常見可變配氣系統(tǒng)

1、常見可變配氣系統(tǒng)介紹摘要：在發(fā)動機中，進氣系統(tǒng)對發(fā)動機性能影響很大。因此，汽車廠家為了提高在原有基礎(chǔ)上大幅度的提升發(fā)動機性能，都選擇了去修改進氣系統(tǒng)，其中可變配氣系統(tǒng)技術(shù)得到了廣泛發(fā)展，在實現(xiàn)可變配氣系統(tǒng)方面，各大廠家可謂是八仙過海，各顯神通。轎車發(fā)動機上常見的VTEC、i-VTEC、VVT-i、VVTL-i、VVT、VVL等字母，表示了這些發(fā)動機都采用了可變氣門正時技術(shù)。關(guān)鍵詞：可變配氣正時（VVT）;本田VTEC系統(tǒng);豐田VVTL-i系統(tǒng);保時捷Variocam系統(tǒng);寶馬可變氣門正時Valvetronic系統(tǒng)；大眾VVT系統(tǒng);日產(chǎn)VVEL系統(tǒng) 目前，大多數(shù)轎車發(fā)動機的配氣相位可以隨發(fā)動機轉(zhuǎn)

2、速、負荷變化而自動調(diào)整。常見調(diào)整方式主要有進氣門升程、進氣門相位、進排氣門相位調(diào)整。進氣門升程調(diào)整又可分為兩級調(diào)整和連續(xù)調(diào)整；應用于進氣門相位調(diào)整的裝置可分為葉片式、螺旋式和時規(guī)鏈式。配氣相位調(diào)整裝置裝在凸輪軸正時齒輪(或正時鏈輪)與凸輪軸之間，接受發(fā)動機計算機的指令，對發(fā)動機配氣相位進行自動調(diào)整。如本田汽車的i-VTEC，豐田汽車的VVT-i等。1.進氣門升程兩級調(diào)整(1)本田VTEC系統(tǒng) VTEC意為可變氣門正時和氣門升程電子控制系統(tǒng)。采用VTEC技術(shù)的發(fā)動機具有4個氣門，能夠提高進排氣截面積。進排氣截面積越大，高速氣流的流量也就越大，提高了發(fā)動機的功率。發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時，氣門升程很小，以減

3、小進氣道面積，增大汽缸內(nèi)真空度和吸力，提高進氣流的慣性，以提高進氣效率；發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，增大氣門升程，增大了進氣道截面積，以減小進氣阻力，增加進氣流量。氣門升程可變，保證了發(fā)動機在高、低轉(zhuǎn)速時都能獲得良好性能。VTEC有兩段或三段調(diào)節(jié)，當氣門從一個升程轉(zhuǎn)換到另一個升程時，由于進氣流量突然增大，發(fā)動機的輸出功率也突然增大，導致發(fā)動機在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的輸出并不是線性的，也就是說工作不柔和。VTEC發(fā)動機在加速時有突如其來的推背感，這在很大程度上提高了駕駛樂趣。但舒適性和發(fā)動機運轉(zhuǎn)的平順性較差。當然，要想做到動力線性的輸出，則需要在技術(shù)上下更大的功夫，做到氣門升程無級調(diào)節(jié)。VTEC是利用不同高度的凸

4、輪來改變氣門升程，所以低轉(zhuǎn)速凸輪使氣門開啟升程和時間都短，高速凸輪的形狀能讓氣門開啟時間更長，改變了配氣相位?？勺儦忾T升程的控制原理，如圖1所示。PCM根據(jù)發(fā)動機的負荷、轉(zhuǎn)速、水溫和車速等信息，決定何時改變氣門升程及正時。改變氣門升程及正時條件有：發(fā)動機轉(zhuǎn)速為23003200r/min(依進氣歧管壓力而定)；車速為10km/h或更快；發(fā)動機冷卻水溫度為70或更高；發(fā)動機負荷由進氣壓力傳感器判斷。低速時，發(fā)動機控制模塊(PCM)使電磁閥截止，發(fā)動機機油不能通過電磁閥到達進氣搖臂軸內(nèi)，主搖臂內(nèi)油壓降低，止推活塞在彈簧作用下，將中間搖臂活塞、推回原位，三搖臂分離。這時主氣門打開，升程較小。次氣門微開

