汽車維修技師論文-可變氣門正時(shí)

1、命運(yùn)如同手中的學(xué)紋,無論多曲折,終學(xué)握在自己手中。廣東汨技艸請(qǐng)論文題目：淺談可變氣門正時(shí)技術(shù)姓名:單位:擬申報(bào)工種級(jí)別:申報(bào)時(shí)間:廣東省人力資源和社會(huì)保障廳制摘要本文介紹了從進(jìn)氣晚關(guān)角及進(jìn)排氣的動(dòng)態(tài)效應(yīng)兒方面著手，不斷改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī) 的配氣相位以及進(jìn)排氣系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際性能曲線逐步接近計(jì)算機(jī)仿真曲線。 配氣相位、進(jìn)氣門間隙、排氣門間隙、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷五個(gè)調(diào)整參數(shù)之間是相互影響 的。通過在配氣機(jī)構(gòu)多剛體模型中引入柔性體，描述了配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能;建 立了柔性體氣門彈簧，分析了氣門彈簧動(dòng)剛度的非線性行為,并且依據(jù)模態(tài)技術(shù)計(jì) 算得到其動(dòng)態(tài)應(yīng)力；該方法為優(yōu)化設(shè)訃配氣機(jī)構(gòu)等機(jī)械產(chǎn)品及對(duì)其進(jìn)行疲勞性能 研究

2、提供了依據(jù)。該儀器可檢測(cè)各種汽、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能、高壓點(diǎn)火性能、 燃油噴射性能、充電性能、動(dòng)力性能、配氣相位、發(fā)動(dòng)機(jī)異響震動(dòng)分析等30余種 技術(shù)參數(shù)，并分析故障產(chǎn)生的原因、檢測(cè)過程中，可隨時(shí)顯示各種波形及技術(shù)參 數(shù)和結(jié)果并可隨機(jī)打印，該儀器內(nèi)存有一百多種國內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)，內(nèi)容十 分豐富，隨時(shí)可以與檢測(cè)結(jié)果對(duì)比。Passat B5轎車有4缸和6缸兩種發(fā)動(dòng)機(jī),4 缸機(jī)有4G54與4G64兩種型號(hào),6缸機(jī)型號(hào)為6G72,其配氣機(jī)構(gòu)均采用頂置凸輪軸 式配氣機(jī)構(gòu)。介紹了氣門間隙自動(dòng)調(diào)整器的結(jié)構(gòu)、工作原理，以及其維護(hù)與保養(yǎng)。 關(guān)鍵詞：可變配氣正時(shí)、內(nèi)燃機(jī)配機(jī)機(jī)構(gòu)可變氣門正時(shí)技術(shù)傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門正時(shí)

3、系統(tǒng)，是一種配氣相位即氣門開啟和關(guān)閉都一成不變 機(jī)械系統(tǒng)，這種配氣系統(tǒng)很難滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在多種工況對(duì)配氣的需要，不能滿足發(fā) 動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速工況下均輸出強(qiáng)勁的動(dòng)力要求。而可變氣門正時(shí)系統(tǒng)是一種改變 氣門開啟時(shí)間或開啟大小的電控系統(tǒng)，通過在不同的轉(zhuǎn)速下為車輛匹配更合理的 氣門開啟和關(guān)閉，來增強(qiáng)車輛扭矩輸出的均衡性，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率并降低車輛的 油耗。1.可變氣門正時(shí)系統(tǒng)的原理四行程發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中，吸入新鮮空氣，排出高溫廢氣。這種進(jìn)氣和排 氣的全過程，稱為換氣過程。在高速發(fā)動(dòng)機(jī)中，每個(gè)循環(huán)的進(jìn)排氣過程時(shí)間極短, 在這極短的時(shí)間內(nèi)，被吸入的可燃混合氣越多，廢氣排的越干凈、越徹底，發(fā)動(dòng) 機(jī)發(fā)出的功率就可能

