《情景二 可变气门正时控制系统》课件

情景二 可变气门正时控制系统
摇臂控制式
VTEC 机构的凸轮轴除了原有控制两个进气门的一对凸轮外，在其 中间增设一个高度较大的凸轮。对应的三个进气摇臂（主摇臂、中间摇 臂和辅助摇臂）可以独立运动或连成一体运动，有其内部同步活塞进行 控制，发动机控制模块控制同步活塞移动的油压。
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低速时的进气门迟闭角不能过大，否则 新鲜充量会被活塞推回进气管。这是因为活 塞运行到下止点时，缸内压力与进气管内压 力相近。而高速下，活塞运行到下止点时， 缸内压力远低于进气管压力，因此允许有较 大的进气迟闭角，来获得较多的过后充量。
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为了改变充气效率随转速变化的趋势，调整发动机的转矩 特性，高速时要求有较大的进气门迟闭角，以利于最大功率的发 挥；中低速时则要求有较小的进气门迟闭角。
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1、可变气门正时调节 正时提前
由发动机ECU 所控制的凸轮轴正时机油控制阀处于图所示状态， 压力机油通过凸轮轴、叶片进入提前工作腔，油压推动叶片和凸轮轴 向配气正时的提前方向旋转。
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正时延迟 由发动机ECU 所控制的凸轮轴正时机油控制阀处于图所示状态，
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凸轮轴控制式
在凸轮轴上加装一套液力机构，通过 ECU 的控制，在一定角度范围内对气门的 开启、关闭的时间进行调节，或提前、或 延迟、或保持不变。
每个进气门设计了两组不同角度的凸 轮，同时在凸轮轴上安装有螺旋沟槽套筒。 螺旋沟槽套筒由电磁驱动器加以控制，用 以切换两组不同的凸轮。
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3）排气提前角 合理的排气提前角，不仅可以降低排气温度，减小排气损失，
还可以加大膨胀比，提高发动机的热效率。
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3、可变配气相位作用： 能在一定范围内调整凸轮轴的转角和升程，优化控制配气正时，
提高发动机的动力性和经济性；改善发动机高速及低速时的性能及稳 定性；降低发动机的排放。
2、可变进气相位控制系统的控制过程：
1）怠速时，进气门延迟关闭。 2）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。 3）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。
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作用到锁止螺栓面上，机油压力作用方向与弹簧力作用方向相反。于是 锁止螺栓松开调节活塞，这样就可按发动机控制单元的控制指令向“提 前”方向进行调节了。
机油储存腔用于在起始相位无压力的情况下给张紧器活塞压力腔注油。 这在发动机起动时还可降低噪音。机油储存腔上端有一个孔，该孔用于通气 及给链条供应机油。
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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，功率较大。
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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。
当发动机处于低负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向左移动，切换到低角度凸轮， 以减少气门的升程。
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宝马可变气门升程系统
宝马可变气门升程系统，主要是通过在 其配气机构上增加偏心轴、伺服电机和中间 推杆等部件来改变气门升程。当电动机工作 时，蜗轮蜗杆机构会驱动偏心轴发生旋转， 再通过中间推杆和摇臂推动气门。从而实现 对气门升程的控制。（图中红色为高速区域）
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（1）凸轮轴正时调节过程 链条张紧器的高度由液压缸内的油压决定。液压缸内的液压油
是来自发动机润滑系统的润滑油，通过缸盖上的一个孔提供。凸轮轴 调节阀受ECM 操纵，同时它又控制调整活塞的位置。根据调整活塞 的位置，润滑油压力被传至控制管A 或B 。
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情景二 可变气门正时控制系统
情景二 可变气门正时控制系统
四、可变气门正时及升程控制系统 发动机可变气门正时技术（VVT， Variable Valve Timing）是近些
年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，发动机采用可变气门 正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可 以得到进一步的提高。
可变气门正时技术调整了发动机的进气和排气时间，但是并没有改 变进气通道的大小。就像是人体跑步时，没有大口大口的呼吸，而是通 过延长鼻子吸气的时间增加吸氧量。为了让发动机更顺畅的呼吸，可以 增大进气通道的技术——可变气门升程控制系统应运而生。
发动机电控技术
第三部分
汽油机进气控制系统
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模块一 发动机总体认识 模块二 曲柄连杆机构
