1.1电控发动机辅助控制系统教案

课次：课题：电控发动机辅助控制系统教学目标：了解和掌握可变配气相位控制系统作用及工作过程教学步骤一、学习目标及技能要求掌握可变配气相位控制系统作用及工作过程二、教学重点掌握可变配气相位控制系统检测三、课前准备1.VTEC发动机2.万用表或诊断仪3.机油压力表4.PGM四、教学方法（1）理论辅导（2）示范操作（3）巡回指导五、教学过程如何提高进气效率是提高发动机动力性、经济性及改善排放的重要课题。

进、排气门的开闭时刻直接影响发动机的动力性、经济性及发动机的排放和平顺性，但进、排气门最佳开闭时刻不是固定不定的，它随发动机的工况变化而变化。

采用可变配气相位就可满足发动机各种工况对气门准确开闭时刻的要求，改善发动机在低、中转速下的扭矩输出，大大提高驾驶的操纵灵活性。

可变配气相位控制系统包括可变气门正时系统和可变气门升程系统二大类。

一．可变气门正时系统1.可变气门正时系统的组成及功用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，这样的系统称为可变气门正时系统。

它主要包括可变气门正时控制器，凸轮轴正时机油控制阀，凸轮轴位置传感器，曲轴位置传感器等。

（1）可变气门正时控制器1）螺旋齿轮式控制器由螺旋齿轮、直齿轮、活塞、回位弹簧、齿毂等组成，螺旋齿轮与凸轮轴固定连接。

2）叶片式控制器由定时链条驱动的外壳、固定在凸轮轴上的叶片组成。

油压使控制器的叶片沿圆周方向旋转，带动凸轮连续不断地转动，从而改变进气门正时。

当发动机停止时，进气凸轮轴被调整到最大延迟状态以维持启动性能。

在发动机启动后，油压并未立即传到控制器时，锁销便锁定控制器的动作机械部件以防撞击产生噪声。

叶片式控制器是目前内部摩擦力最小，使用最广泛的一种控制器。

3）链式控制器它是在进、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链条直接驱动，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，活塞推动链条张紧器上下移动，改变进气凸轮轴的转动角度。

（2）凸轮轴正时机油控制阀由发动机ECU 进行占空比控制的，用于控制滑阀位置和分配可变气门正时控制器流到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的位置。

凸轮轴正时机油控制阀结构如上图所示。

（3）凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器。

可变气门正时系统利用曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器来感知凸轮轴转动变化量，从而获知凸轮轴转动方向及转动量。

2.典型的可变气门正时系统（1）奔驰的可变气门正时系统（VANOS）（2）丰田的可变气门正时系统（VVT－i）（3）大众可变气门正时系统合理选择配气正时，保证最好的充气效率hv，是改善发动机性能极为重要的技术问题。

分析内燃机的工作原理，不难得出这样的结论：在进、排气门开闭的四个时期中，进气门迟闭角的改变对充气效率hv影响最大。

进气门迟闭角改变对充气效率hv和发动机功率的影响关系可以通过图1进一步给以说明。

图1中每条充气效率hv曲线体现了在一定的配气正时下，充气效率hv随转速变化的关系。

如迟闭角为40°时，充气效率hv是在约1800r/min的转速下达到最高值，说明在这个转速下工作能最好地利用气流的惯性充气。

当转速高于此转速时，气流惯性增加，就使一部分本来可以利用气流惯性进入汽缸的气体被关在汽缸之外，加之转速上升，流动阻力增加，所以使充气效率hv下降。

当转速低于此转速时，气流惯性减小，压缩行程初始时就可能使一部分新鲜气体被推回进气管，充气效率hv也下降。

图中不同充气效率hv曲线之间，体现了在不同的配气正时下，充气效率hv随转速变化的关系。

不同的进气迟闭角与充气效率hv曲线最大值相当的转速不同，一般迟闭角增大，与充气效率hv曲线最大值相当的转速也增加。

迟闭角为40°与迟闭角为60°的充气效率hv曲线相比，曲线最大值相当的转速分别为1800r/min和2200r/min 。

由于转速增加，气流速度加大，大的迟闭角可充分利用高速的气流惯性来增加充气。

改变进气迟闭角可以改变充气效率hv曲线随转速变化的趋向，以调整发动机扭矩曲线，满足不同的使用要求。

不过，更确切地说，加大进气门迟闭角，高转速时充气效率hv增加有利于最大功率的提高，但对低速和中速性能则不利。

减小进气迟闭角，能防止气体被推回进气管，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。

因此，理想的气门正时应当是根据发动机的工作情况及时做出调整，应具有一定程度的灵活性。

显然，对于传统的凸轮挺杆气门机构来说，由于在工作中无法做出相应的调整，也就难于达到上述要求，因而限制了发动机性能的进一步提高。

排气凸轮轴安装在外侧，进气凸轮轴安装在内侧。

曲轴通过齿形皮带首先驱动排气凸轮轴，排气凸轮轴通过链条驱动进气凸轮轴。

1.可变气门正时调节器如图3所示，（a）图为发动机在高速状态下，为了充分利用气体进入汽缸的流动惯性，提高最大功率，进气门迟闭角增大后的位置（轿车发动机通常工作在高速状态下，所以这一位置为一般工作位置）。

