求。其基本的控制主要表现在根据传感器的参数和执行机构的动作,达到对气缸工作组、点火以及喷油的控制。而这一系列的改变竟是在驾驶员感觉不到的情况下进行的。可见它工作的平顺性、可靠性和趣味性。在本次论文中,我就以雅阁八代轿车上的VCM系统为例,让我们共同来分析、了解VCM技术的工作原理和其优越性。浅谈VCM技术21世纪是一个科技百花争艳的时代,各大汽车制造商都在研发具有自己独特的高新技术。在本田汽车公司中则以VCM技术作为他的代表作之一,它不仅继承
9、了以往汽车技术的优点,还有着自己更为前卫的控制能力;它完全超出了人们的想象和传统的理论;它从技术革新上改变了汽车发动机的工作方式,它可以根据不同的行车工况而把同一个发动机改成几个不同排量的模块式发动机。通过模式改变控制,达到汽车各种使用性能的要求。下面就VCM的诞生、结构、工作原理、控制及其发展前景进行分析,进一步了解VCM技术。一、VCM的诞生随着社会的发展,一方面:人们对汽车的动力性和舒适行性的要求日益提高;另一方面:经济全球化推动了人类文明的进步,同时也实现了资源的共享,也正是这样,全球的不可再生资源面临危机,资源紧缺自然的成为了全球共同关注的问题。再次是人类对汽车排放的日益重视,加强了
10、汽车制造的技术要求。为应对这些问题,本田汽车公司开发小组总工程师横田千年和小组成员的共同努力下,凭借以往的先进技术和工作经验,最后在i-VTEC系统的基础上成功研发出了可变缸技术-VCM。该技术通过适时减少工作汽缸的方法达到降低油耗的目的,它不仅满足了客户对动力的要求,并达到了环保的最高要求,更实现了发动机的智能控制。而这些优点都是传统发动机没有的。二、VCM的优点VCM变缸技术是建立在V6缸 i-VTEC发动机之上的一种先进技术,两种技术共同存在使用的一种新一代技术,这项技术能够根据行车过程中的实际需要控制发动机在3缸、4缸和全6缸三种工作模式之间进行自动切换,相当于一台发动机拥有三种有效排
11、量,真正做到了“动力随需而变”,而油耗却比起同级V6缸 i-VTEC发动机降低了7,同时排放也比起V6缸i-VTEC的排放也减少了许多。其动力更是不逊色于i-VTEC技术。全新的VCM发动机在不需要全面动力时(例如在稳定的巡航速度或煞制期间),VCM系统会通过执行机构关上V6引擎的部分汽缸,从而改良了燃油经济性和排放经济性。也正是VCM系统和其子系统之间的不间断协作,提供了一个根本上与一辆常规轿车没有两样的驾驶体验。装载VCM技术的汽车在车辆起步、加速或爬坡等任何需要大功率输出的情况下,VCM系统控制其执行机构,使发动机的6个缸全部投入工作;在中速巡航和发动机负荷较低的工况下,系统控制执行机构
12、动作仅运转一个气缸组,即3个汽缸工作;在中等加速、高速巡航和缓坡行驶时,发动机将会用4个汽缸来运转。正是这样适时的却换控制,切切实实做到了既有强大的动力,又有超低的油耗,同时达到两个相对的极点,实现了“鱼与熊掌”兼得的目的。我们都知道,传统的本田轿车使用i-VTEC技术的宗旨是使小排量发动机能够达到大排量发动机的功效。而今天的V6VCM发动机则将这一理念以颠覆的方式升华为大排量发动机达到小排量发动机的目的。虽然大家采用的都是大同小异的双顶置凸轮轴技术,但是以往的经验告诉我们,在基础技术相当的情况下,电子技术和智能技术是带来产品质的飞跃的唯一途径,这一点在VCM发动机上再次得到了印证。与其他主流