4、越大。反之，發(fā)出的功率就越小，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性 就會(huì)下降。因此，需要適時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)排氣門。由內(nèi)燃機(jī)原理可知，氣門的開 閉位置和活塞的位置有關(guān)，活塞的位置和曲軸的轉(zhuǎn)角有關(guān)，用曲軸轉(zhuǎn)角來表示氣 門的開閉時(shí)間，就是配氣相位。從配氣相位圖中，可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門 的開啟和關(guān)閉分別提前打開和延遲關(guān)閉。以便爭(zhēng)取最大的“時(shí)間斷面”。把氣門提 前開啟時(shí)刻稱作提前角，氣門遲后關(guān)閉時(shí)刻稱作遲閉角。山于排氣遲后關(guān)閉和進(jìn) 氣提前開啟，這就存在著一個(gè)進(jìn)、排氣門同時(shí)開啟的氣門重疊階段，氣門疊開時(shí) 的曲軸轉(zhuǎn)角稱為氣門重疊角。實(shí)驗(yàn)證明，在高轉(zhuǎn)速時(shí)，氣門重疊角大一些對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是十分有利的。就配氣 相位而言，氣門重疊

5、角的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，則氣門重 疊角就相應(yīng)設(shè)置大些。由上述可知，配氣相位與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。原則上，一種配氣相位只適合 一種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。配氣相位取決于凸輪輪廓的形狀，配氣相位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影 響很大，且山于凸輪型線的不同，也決定了發(fā)動(dòng)機(jī)是高速性能還是低速性能。如 果是高速性能的發(fā)動(dòng)機(jī)，則在高轉(zhuǎn)速范圍功率很大，但在中低轉(zhuǎn)速范圉功率下降 很多；反之，則在高轉(zhuǎn)速范圍功率下降很多。現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)要求在任何轉(zhuǎn)速范圍都 能獲得較大的功率,這就要求配氣相位能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況及時(shí)做出調(diào)整, 因此，可變配氣相位技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。2. 可變配氣相位調(diào)整原理從配氣相位圖上可以看出，活塞從上止點(diǎn)移

6、到下止點(diǎn)的進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣門 會(huì)提前開啟和延遲關(guān)閉；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)做功完畢后，活塞從下止點(diǎn)移到上止點(diǎn)的排氣 過程中，排氣門會(huì)提前開啟和延遲關(guān)閉。這樣，必然會(huì)出現(xiàn)進(jìn)、排氣門同時(shí)開啟 的時(shí)刻，即氣門重疊階段，有可能會(huì)造成廢氣倒流，為了消除這一缺陷，釆用了 “可變式”的氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)?？勺兪綒忾T驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是在發(fā)動(dòng)機(jī)低速工作時(shí)減少氣門行程，而在發(fā)動(dòng)機(jī)高 速時(shí)增大氣門行程，改變氣門重疊階段的時(shí)間，使發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)能提供強(qiáng)大 的功率，在低轉(zhuǎn)速時(shí)乂能產(chǎn)生足夠的扭矩，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。即氣門 可變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能根據(jù)汽車的運(yùn)行狀況，隨時(shí)改變配氣相位，改變氣門升程或氣門 開啟的持續(xù)時(shí)間?？勺兣錃庀辔坏恼{(diào)整原理：3.

7、 可變配氣相位技術(shù)條件理想的配氣相位應(yīng)滿足以下條件：1）低速時(shí)，釆用較小的氣門疊開角和較小的氣門升程，防止汽缸內(nèi)新鮮充量 向進(jìn)氣系統(tǒng)倒流，以增加扭矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。2）高速時(shí)，應(yīng)具有最大氣門升程和進(jìn)氣門遲閉角，最大限度的減小流動(dòng)阻力, 充分利用流動(dòng)慣性，提高充氣系數(shù)，以滿足動(dòng)力性要求。3）能夠?qū)M(jìn)氣門從開啟到關(guān)閉的持續(xù)期進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)氣定時(shí)。二. 可變氣門正時(shí)技術(shù)的現(xiàn)狀可變配氣相位機(jī)構(gòu)能使氣門正時(shí)、氣門開啟持續(xù)時(shí)間及氣門升程等參數(shù)中的 一個(gè)或多個(gè)隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工況變化實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而獲得更好的燃油經(jīng)濟(jì)性、更 優(yōu)異的扭矩和功率特性，提高怠速穩(wěn)定性和降低尾氣排放。在現(xiàn)在的汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 上，