（b）图为发动机在低速状态下，为了提高最大扭矩，进气门迟闭角减少的位置。

进气凸轮轴由排气凸轮轴通过链条驱动，两轴之间设置一个可变气门正时调节器，在内部液压缸的作用下，调节器可以上升和下降。

当发动机转速下降时，可变气门正时调节器下降，上部链条被放松，下部链条作用着排气凸轮旋转拉力和调节器向下的推力。

由于排气凸轮轴在曲轴正时皮带的作用下不可能逆时针反旋，所以进气凸轮轴受到两个力的共同作用：一是在排气凸轮轴正常旋转带动下链条的拉力；二是调节器推动链条，传递给排气凸轮的拉力。

进气凸轮轴顺时针额外转过θ角，加快了进气门的关闭，亦即进气门迟闭角减少θ度。

当转速提高时，调节器上升，下部链条被放松。

排气凸轮轴顺时针旋转，首先要拉紧下部链条成为紧边，进气凸轮轴才能被排气凸轮轴带动旋转。

就在下部链条由松变紧的过程中，排气凸轮轴已转过θ角，进气凸轮才开始动作，进气门关闭变慢了，亦即进气门迟闭角增大θ度。

2.二种工作状态从图2和图3不难看出，该发动机左侧和右侧的可变气门正时调节器操作方向始终要求相反。

当发动机的左侧可变气门正时调节器向下运动时，右侧可变气门正时调节器向上运动，左侧链条紧边在下边，右侧链条紧边在上边。

调节器向下移动时，紧边链条都是由短变长。

当Passat B5轿车发动机转速高于1000r/min时，要求进气门关闭得较早，如图4(a)所示。

左列缸对应的可变气门正时调节器向下运动，上部链条由长变短，下部链条由短变长。

右列缸对应的可变气门正时调节器向上运动，上部链条由短变长，下部链条由长变短。

左右列缸对应的进气凸轮轴在两个力的共同作用下都顺时针额外转过θ角，加快了进气门的关闭，满足了低速进气门关闭较早，可提高最大扭矩的要求。

当Passat B5轿车发动机转速为3700r/min时，要求进气门关闭得较迟，如图4(b)所示。

左列缸对应的可变气门正时调节器向上运动，上部链条由短变长，下部链条由长变短。

右列缸对应的可变气门正时调节器向下运动，上部链条由长变短，下部链条由短变长。

在左列缸的下部链条，右列缸的上部链条同时由长变短的过程中，排气凸轮轴已转过θ角，进气凸轮才开始动作，进气门关闭变慢了，满足了高速，进气门关闭较迟，可提高最大功率的要求。

可变气门升程：可以使发动机在不同的转速提供不同的气门升程，低转速时使用较小的气门升程，有利于缸内气流的合理混合，增加发动机的低速输出扭矩；在高速时使用较大的升程，可以提高发动机的进气量，从而提高功率输出。

本田公司的i-VTEC是目前使用最广泛的可变气门升程系统（i-VTEC拥有连续可变气门正时、分段可调气门升程技术）。

本田VTEC：分级可变气门升程+分级可变气门正时i－VTEC：分级可变气门升程+连续可变气门正时（进、排气）丰田VVT-i：连续可变气门正时（进气门）Dual VVT-i：智能连续可变气门正时(进、排气门分别独立控制，有2个气门开启时刻）VVTL-i：分级可变气门升程+连续可变气门正时（进、排气门）宝马Valvetronic 连续可变气门升程（省去“节气门”部件）Double VANOS：连续可变气门正时(进、排气门分别独立控制）现代CVVT：连续可变气门正时（进气门）日产C-VTC：连续可变气门正时（日产的“VQ”发动机上使用，技术类似丰田）标致VTCS：可变涡流控制阀1、VVT-i原理：当发动机由低速向高速转换时，电子计算机（ECU）通过分析就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转，从而改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。

VVT-i系统是通过调整凸轮轴转角配气正时进行优化，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性，降低尾气的排放。

VVT－i系统由传感器、ECU和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。

2、VTEC原理：在VTEC系统中，其进气凸轮轴上分别有三个凸轮面，分别顶动摇臂轴上的三个摇臂，当发动机处于低转速或者低负荷时，三个摇臂之间无任何连接，左边和右边的摇臂分别顶动两个进气门，使两者具有不同的正时及升程，以形成挤气作用效果。

此时中间的高速摇臂不顶动气门，只是在摇臂轴上做无效的运动。

当转速在不断提高需要变换为高速模式时，电脑就发出一个信号打开VTEC电磁阀，使压力机油进入摇臂轴内顶动活塞，使三只摇臂连接成一体，并且由时间最长、升程最大的进气凸轮来驱动气门，使两只气门都按高速模式工作。

当发动机转速降低到气门正时需要再次变换时，电脑再次发出信号，打开VTEC电磁阀压力开头，使压力机油泄出，气门再次回到低速工作模式（分段性的）。

i-VTEC系统与VTEC相比就是在VTEC引擎上加入VTC（Variable timing control），它也是利用到跟VANOS与VVT-i 类似的方式来连续式地转动凸轮轴的开与关，达到了所谓的"气门重叠角的控制"，这就是进、排气阀门的正时与开启的重叠时间的可变是由油压控制的VTC，使凸轮轴转动些角度(向右，向左)，进而提早或延迟阀门的开或关的时间，达到连续调节气门正时的作用。

3、CVVT原理：英文全称Continue Variable Valve Timing，就是连续可变气门正时机构。

韩国现代轿车所开发的CVVT是一种通过电子液压控制系统控制打开进气门的时间早晚，从而控制所需的气门重叠角的技术。

它的特点是能够稳定燃烧状态，提高发动机工作效率，降低污染排放，提高燃油经济性；可见CVVT只是在发动机进气门加以控制。

4、D-CVVT原理：进、排气双连续可变气门正时。