2、可变进气系统、可变气门正时系统.ppt

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1、河北农大机电工程学院,可变进气系统,河北农大机电工程学院,功能自然进气的现代汽油发动机，利用可变进系统，以达到提高低、中转速及高转速时的转矩目的。可变进气系统的种类 1利用可变进气歧管长度及断面积之方式时，在低、中转速，空气必须经过较细长进气歧管，由于进气流速快，且进气脉动惯性增压的结果，使较多的混合气进入气缸，提高转矩输出；而在高转速时，空气则经过较短的进气歧管，管径变大，进气阻力小，充填效高，以维持高转矩输出。2利用可变进气道之方式时，在低转速，一个进气道被控制阀封闭，仅一个进气道气，进气气流增快，提高进气惯性，改善进气效率，且造成强横涡流或纵涡流，使燃烧迅速因而提高转矩输出；而在高转速时

2、，两个进气道均进气，进气充足，可维持高转矩输出,河北农大机电工程学院,一、可变进气歧管长度及断面积式 1控制阀装在较粗短的副进气歧管上，当发动机低、中转速时，控制阀关闭，空气从较细长的主进气歧管进入气缸；当发动机高转速时，控制阀打开，空气从主副进气歧管进入气缸。,河北农大机电工程学院,本田汽车采用的可变进气系统,河北农大机电工程学院,日产汽车采用的可变进气系统,河北农大机电工程学院,如图丰田汽车公司采用的进气控制系统(Acoustic controlinduc-tion system，ACIS)，其控制阀是装在每个气缸的进气室2之前，当发动机低、中转速时，控制阀关闭，可得到延长进气歧管长度相同

3、的效应；当发动机高转速时，控制阀打开，可得到缩短进气歧管长度相同的效应。,河北农大机电工程学院,丰田汽车采用的进气控制系统作用,河北农大机电工程学院,如图为福特汽车公司采用的可变进气控制系统(Variable induction control system，VICS)，以发动机转速4800rmin为控制阀关闭或打开的切换点，可改变进气室与进气歧管间的路径长度，以达到如图所示，利用控制阀的闭开，可得到较高的转矩及较宽的转矩带。,河北农大机电工程学院,河北农大机电工程学院,SAAB汽车采用的可变进气歧管,河北农大机电工程学院,如图为富豪汽车公司采用之可变进气系统(VOLVO Variable i

4、nduction systen V-VIS)，有两条平行但不等长的进气歧管，控制阀也是装在短进气歧管上，低转速时关，i转速时开，可维持高转矩在宽广的范围内。,河北农大机电工程学院,如图是可变进气歧管长度及断面积式，但其控制阀系依发动机转速而渐改变开度，与上述各种系统的控制阀开启方式不相同。转矩与控制阀开度之关系如图所示。,可变进气歧管长度及断面积式进气系统的构造,河北农大机电工程学院,(1)低转速时：副进气歧管上的控制阀全关，进气流速快，加上进气惯性效果，使充填效率提高，故输出转矩增加。(2)中转速时：发动机转速上升，控制阀慢慢打开，进气歧管的断面积增大，使进气阻力减小，加上进气惯性效果，故输

5、出转矩增加。(3)高转速时：控制阀全开，进气断面积最大，进气阻力最小，充填效率最高，发动机输出马力及转矩均增加。,河北农大机电工程学院,二、可变进气道式 如图所示为丰田汽车公司采用的可变进气系统(TOYOTA Variable induction system，T-VIS)，系可变进气道式，在两个进气道的其中一个装上控制阀，低、中转速时控制阀关闭，高转速时控制阀打开，可得到如图所示的结果，以提高低转速时的转矩，同时也不会影响四气门发动机在高转速时高输出的特性。,河北农大机电工程学院,采用可变进气系统的功能,河北农大机电工程学院,长进气道发动机在低转速时，空气经过长的进气道，使气缸充气最佳，且扭

6、矩增大。,短进气道发动机在高转速时，空气流经短进气道，可提高效率。,真空单元,进气道,新技术,可变进气道,河北农大机电工程学院,1-油封 更换 注意安装位置2-10 Nm3-10 Nm4-O 型环 用于喷油阀 更换5-燃油分配管 带喷油阀6-10 Nm7-10 Nm8-上部冷却液管9-10 Nm,10-O型环 用于上部冷却液管 更换11-进气管 检查转换功能:12-20 Nm13-Sttze 用于进气歧管14-25 Nm,河北农大机电工程学院,1-真空控制单元2-压力弹簧3-转换辊4-进气歧管5-单向阀安装位置 蓝色一侧朝Y件6-Y-件7-进气歧管转换阀-N156,8-10 Nm9-固定板10