8、經(jīng)?？梢钥匆娤馰VT、WTi、VVTLi、iVTEC、VVL等技術(shù)符號(hào)，這些發(fā) 動(dòng)機(jī)都采用了可變配氣正時(shí)的技術(shù)。國外研究機(jī)構(gòu)對(duì)可變氣門正時(shí)技術(shù)早就進(jìn)行了大量的研究,美國自1880年就 已經(jīng)出現(xiàn)了有關(guān)可變氣門的專利，至1987年約有近800件，近年來仍在持續(xù)不斷 的發(fā)展。但是出現(xiàn)在1980年以前的很多機(jī)構(gòu)存在的問題較多，1980年以后，電 子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了可變配氣相位機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化，有些技術(shù)已經(jīng)在汽車上使用，取 得了較好的效果。例如：“可變氣門正時(shí)和氣門升程電子控制系統(tǒng)(VTEC)”是日本本田公司在 1989年推出的自行研制的世界上第一個(gè)能同時(shí)控制氣門開閉時(shí)間及升程的氣門 控制系統(tǒng)，其凸輪軸上有多

9、種不同角度的凸輪。本田公司的VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)一直乍有 “可變氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的代名詞”之稱?！爸悄芸勺儦忾T正時(shí)系統(tǒng)(VVT-i)”是豐田公司推出的可連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時(shí) 但不能調(diào)節(jié)氣門升程的可變氣門控制系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)由低速向高速轉(zhuǎn)換時(shí)，電子 計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)地將機(jī)油壓向進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)齒輪內(nèi)的葉片，這樣，在壓力的作 用下，固定的凸輪軸上的葉片就相對(duì)于齒輪殼旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使凸輪軸在 40的范圍內(nèi)向前或向后旋轉(zhuǎn)，從而改變進(jìn)氣門開啟的時(shí)刻，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門 正時(shí)的目的。德國大眾的張緊器式可變配氣機(jī)構(gòu)，通過將原液壓張緊器改進(jìn)設(shè)計(jì)為可變位 置張緊器及電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)氣門關(guān)閉角的提前和滯后控制。寶馬公司的全可變

10、氣門控制系統(tǒng)山電腦決定其動(dòng)作，通過控制活塞兩側(cè)的機(jī) 油壓力，就可以移動(dòng)斜齒輪，斜齒輪的直線移動(dòng)可以帶動(dòng)凸輪軸發(fā)生一定的旋轉(zhuǎn) 角度，經(jīng)由可移動(dòng)活塞位置的改變，控制凸輪軸正是提前或延遲。三、可變氣門正時(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)目前大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)使用機(jī)械式氣門系，這種驅(qū)動(dòng)形式的有效性、可鼎性強(qiáng)， 但是缺點(diǎn)也很明顯：不能改變氣門正時(shí)、延續(xù)時(shí)間和進(jìn)氣門升程。隨著汽油直噴 式發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷推出以及排放法規(guī)的強(qiáng)化等，為了解決上述問 題，可變配氣機(jī)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能化，可變配氣機(jī)構(gòu) 作為一個(gè)重要的手段正變得越來越必要和不可缺少。為了實(shí)現(xiàn)配氣機(jī)構(gòu)的最大可能的多自山度的可變，利用電磁閥進(jìn)行

