VVT工作原理

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资源描述

在凸轮相位调节过程中,通过调节气门重叠角大小,可以控制吸入每缸中的废气再循环量,从而控制对新鲜混合气的稀释作用。稀释作用是一种在燃烧室内减少NOx生成的有效方法。减少生成的Nox,就可以减少催化转化器中贵金属铑的使用。通过稀释作用,在未燃混合气中加入一定的废气量,废气是惰性的,只含有极少量的可燃物质,这样就增加了混合气的总热容量。当热容量提高时,使充入的混合气很难被加热,降低了燃烧的峰值温度。因为Nox的生成直接与燃烧温度相关,因此,进气稀释作用可以减少Nox的产生。在发动机中,用作进气稀释控制的废气主要有三种来源:稀释总量=残余废气量+内部EGR+外部EGR残余废气量是指在排气行程结束后,残存在燃烧室空间内的已燃废气。内部EGR指在气门重叠期间内从排气歧管和进气歧管内被再次吸入的已燃气体外部EGR指从排气管或排气歧管中被控制引入到进气歧管内的废气量。外部EGR是普通固定配气正时发动机中,减少NOx排放的传统方法。在固定配气相位正时的发动机中,良好的怠速质量和稳定性需要较小的气门重叠角,而这对提供减少NOx生成所需的内部EGR量来说远远不足;如果重叠角增大,以提供发动机在高负荷时所需的大量内部EGR时,在怠速时汽缸内则进入了过多的废气,导致怠速恶劣,同时也增加了HC排放。降低压缩比也可以减少NOx,因为这样可以降低汽缸的峰值压力和温度,就可以在做功行程中减少NOx的生成。但是,减小压缩比将降低燃油经济性。而在装备连续可变正时系统系统的发动机中,气门重叠角可以根据发动机不同的工况调整以提供适量的内部EGR。在怠速时,重叠角调到最小状态,以保证怠速稳定,而在高负荷工况下,重叠角增大以提供足够的内部EGR减少Nox的排放。而且在使用连续可变正时系统增大重叠角来减少NOx的同时,通过吸入排气冲程末端HC浓度最高的废气,再次燃烧,HC的排放水平也得以降低。HC排放的减少一直持续到浓度最高的末端废气燃烧完全,在此之后,过度的稀释会令火焰的传播减慢,HC排放又会增高。在发动机正常工作不同工况时,进气的稀释量,在排气相位调节中通过滞后凸轮正时,在进气相位调节中通过提前凸轮正时来调节变化。由于引入的废气量直接由气门来控制,并不存在在外部EGR控制中出现的通过歧管分配废气带来的损耗现象。而且废气是直接进入各个汽缸中,汽缸间的分配更为平均。因此,这种通过对稀释作用控制的方法可以改进对瞬时空燃比控制。这些优点可以使特定的发动机能够容纳更多的稀释量,从而获得更多的对燃油经济性和排放性能的改进。综上所述,使用连续可变正时系统技术对进气进行稀释控制与传统的外部EGR技术相比可以获得更多的优点:传统外部EGR技术在降低Nox的同时会增加HC的排放,使用连续可变正时系统来控制稀释作用,这样就避免了标定过程中,在燃油经济性,HC和NOx的排放中作出牺牲,带来某一项性能的降低。外部EGR技术的损耗作用和各缸间分配不均现象以及过渡状态限制了高稀释率的应用,这样并不能完全发挥稀释控制的作用。连续可变正时系统技术没有这种问题,可以有更高的稀释率,而获得更多的性能改进。使用排气连续可变正时系统带来的HC和NOx的改变%目前主要存在以下四种应用策略,分别具有各自不同的特点,可以得不同的性能改进效果。排气相位调节排气相位连续可变正时系统的主要目标就是取代EGR系统,既改进稀释控制又没有EGR阀所带来的耐久性问题。排气可变凸轮相位调节可以在改进相等的NOx排放性和燃油消耗率的前提下,降低HC的排放。通过排气凸轮相位调节改变重叠角的大小,可以影响残余废气的比例,降低燃烧温度减少NOx。另外由于吸入了行程结束时HC含量最高的废气进行再氧化,所以还可以减少HC的排放。排气凸轮相位调节同时也增加了有效膨胀比,改进了燃油转化效率。而且,由于进气门晚关延长了膨胀循环,进一步减少了HC的排放。排气相位连续可变正时系统系统的使用,在怠速时,可以通过减少重叠角减少内部的EGR,这样可以改善燃烧,改善怠速性能。在发动机刚启动时,这也有利于减少催化转换器的预热时间。通常调节范围为40度到50度曲轴转角的连续可变正时系统可以提供足够的稀释量以取代外部EGR系统。在发动机全负荷工况,提前排气相位连续可变正时系统相位,有助于改进排放同时可以增加少量的扭矩和功率。进气凸轮相位调节进气相位连续可变正时系统的应用在获得排放改善的同时还可以提高发动机的动力性能。通过控制进气门的关闭时刻,可以优化发动机的扭矩特性:在发动机低速时,在压缩行程中,进气相位连续可变正时系统控制进气门晚关角,使之较早排气凸轮相位调节评估-7530°10°20°40°19%17%13.8%9.5%6.4%-80-70-60-50-40-30-20-100-20-100102030%HC排放的改变量%ChangeinNOxEmissions排气CVCP外部EGR中转速区域,中负荷工况CVCP@最小重叠角,0%EGR使用排气CVCP减少的排放滞后(Crank°)燃烧稳定极限典型产品中EGR的标定的量NOx排放的改变%关闭,可以减少排出进气门的新鲜混合气,这样可以使汽缸内吸进更多的混合气,产生更高的低速扭矩;当发动机转速提高时,进气歧管的调谐效应需要进气门保持更长的开启状态以吸入更多的气,进气相位连续可变正时系统可以增大进气门的晚关角,提高高速时最大功率。总而言之,连续可变正时系统可以用来优化进气门的关闭时刻,这样可以在整个转速范围内得到更好的扭矩特性。另外进气相位调节也可以减少HC的排放,原理与排气相位调节类似,通过吸入浓度最高的排气行程末端废气进行再循环来实现。改变进气门的正时会影响到发动机燃烧室内的混合气运动和压缩效果。根据特定的应用,改变进气正时可以用来控制排放和爆振。进排气独立相位调节进排气双独立相位调节系统是上面两种策略的结合体,在进排气凸轮处各装有一套连续可变正时系统系统,可以分别对进排气凸轮相位进行调节。独立相位调节系统可以同时改变气门重叠角的大小和相对活塞位置的正时相位,可以获得前面提到的两种结构的优点,但是因为装备两套连续可变正时系统系统,使系统成本较高。随着连续可变正时系统系统价格的不断降低,这种结构已经成为市场上的主流。

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