7、-橡胶套11-隔套12-垫圈 锥面朝进气歧管13-油封损坏时，必须更换14-油封用于转换辊15-6 Nm,河北农大机电工程学院,河北农大机电工程学院,扭矩,带进气歧管转换的发动机扭矩曲线,固定式进气歧管的扭矩曲线,扭矩,功率,河北农大机电工程学院,功率,带进气歧管转换的功率曲线,固定式进气歧管的功率曲线,扭矩,功率,河北农大机电工程学院,可变气门正时系统,河北农大机电工程学院,配气相位,进气门早开角：进气顺畅进气门晚关角：利用惯性，增加气量排气提前角：尽早自由排气排气迟后角：利用惯性，减少废气残余,以曲轴转角表示的进排气门开闭时刻及其开启持续的时间，称为配气相位。,河北农大机电工程学院,配气相

8、位,以曲轴转角表示的进排气门开闭时刻及其开启持续的时间，称为配气相位。,河北农大机电工程学院,进气门开、关时刻：发动机转速低时，进气管内混合气随活塞运动，活塞运动慢。进气门应提前关闭，以避免混合气回流进气管。发动机低速时，进气凸轮轴相位应提前调整。,2.2.3可变进气相位,河北农大机电工程学院,进气门开、关时刻：发动机转速高时，进气管内气流快，活塞在向上运动过程中，混合气应可继续涌入气缸，为增加混合气量，进气门延迟关闭。,河北农大机电工程学院,日产汽车公司的VTC设计，是在一定的作用条件时，使进气门提早打开，发动机可在较低转速时产生较高转矩，可变气门正时只有一段变化；而丰田汽车公司的VVT-i

9、设计与宝马BMW汽车公司的VANOS设计，均为连续可变气门正时系统，气门开度即举升是一定的，但气门开闭时间随发动机转速与负荷而连续可变，可达到省油、怠速稳定、提高转矩、增大动力输出及减少排气污染的目的。本田汽车公司的VTEC设计，系可变气门正时与举升系统，其气门打开的举升可变，但气门举升改变是分段式，目前最多分成三段，同样可达到低转速时省油、稳定、转矩提高，及高转速时增大动力输出的目的。,河北农大机电工程学院,一、VTC 日产汽车公司称为气门正时控制(Valve timing control，VTC)，仅改变进气门的气门正时。由进气凸轮轴前端之控制器总成、气门正时控制电磁阀、ECM及各传感器所

10、构成。,河北农大机电工程学院,VTC电路控制方块图,河北农大机电工程学院,ECM由各传感器信号，使气门正时控制电磁阀OFF或ON。当电磁阀OFF时，电磁阀打开，油压从电磁阀泄放，进气门正常时间开闭，由于无气门重叠角度，故怠速平稳；且由于进气门较晚关，故高转速时充填效率高。当电磁阀ON时，电磁阀关闭，油压进入控制器，使进气凸轮轴位置改变即可得到较高转矩。,河北农大机电工程学院,二、VANUS1宝马汽车公司称为可变凸轮轴控制(Variable camshaR contrl)，为连续可变气门正时系统。目前BMW汽车的新3系列及其他系列汽车均已陆续采用Double VANOS，为双可变凸轮轴控制，即进

11、、排气凸轮轴均有VANOS装置，进气门的可变角度达40度，而排气门为连续可变。在不同转速与负荷时，控制电磁阀的位置，使凸轮轴改变位置，得到气门正时与重叠角度连续变化，在低转速时，凸轮轴位于使进气门较晚开之位置，减少气门重叠角度；而在高转速时，凸轮轴移到使进气门早开之位置，使进气时间提早，并增加气门重叠角度，如此使怠速稳定，低中转速转矩提高，高转速功率大，并减少排气污染。,河北农大机电工程学院,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调节阀N205,液压缸,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器（与链条张紧器一体）,河北农大机电工程学院,功率调整调整功率时，链条下部短，上部长，进气门延迟关闭。进气管内气流速

12、高，气缸充气量足。因此高转速时，功率大。,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器,河北农大机电工程学院,扭 矩调整凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短，下部变长。因为排气凸轮轴被齿形带固定了，此时排气凸轮轴不能被转动，进气凸轮轴被转一个角度，进气门提前关闭。在这个位置时，在中、低转速，可获得大扭矩输出.,河北农大机电工程学院,怠速怠速时，进气门延迟关闭.,扭矩调整转速在1000rpm以上时，进气门提 前关闭。左侧凸轮轴调整器向下，右侧调整器向上运动。,功率调整 转速在3700rpm以上时，左侧凸轮轴调整器向上，右侧调整器向下运动，进气门延迟关闭。,河北农大机电工程学院,三、VVT-i 1丰田汽