13、V6发动机不同的是,VCM发动机在气缸的利用上可以真正做到因地制宜地使动力按需分配,通过关闭气缸并停止对该缸喷油而达到节油的目的,这项技术在轿车节油设计的传统理念上开辟了一条全新、高效的道路。虽然目前V6发动机在中档轿车市场中比比皆是,但是V6 VCM发动机却是其中科技含量最高的,其油耗和排放指标都达到了世界领先水平。同时,这项技术打破了传统V型发动机和对流式发动机变缸时为保证发动机的运行平稳而保留工作缸数为双数的理念,即4个气缸工作或6个汽缸工作。可变缸技术与其成熟的可变气门正时技术可以说是相得益彰,装载VCM的发动机不但能保证发动机工作的稳定性,而且能在3缸、4缸、6缸之间切换,可谓是技术
14、的飞越。三、VCM的结构和工作原理1、VCM的结构正如我们前面说到的,VCM系统由VTEC系统(油压控制电磁阀总成 如图一、主被动摇臂总成 如图二)、VTC系统、主动控制式发动机支承(ACM)、主动噪音控制(CAN)以及各类传感器(曲轴死点位置传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、歧管绝对压力传感器、发动机冷却水温传感器、车速传感器和自动变速箱档位)等组成。(图一) (图二)(图三)2、VCM的工作原理以前的VCM系统是在3缸与6缸工作模式间切换的,与此不同的是,雅阁八代上的VCM系统能够在3缸、4缸和全6缸工作模式间切换。目的是使其随时与行车要求保持一致。由于VCM系统会自动关闭非工作缸
15、的进气门和排气门,所以可避免与进、排气相关的吸排损失,并进一步提高了燃油经济性,综合实现了最高的性能和最高的燃油经济性。这两种特性在常规发动机上通常无法共存,但VCM做到了,并做得游刃有余,集中表现在以下几个方面:2.1、VCM系统是如何通过VTEC系统对发动机进行汽缸的开、闭操作(借助下面的图,我们具体分析): (图四) (图五)首先,在VCM系统对发动机进行变缸操作前,会对节气门开度、车速、发动机转速、自动变速箱挡位以及其它相关的环境因素进行数据测算,以便判断是否应当根据当前的工作环境来启用相应的3缸、4缸或者6缸工作方案。此外,该系统还会额外确定发动机机油压力是否支持VCM系统进行工作模
16、式的切换,以及在发动机进行变排量操作后,催化转化器的温度是否仍会保持在适当范围内。在这一个步骤内,VCM系统先后针对环境因素、动力需求以及环保这三个方面的条件在瞬间完成是否变缸工作的判断。如果VCM系统判断发动机变缸,那么VTEC系统会接收ECU的命令率先调整点火正时、线控节气门的开度以方便气缸开、闭能够平稳过渡。然后VCM通过VTEC系统向电子控制装置发出的指令,使与缸盖内的摇臂轴支架一样起着双重作用的专用一体式滑阀,智能化根据系统电子控制装置发出指令,有选择地将油压导向特定气缸的摇臂。最后,该油压会推动同步活塞,实现摇臂的连接和断开(如图二所示),从而达到对进、排气门的运行与停止的控制。同
17、时燃油控制模块会在VCM系统ECU的控制下通过电磁阀的开、关自动恢复、切断这些特定汽缸的燃油供给。然而非工作缸的火花塞会按六缸时的点火顺序继续点火,以尽量降低火花塞的温度损失,防止气缸重新投入工作时因不完全燃烧造成火花塞油污。如下图: (图六)简单的说,这套VCM系统的工作过程就好比是一个杠杆机构,当VCM系统工作的时候,就好比抽走了杠杆下面的“支点”,这样这个杠杆就不会再做“跷跷板”的动作了,也就是说,汽车发动机的气门就不再工作了,从而达到了关闭气缸的目的。当然,想让发动机的某个气缸重新工作,那就只需要把“支点”再给重新装上就可以了。2.2、VCM工作模式(工作原理)介绍装载VCM技术的发动
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