11、驅(qū)動(dòng)的開發(fā)也在進(jìn)行中，這種系統(tǒng)能對(duì)氣門開啟角實(shí)現(xiàn)各種角度的可變，將來也可能實(shí)現(xiàn) 批量生產(chǎn)，但從成本方面來說，可能還不能完全取代現(xiàn)行的可變配氣機(jī)構(gòu)。無凸 輪驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)可分為電磁驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)、電液驅(qū)動(dòng)可變配氣 相位機(jī)構(gòu)、電氣驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)以及其他驅(qū)動(dòng)方式的可變配氣相位機(jī)構(gòu)。電磁驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)是利用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)氣門；電液驅(qū)動(dòng) 可變配氣相位機(jī)構(gòu)是利用一種壓縮性較小流體的彈性特征對(duì)氣門的開啟和關(guān)閉起 加速和減速的作用，對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣門正時(shí)、氣門升程和氣門運(yùn)動(dòng)速度提供了連續(xù)的 可變控制；電氣驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)與前者的工作原理相似，只不過所用的介 質(zhì)是空氣。在未來的發(fā)動(dòng)

12、機(jī)開發(fā)過程中，無凸輪軸可變氣門正時(shí)技術(shù)將成為研究與應(yīng)用 的主流，它將集成在ECI；中，高效可鼎地發(fā)揮提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和扭矩、降低 排放和燃油消耗的雙重作用。（一）、可變配氣機(jī)構(gòu)分類根據(jù)內(nèi)燃機(jī)理論上對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的要求，U前成為主流的可變配氣機(jī)構(gòu)按功能 上可分為兩大類：可變氣門正時(shí)（Variable Valve Timing, VVT）,即氣門開啟與 關(guān)閉時(shí)刻可變。（見圖1. 1）其原理是低速時(shí)，提前關(guān)閉進(jìn)氣門減少進(jìn)氣回流;高速 時(shí)，推遲關(guān)閉進(jìn)氣門，充分利用氣流的慣性過后充氣，提高充氣效率.最早是1983 年山阿爾法羅密歐公司開始批量生產(chǎn)，現(xiàn)在已逐漸成為主流?？勺儦忾T升程 （Variable Va

13、lve Lift, VVL）,即改變氣門開啟的最大升程。（見圖1. 2）其原理是 在小負(fù)荷時(shí)，利用較小的氣門升程,控制進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣的量，同樣可以實(shí)現(xiàn)無 節(jié)氣門的負(fù)荷控制方式而且，山于氣門升程較小，流過氣門的氣流速度較快，改善 了燃油與空氣的混合，進(jìn)而可以改善燃燒過程。這種機(jī)構(gòu)1992年首次在本田的 VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)。另外，在這兩大類的基礎(chǔ)上，將和同時(shí)應(yīng)用于汽油機(jī)在 一些高檔車上應(yīng)用逐漸多起來。（二）、可變氣門技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與燃油控制技術(shù)相比，配氣機(jī)構(gòu)控制技術(shù)早期的研究進(jìn)展比較緩慢，主要成 果是在1985年以后取得的。20世紀(jì)90年代，國外對(duì)可變氣門技術(shù)的研究成為熱 點(diǎn)，開發(fā)出了一系列基

14、于凸輪軸的可變氣門機(jī)構(gòu)，并且應(yīng)用于車用發(fā)動(dòng)機(jī)，其中 可變凸輪軸相位機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣。20世紀(jì)90年代中后期，開始研究無凸輪氣門機(jī) 構(gòu)。其中，F(xiàn)EV、Aura、BMW、Ford等分別展開了電磁閥驅(qū)動(dòng)式氣門機(jī)構(gòu)的研究;Ford、Lotus、Bosch等分別展開了電液驅(qū)動(dòng)式氣門機(jī)構(gòu)的研究。但是LI前無凸輪 的氣門機(jī)構(gòu)還處于研究階段，未見到其大量應(yīng)用于車用發(fā)動(dòng)機(jī)的研究報(bào)道。我國從20世紀(jì)90年代逐步開始進(jìn)行可變氣門技術(shù)的研究。在90年代中期開 發(fā)出了一種用諧波傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)可變凸輪相位的機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)小級(jí)差的多級(jí)調(diào)相。2000 年后，吉林大學(xué)、上海交通大學(xué)與長(zhǎng)春汽車研究所等設(shè)計(jì)了一種液壓張緊器式可 變配氣相位機(jī)構(gòu)