5、，讓空氣流動，以免混合汽遇到冷的進氣管壁析出汽油。這樣提高了發(fā)動機在23003200r/min以下的充氣效率，增加了低轉(zhuǎn)速扭矩，滿足發(fā)動機低速時耗油少，廢氣排放低的要求。高速時，發(fā)動機控制模塊(PCM)使電磁閥接通時，發(fā)動機機油通過電磁閥到達進氣搖臂軸內(nèi)，進入主搖臂，機油壓力推動活塞A、活塞B、中間搖臂活塞，將三個搖臂貫穿在一起，三搖臂連接為一體。中間凸輪驅(qū)動中間搖臂，中間搖臂帶動主、次搖臂一啟動作，同時打開兩個進氣門，而且升程最大，使進氣量增大，滿足發(fā)動機大功率的要求。圖1中VTEC壓力開關(guān)起反饋作用。若VTEC電磁閥斷電關(guān)閉時，則VTEC電磁閥后的機油壓力低，壓力開關(guān)閉合，其電阻為0。VT

6、EC電磁閥通電打開，如果機壓力開關(guān)電阻不為0，則貯存故障碼21。(2)豐田VVTL-i系統(tǒng) VVTL-i意為智能可變氣門正時系統(tǒng)，如圖2所示，由移動滑銷控制不同的凸輪工作。發(fā)動機轉(zhuǎn)速低時，由于搖臂內(nèi)的滑銷未移動，所以是低速凸輪頂?shù)綋u臂，驅(qū)動氣門開關(guān)，此時，高速凸輪空轉(zhuǎn)，如圖2(b)所示。高轉(zhuǎn)速時，搖臂內(nèi)的滑銷移動，高速凸輪頂?shù)綋u臂，驅(qū)動氣門開關(guān)，此時，低速凸輪高度和角度小，不起作用，如圖2(c)所示。(3)保時捷Variocam系統(tǒng)圖3所示為保時捷911跑車發(fā)動機采用的可變氣門正時Variocam系統(tǒng)。氣門的行程由高速和低速兩組凸輪控制。發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時，液壓挺柱上端的控制活塞停留在內(nèi)挺柱里。這

7、樣內(nèi)、外挺柱分離，低速凸輪驅(qū)動內(nèi)挺柱向下運動，氣門升程較小。當發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，液壓將鎖定柱塞推入外挺柱的孔中，把內(nèi)、外挺柱剛性連接起來，高速凸輪驅(qū)動整個液壓挺柱，使氣門獲得最大升程。2. 連續(xù)調(diào)整 寶馬760豪華轎車發(fā)動機采用的可變氣門正時Valvetronic系統(tǒng)，如圖4所示，可連續(xù)改變氣門升程和進氣相位。ECU控制電機通過蝸桿驅(qū)動齒輪，使Valvetronic凸輪旋轉(zhuǎn)，改變Valvetronic搖臂與凸輪軸的位置，從而連續(xù)改變氣門的升程，使發(fā)動機線性輸出動力。二、進氣相位調(diào)整1.葉片式進氣相位調(diào)整裝置本田i-VTEC、豐田VVT-i以及大眾VVT采用的都是葉片式進氣相位調(diào)整裝置。VVT-i

8、意為智能可變配氣正時系統(tǒng)，是控制進氣凸輪軸氣門正時的裝置，由傳感器、液壓控制電磁閥、控制器、ECU組成，如圖5所示。發(fā)動機ECU根據(jù)曲軸位置傳感器、空氣流量計、節(jié)氣門軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、水溫傳感器和車速信號，計算最優(yōu)氣門正時，控制機油控制閥的位置，使VVT-i控制器產(chǎn)生提前、滯后或保持動作，從而使凸輪軸相對于時規(guī)帶輪旋轉(zhuǎn)，改變配氣相位。此外，發(fā)動機ECU根據(jù)來自凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器的信號檢測實際的氣門正時，從而盡可能地進行反饋控制，以獲得預定的氣門正時。2.螺旋式進氣門相位調(diào)整裝置 豐田凌志L400、L430等高級轎車采用螺旋式VVT-i控制器，安裝在進氣凸輪軸上。LS

