2、可变进气系统、可变气门正时系统

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，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(Acousticcontrolinduc-tionsystem，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(Variableinductioncontrolsystem，VICS)，以发动机转速4800r／min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(VOLVOVariableinductionsystenV-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(TOYOTAVariableinductionsystem，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2-10Nm3-10Nm4-O型环用于喷油阀更换5-燃油分配管带喷油阀6-10Nm7-10Nm8-上部冷却液管9-10Nm10-O型环用于上部冷却液管更换11-进气管检查转换功能:12-20Nm13-Stütze用于进气歧管14-25Nm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-N1568-10Nm9-固定板10-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15-6Nm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10°~30°40°~80°40°~80°10°~30°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。10°~30°40°~80°40°~80°10°~30°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(Valvetimingcontrol，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(VariablecamshaRcontrl)，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DoubleVANOS，为双可变凸轮轴控制，即进、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-i1．丰田汽车公司称为智能型可变气门正时(Variablevalvetiming-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。2．VVT-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。3．VVT-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大机电工程学院4．VVT-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(Dutyratio)的方式控制凸轮轴正时油压控制阀(CamshaRtimingoilcontrolvalve)，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5．VVT-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②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③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、VTEC1．本田汽车公司称为电子控制可变气门正时与举升系统(Variablevalvetiming＆liftelectroniccontrolsystem，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。2．1980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