模块三 配气机构 模块四 冷却系
模块五 润滑系 模块六 汽油机燃料供给系
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一、配气相位 1、配气机构的作用：
按照发动机每一缸内所进行的工作循环以及发火次序的要求，适时 开启和关闭各气缸的进排气门，使新鲜充量及时进人，废气及时排出。
配气相位是指进、排气 门的实际开闭时刻，通常用 相对于曲轴上下止点曲拐位 置的曲轴转角来表示。
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2、配气相位对发动机性能的影响 在进、排气门开、闭的四个阶段中，进气门迟闭角和进、排气门重
叠角对充气效率均有较大的影响。
1）进气门迟闭角 设置进气门迟闭角的目的是利用进气气
流的过后充气现象来增加气缸循环充量。此 外，合适的进气门迟闭角还能获得良好的燃 烧室扫气，降低高温零部件的热负荷，使发 动机运行可靠。
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奥迪AVS可变气门升程系统
奥迪的AVS 可变气门升程系统为每个进气门设计了两组不同角度的凸轮，同 时在凸轮轴上安装有螺旋沟槽套筒。螺旋沟槽套筒由电磁驱动器加以控制，来实 现凸轮轴的左右移动，进而切换凸轮轴上的高低凸轮，从而改变进气门的升程。
发动机处于高负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向右移动，切换到高角度凸轮， 从而增大气门的升程；
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本田可变气门升程系统 本田公司开发的可变气门升程解决了气门升程问题，在原有控制两个气门 的一对凸轮和一对摇臂外，还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂（中间 摇臂），三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。通过电磁阀对液压系统 的控制来移动小活塞，可以根据需求来决定用哪个凸轮来控制摇臂，从而达到 控制升程的目的。 当发动机处于低负荷时，三根摇臂处于分离状态，低角度凸轮两边的摇臂 来控制气门的开闭，气门升程量小；当发动机处于高负荷时，三根摇臂结合为 一体，由高角度凸轮驱动中间摇臂，气门升程量大。
压力机油通过凸轮轴、叶片进入延迟工作腔，油压推动叶片和凸轮轴 向配气正时的延迟方向旋转。
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2、可变气门升程系统 每个进气门设计了两组不同角度的凸轮，同时在凸轮轴上安装有螺旋
沟槽套筒。螺旋沟槽套筒由电磁驱动器加以控制，用以切换两组不同的凸轮。 在电磁驱动器的作用下，通过螺旋沟槽可以使凸轮轴向左或向右移动，从而 改变了进气门的升程。发动机在高负载的情况下，AVS 系统将螺旋沟槽套筒 向右推动，使角度较大的凸轮得以推动气门。在这种情况下气门升程达到11 毫米，以提供燃烧室最佳的进气量和进气流速，实现更加强劲的动力输出。 当发动机在低负载的情况下，为了追求发动机的节油性能，此时AVS 系统则 将凸轮推止左侧，以较小的凸轮推动气门。
三、可变进气相位结构与工作原理 1、可变进气相位控制系统的结构
目前发动机上采用了双顶置凸轮轴相位可变（气门正时可变）的配气机 构（VVT 系统）。发动机每列气缸的汽缸盖上，排气凸轮轴安装在外侧，进 气凸轮轴安装在内侧。曲轴通过齿形皮带驱动排气凸轮轴，排气凸轮轴通过 链条驱动进气凸轮轴。其中的排气凸轮轴由发动机曲轴通过传动皮带直接驱 动，其相位不可改变。排气凸轮轴通过凸轮轴调整器（包括链条和链条张紧 器）驱动进气凸轮轴，当链条张紧器的高度变化时，进气凸轮轴的相位随之 变化，也就改变了进气门的气门正时。
凸轮轴正时调节 发动机关闭：
没有机油压力时，弹簧加载的锁止螺栓就被压入到调节活塞的凹 口内并将活塞锁住。
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发动机起动： 基本位置或功率位置在建立起足够的机油压力之前，调节活塞
一直处于被锁止状态，这样可防止链条机构振动，从而可减小噪音。
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发动机在运行： 提前位置（扭矩位置）当机油压力达到一定值时，机油压力就
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4、进气门开、关时间 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。
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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。
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二、可变配气相位机构的类型 可变配气相位机构按照控制方式可分为电控液压式和离心机械式两大
类。目前广泛采用的是电控液压式。
就具体的控制方法而言，可变配气机构有凸轮轴控制式和摇臂控制式 两种，其中凸轮轴控制式又分为可变凸轮轴角度式和凸轮轴轴向可移式。 可变凸轮轴角度式可以使凸轮轴旋转一定的角度来适应发动机的转速，它 要求至少装一根进气凸轮轴和一根排气凸轮轴。
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2）进、排气门重叠角
当发动机处在高转速区间时，发动机 工作冲程仅需千分之几秒，这么短的时间往 往会引起发动机进气不足和排气不净，会影 响发动机的效率。这就需要通过气门的早开 和晚关，来弥补进气不足和排气不净的缺点。 因为有气门重叠角时比无气门重叠角时的充 气效率高，这是由于进气门早开，排气门晚 关的因素，使进气初期和排气后期的节流损 失减小的缘故。