9、400發(fā)動機是V型8缸4氣門，有兩根進氣凸輪軸和兩根排氣凸輪軸，采用的螺旋式VVT-i控制器，可在50范圍內(nèi)調(diào)整進氣凸輪軸轉(zhuǎn)角，使配氣正時滿足有優(yōu)化控制發(fā)動機工作狀態(tài)的要求，從而提高發(fā)動機在所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的動力性、經(jīng)濟性和降低尾氣的排放。螺旋式VVT-i控制器如圖6所示，可動活塞在內(nèi)齒輪與外齒輪之間。活塞的內(nèi)外表面有螺旋形花鍵?；钊剌S向的移動，改變內(nèi)、外齒輪的相對位置，從而使配氣相位連續(xù)改變。螺旋式VVT-i外殼后部安裝有剪式齒輪，驅(qū)動排氣門凸輪軸。3.時規(guī)鏈進氣門相位調(diào)整裝置 寶馬VANOS系統(tǒng)由車輛發(fā)動機計算機控制液壓和機械部分，調(diào)整進排氣凸輪軸。雙VANOS于1992年應用在M50發(fā)動

10、機上，進氣門相位在040之間調(diào)節(jié)，排氣門相位在025之間調(diào)節(jié)。如圖7所示。VANOS系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和加速踏板位置來控制凸輪軸。低轉(zhuǎn)速時，進氣門推遲開啟，以改善怠速質(zhì)量及平穩(wěn)度；中等轉(zhuǎn)速時，進氣門提前開啟，以增大扭矩，并允許廢氣在燃燒室中進行再循環(huán)從而減少耗油量和廢氣的排放；高轉(zhuǎn)速時，進氣門開啟稍延遲，從而發(fā)揮出最大功率。如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速低，活塞在汽缸中的移動速度和混合汽被壓縮的速度都慢，進氣門可以推遲關(guān)閉，充分利用氣流慣性提高進氣量。如果發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，活塞的移動速度和汽缸中混合汽壓縮速度都加快，進氣門應早開早閉，以提高進氣效率。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化達到規(guī)定值時，發(fā)動機ECU便給電磁閥通電或斷

11、電。電磁閥便改變正時調(diào)整器內(nèi)的機油的流向，使控制活塞上下的機油壓力發(fā)生變化，從而改變活塞的位置，活塞的上下移動導致鏈條調(diào)整器上下移動，從而推動鏈條上下的長度發(fā)生變化。發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)時，凸輪軸調(diào)整器向下拉長，于是鏈條上短、下長。進氣凸輪軸相對于排氣凸輪軸逆時針轉(zhuǎn)過一個角度，進氣門提前關(guān)閉。以使發(fā)動機在中、低速獲得大扭矩。當發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，鏈條上短、下長，進氣凸輪軸相對排氣凸輪軸順時針轉(zhuǎn)動了一個角度，使進氣門提前打開，提前進氣，提高進氣效率和發(fā)動機功率。三、電子控制氣門機構(gòu) 寶馬公司的Valvetronic和日產(chǎn)公司的VVEL系統(tǒng)，其氣門升程是連續(xù)改變的，而Valeo公司開發(fā)出的e-Valve電

12、子控制氣門系統(tǒng)則是發(fā)動機進氣系統(tǒng)徹底的革命。傳統(tǒng)發(fā)動機都是利用控制節(jié)氣門來改變進入汽缸的空氣量，并通過監(jiān)視空氣流量來決定噴油量，加油門其實就是在控制節(jié)氣門的開度。這種控制方式由于存在泵氣損失，能量損失較大。電子氣門發(fā)動機取消了節(jié)氣門，減少了泵氣損失，比傳統(tǒng)發(fā)動機省油10%以上。另外，由于沒有了節(jié)氣門的阻礙，新鮮空氣進入也更為順暢，使燃燒更加充分，廢氣排放更少。改變進氣門升程和開閉時間，可以控制吸入發(fā)動機的空氣量，將功率損失保持在極低的水平。1.工作原理 電子控制氣門機構(gòu)依靠曲軸的位置信號，利用電磁線圈，單獨控制每一個氣門的開閉。當氣門關(guān)閉電磁線圈通電時，電磁鐵將與氣門桿連為一體的碟片吸起，氣門

13、關(guān)閉，如圖8(a)所示。當氣門開啟電磁線圈通電時，電磁鐵將與氣門桿連為一體的碟片拉下，氣門開啟，如圖8(b)所示。高速時，氣門提前開啟，開度較大，且開啟的時間較長，以增大發(fā)動機的功率。低速時，氣門推遲開啟，開度較小，且開啟的時間較短，以利燃燒完全，達到省油、環(huán)保和提升扭矩的目的。2.優(yōu)點 電子控制氣門機構(gòu)有效降低了發(fā)動機重量和體積?？捎脗鞲衅鱽頇z測各缸的燃燒狀況，以調(diào)整個別氣門來提升整體效能；還可利用進、排氣門同時開啟，使汽缸內(nèi)變成非真空無壓力的狀態(tài)，在啟動瞬間保留一個汽缸的氣門正常運作，而將其它缸氣門皆設(shè)為半開啟狀態(tài)，便于發(fā)動機啟動。這樣可以節(jié)省燃料又可輕松啟動發(fā)動機，并延長啟動機壽命，甚至