13、车公司称为智能型可变气门正时(Variable valve timing-intelligent，VVT-i)，为连续可变气门正时系统，首先应用在丰田汽车的高级房车LEXUS上，目前国产化的COROLLA、ALTIS及CAMRY也已开始采用。不同的排气量与发动机时，进气门的开启度数有不同变化。2VVT-i的设计理念与VANOS相同，都是移动凸轮轴的位置，以改变气门正时与气门重叠角度，只是移动凸轮轴的机构有点不同。3VVT-i的气门正时连续可变，为只针对进气门而设计，如图所示，排气门的气门正时是固定的。气门正时虽然连续可变，但举升是固定的。,河北农大机电工程学院,VVT-i的气门正时变化,河北农

14、大机电工程学院,4VVT-i的控制如图所示，ECM接收传感器信号，经由修正及气门正时实际值的回馈，确立气门正时目标值，以工作时间比(Duty ratio)的方式控制凸轮轴正时油压控制阀(CamshaR timing oil control valve)，改变油压之方向或油压之进出，达到使进气门正时提前、延后或固定之目的。,河北农大机电工程学院,5VVT-i的构造与作用(1)VVT-i执行器装在进气凸轮轴前端，凸轮轴正时油压控制阀装于其侧端。,河北农大机电工程学院,VVT-i执行器(Actuator)的构造如图所示，叶片与进气凸轮轴固定在一起，在外壳内，因油压的作用，叶片可在一定角度内旋转，带动

15、进气凸轮轴一起旋转，达到进气门正时之连续不同变化；另外锁定销右侧有油压送入时，柱塞克服弹簧力量向左移，与链轮盘分离，故叶片可在执行器内左右移动；但无油压进入时，柱塞弹出，叶片与链轮盘及外壳等联结成一体转动。,河北农大机电工程学院,作用：给凸轮轴正时油压电磁阀ON，阀柱塞移至最左侧，此时左油道与机油压力相通，而右油道则为回油，故机油压力将叶片向凸轮轴旋转方向推动，使进气凸轮轴向前转一角度，进气门提前开启，进排气门重叠开启角度最大。,河北农大机电工程学院,进气门正时固定(Hold)时：ECM送出ON时间一定之工作时间比信号给凸轮轴正时油压电磁阀，如图示，阀柱塞保持在中间，堵住左、右油道，此时不进油

16、也不回油，叶片保持在活动范围的中间，故进气门开启提前角度较少。,进气门正时固定时VVT-i的作用,河北农大机电工程学院,进气门正时延迟(Retard)时：ECM送出ON时间较短的工作时间比信号给凸轮轴正时油压电磁阀，如图所示，阀柱塞移至最右侧，此时左油道回油，右油道与机油压力相通，故机油压力将叶片逆凸轮轴旋转方向推动，故进气门开启提前角度最少。,进气门正时延迟时VVT-i的作用,河北农大机电工程学院,(3)VVT-i在各种运转状态及负荷时，进气门的提前状况及其优点，如表所示。,河北农大机电工程学院,四、VTEC 1本田汽车公司称为电子控制可变气门正时与举升系统(Variable valve t

17、iminglift electronic control system，VTEC)，当改变气门之举升时，气门正时与气门重叠角度随之改变。21980年代中期，本田汽车公司在可变气门正时系统最早开发成功，并应用在量产车上，以现代每缸四气门发动机为例，驱动进气门的凸轮轴上有两种不同高度的凸轮，利用气门摇臂内活塞位置的切换，以决定低或高凸轮顶开进气门；甚至每缸凸轮轴上有三种不同高度的进气凸轮，也是利用气门摇臂内活塞位置之切换，使两支进气门一微开一中开、两支均中开或两支均大开，以达到低速时省油、转矩高，中速时转矩与功率输出兼具，高速时功率大的特点。,河北农大机电工程学院,3如表所示为本田汽车公司五种VT

18、EC形式的比较，其中尤以DOHC VTEC型，系进、排气门均可变气门正时与举升，用在本田跑车$2000上，是目前自然进气发动机中，每公升(即1,000ee)排气量的发动机输出的最高纪录保持者，其20L发动机，最大功率输出可达1 79kW，即每1OL的功率输出达895kW。,河北农大机电工程学院,河北农大机电工程学院,4SOHC NEW VTEC，用于阿科德(ACCORD)汽车(1)SOHC NEW VTEC 概述 现代常用的四气门发动机，由于气门打开举升是固定不变的，若要具有高转速、高输出的性能，就无法兼顾到一般行车常用转速范围之性能，亦即能高转速、高输出的发动机，在低转速时转矩不足，怠速稳定