15、，可將氣門正時(shí)在小范圍內(nèi)變化（進(jìn)氣門：提前15 CA,滯后13 CA）；清華大學(xué)開展了電磁閥驅(qū)動(dòng)式氣門機(jī)構(gòu)的研究；浙江大學(xué)對(duì)電磁閥驅(qū)動(dòng)式氣 門機(jī)構(gòu)進(jìn)行了模型仿真研究。但與國外相比，可變氣門技術(shù)只是局限于試驗(yàn)室研 究，還沒有形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、可以廣應(yīng)用于車用發(fā)動(dòng)機(jī)的可變氣門構(gòu).三、連續(xù)可變配氣凸輪軸設(shè)計(jì)淺析（一）、連續(xù)可變凸輪軸作用連續(xù)可變凸輪軸的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，調(diào)整節(jié)氣門升程，改善原有可變 配氣相位技術(shù)節(jié)氣門只有高、低兩個(gè)升程的現(xiàn)狀，致力于實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門升程根據(jù)發(fā) 動(dòng)機(jī)工況連續(xù)可變，以更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低排放污染、提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的效果。（二）、連續(xù)可變配氣凸輪軸的工作原理連續(xù)可變配氣凸輪

16、軸在工作時(shí)，需要配合節(jié)氣門升程傳感器，將節(jié)氣門升程 傳至發(fā)動(dòng)機(jī)ECU,發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)車輛負(fù)載情況、發(fā)動(dòng)機(jī)工況、氣門實(shí)際升程， 計(jì)算出該工況下最佳氣門升程，發(fā)出指令令帶式制動(dòng)器動(dòng)作，由于帶式制動(dòng)器對(duì) 應(yīng)部分軸體上的螺紋的作用，凸輪軸發(fā)生軸向移動(dòng)，另楔形凸輪的大端或小端頂 住氣門連桿，此時(shí)，由于正時(shí)齒輪由花鍵槽與凸輪軸連接，凸輪軸發(fā)生軸向移動(dòng) 時(shí)，并不影響其轉(zhuǎn)動(dòng)速度，因此凸輪軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)。需要注意的是，凸輪軸上兩段 螺紋的方向是相反的，因此，兩個(gè)不同的帶式制動(dòng)器可以控制凸輪軸的左、右移 動(dòng)。（三）、可變配氣相位技術(shù)條件理想的配氣相位應(yīng)滿足以下條件：1低速時(shí)，采用較小的氣門疊開角和較小的氣門升程，防止

17、汽缸內(nèi)新鮮充量 向進(jìn)氣系統(tǒng)倒流，以增加扭矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。2高速時(shí)，應(yīng)具有最大氣門升程和進(jìn)氣門遲閉角，最大限度的減小流動(dòng)阻力, 充分利用流動(dòng)慣性，提高充氣系數(shù)，以滿足動(dòng)力性要求。3能夠?qū)M(jìn)氣門從開啟到關(guān)閉的持續(xù)期進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)氣定時(shí)?？勺兣錃庀辔桓淖兞伺錃庀辔还潭ú蛔兊臓顟B(tài)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況范圉內(nèi)提 供最佳的配氣正時(shí)，提高了充氣系數(shù)，較好的解決了高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速，大負(fù)荷與 小負(fù)荷條件下動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的矛盾，在一定程度上改善了廢氣排放、怠速穩(wěn)定 性和低速平穩(wěn)性，降低了怠速轉(zhuǎn)速結(jié)束語目前大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)使用機(jī)械式氣門系，這種驅(qū)動(dòng)形式的有效性、可鼎性強(qiáng)， 但是缺點(diǎn)也很明顯：不能改變氣門正時(shí)、延續(xù)時(shí)間和進(jìn)氣門升程。隨著汽油直噴 式發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷推出以及排放法規(guī)的強(qiáng)化等，為了解決上述問 題，可變配氣機(jī)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能化，可變配氣機(jī)構(gòu) 作為一個(gè)重要的手段正變得