14、可以不要啟動機，而利用活塞剛好達到上止點的某個汽缸進行單缸點火來啟動發(fā)動機。電子控制氣門技術(shù)的另一重要優(yōu)點，是踩踏加速踏板時發(fā)動機產(chǎn)生反應的時間短。傳統(tǒng)發(fā)動機以油門控制節(jié)氣閥的方式，加速踏板踩下節(jié)氣閥打開，還要等待空氣流入填滿進氣歧管之后，才會大量進入發(fā)動機汽缸，產(chǎn)生所需要的動力。而電子控制氣門發(fā)動機加速踏板踩下時，可直接控制加大進氣閥門開啟深度，大量空氣立刻流入發(fā)動機汽缸，產(chǎn)生所需要的動力。電子氣門發(fā)動機進氣閥門開啟深度最淺0.25mm，最深可以到9.7mm，相差近40倍，然而從最淺變化到最深，電子控制氣門機構(gòu)所需要的反應時間大約只要0.3s。電子控制氣門機構(gòu)很容易實現(xiàn)發(fā)動機的排量變化。如果

15、汽車阻力減小，可以關(guān)閉一部分汽缸。四、典型故障分析1.故障現(xiàn)象 一輛廣州本田雅閣2.3L轎車，發(fā)動機型號為F23A3 SOHC(單頂置凸輪軸)，電子控制程序多點燃油噴射，且配置三元催化轉(zhuǎn)化器，裝備可變氣門正時和可變氣門升程i-VTEC系統(tǒng)?！癈HECKENGINE”故障燈異常亮起，動力不足、油耗增加、車速上不去。2.故障診斷與排除檢查發(fā)現(xiàn)故障指示燈(MIL)顯示故障碼為21，含義為VTEC電磁閥電路有故障。當轉(zhuǎn)速信號、車速信號、水溫信號和發(fā)動機負荷信號達到規(guī)定值，發(fā)動機電腦PCM端子B12輸出12V電壓，使位于氣門室罩左后方的VTEC電磁閥打開，讓油壓作用在VTEC系統(tǒng)的傳動機構(gòu)上，從而增加進

16、氣門開啟升程，將兩個氣門同時打開。電磁閥線圈的內(nèi)部電阻為1430。若該電磁閥及其線路不良，或機油壓力過低，就會產(chǎn)生故障碼21。機油壓力過低可能是發(fā)動機潤系有故障、機油太臟等原因造成的。首先從電路入手，檢查VTEC電磁閥的控制電路和VTEC壓力開關(guān)電路。經(jīng)檢查VTEC電磁閥沒有故障診斷故障時要充分考慮故障車的構(gòu)造特征。就本車而言，在低速時打開一個進氣門，高速時打開兩個進氣門(且升程更大)。如果VTEC系統(tǒng)有故障，高速時也打開一個進氣門，由于進氣不足，發(fā)動機就會出現(xiàn)“動力不足、油耗增加、車速上不去”等現(xiàn)象。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)故障不在VTEC電磁閥線圈、ECM/PCM及其線路、潤滑系統(tǒng)的機油壓力等方面。電腦通過VTEC機油壓力開關(guān)的信號來檢測電磁閥是否動作。若VTEC電磁閥不打開，VTEC電磁閥后的機油壓力低，則壓力開關(guān)閉合，其電阻為0。此車的情況是：在高速行駛后恢復怠速狀態(tài)，VTEC壓力開關(guān)仍處于斷開狀態(tài)。檢查壓力開關(guān)線路，有12V電壓輸出及搭鐵良好，說明VTEC壓力開關(guān)觸點接觸不良。拆下VTEC壓力開關(guān)清洗，并用壓縮空氣將其吹干，測量內(nèi)部電阻為0，恢復正常。繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)機油比較臟，從而推斷是機油污垢粘在壓力開關(guān)的接點上，使其接觸不良，同時堵塞了VTEC電磁閥，使VTEC電磁閥之后的機油壓力過低，產(chǎn)生發(fā)動機