19、性较差，且燃油消耗量较高；而着重于一般回转域转矩输出的二气门发动机，其高转速性能会降低。因此，能够适应各种转速变化，具有宽广动力波段的可变气门正时与举升机构的发动机，为现代的理想发动机。,河北农大机电工程学院,SOHC NEW VTEC的凸轮轴构造,可变气门正时及举升机构，在凸轮轴上，每缸进气门设有一低一高两个低转速用凸轮，及一个高转速用凸轮，如图示。在一般回转域时，低转速用凸轮驱动，主进气门开度比副进气门大；而在高回转域时，高转速用凸轮驱动，主副进气门以相同开度打开，举升比低速时大。,河北农大机电工程学院,中间摇臂的两端分别是主摇臂与副摇臂，中间摇臂为高转速用，主摇臂与副摇臂为低转速用。主摇

20、臂内有正时活塞与同步活塞A，中间摇臂内有同步活塞B，副摇臂内有止挡活塞。每缸的凸轮轴上有三种不同举升的凸轮，中间凸轮为高回转用，举升最大，左右凸轮为低回转用，主凸轮举升次之，副凸轮举升最小。中间摇臂内有运动弹簧总成，为辅助定位,河北农大机电工程学院,低转速时各摇臂的动作,河北农大机电工程学院,高转速时：因油压进入，正时活塞向右移，主、副与中间摇臂被同步活塞A与B连接成一体动作，故3个摇臂均由中间凸轮C以高举升驱动。,河北农大机电工程学院,ECM控制:电脑依据发动机转速、发动机负荷、车速及水温的信号控制，,河北农大机电工程学院,(2)SOHC 3 STAGES VTEC 其构造如图所示，具有二组

21、活塞组及二个油路，气门摇臂的构造也与二段式 VTEC不同，如图所示。,河北农大机电工程学院,河北农大机电工程学院,三段式VTEC之作用第一段时：二个油路都没有油压，三个气门摇臂都可自由活动，两支进气门分别由主摇臂与副摇臂驱动，举升分别是7mm与微开，使进气涡流强烈，燃烧完全，达到低转速时省油及转矩提高的效果，如图所示。第二段时：上油路送入油压，活塞移动，使主摇臂与副摇臂结合为一体，因此两支进气门均由主摇臂驱动，亦即由低速凸轮驱动，举升都是7mm，以确保中转速时转矩与功率值，如图所示。第三段时：上、下油路都送入油压，上油路之油压仍使主、副摇臂结合为一体；下油路送入之油压，使活塞与活塞C移动，故中

22、间摇臂与主摇臂及副摇臂结合为一体，两支进气门均由中间摇臂驱动，亦即由凸轮高度最高的高速凸轮驱动，两支进气门的举升都是1 0mm，以确保高功率之输出，如图所示。,河北农大机电工程学院,河北农大机电工程学院,河北农大机电工程学院,六、可变气门正时(与举升)系统的改良、1由以上的说明可了解，VANOS与VVT-i系统是气门正时随发动机转速与负荷而连续可变，但举升没有变化，无法兼顾低转速省油及高转速高功率的需求；而VTEC系统是气门正时与举升均可变，但其举升变化是分成二段或三段，因此气门正时也是分段式的变化，无法如VANOS与VVT-i般的连续可变。2各汽车厂分别针对本身设计，发展出新型的可变气门正时

23、与举升系统。,河北农大机电工程学院,3VVTL-i(1)TOYOTA最新的VVTL-i(Vaffable valve timinglift-intelligent)，为连续可变气门正时与二段举升系统，与VVT-i功能相同外，气门并可做二段式举升变化，与VTEC相似。(2)VVTL-i之二段举升变化，是在凸轮轴与气门间加入摇臂，利用油压，使摇臂销(Rocker arm pin)移动，以决定是顶到低、中速凸轮(Low and medium speed cam)或高速凸轮(Hi曲speed cam)。当无油压时，摇臂销不动，低、中速凸轮顶到摇臂，气门开度较小；当有油压时，摇臂销向右移动，高凸轮顶到摇

24、臂，气门开度较大。,河北农大机电工程学院,4Valvetronic(1)BMW最新的Valvetronic，为连续可变气门正时与举升系统，除了气门正时为连续可变外，举升也可以连续微调变化。5i-VTEC(1)HONDA最新的i-VTEC，为连续可变气门正时与阶段式举升系统，系VTEC+VTC+intelligent的结合，与VTEC功能相同外，利用VTC，使气门正时为连续可变。(2)VTCalve timing contr01)装置，功能与VVT-i的控制器(Controller)相同，、装在凸轮轴前端的VTC执行器(Aetuator)，以油压控制，使凸轮轴左右转动，以提前或延迟气门的开启时间，使气门正时可连续变化。,