汽車維修技師論文-可變氣門正時

1、命運如同手中的學紋,無論多曲折,終學握在自己手中。廣東汨技艸請論文題目：淺談可變氣門正時技術姓名:單位:擬申報工種級別:申報時間:廣東省人力資源和社會保障廳制摘要本文介紹了從進氣晚關角及進排氣的動態(tài)效應兒方面著手，不斷改進發(fā)動機 的配氣相位以及進排氣系統(tǒng)，使發(fā)動機的實際性能曲線逐步接近計算機仿真曲線。 配氣相位、進氣門間隙、排氣門間隙、轉速、負荷五個調(diào)整參數(shù)之間是相互影響 的。通過在配氣機構多剛體模型中引入柔性體，描述了配氣機構的動力學性能;建 立了柔性體氣門彈簧，分析了氣門彈簧動剛度的非線性行為,并且依據(jù)模態(tài)技術計 算得到其動態(tài)應力；該方法為優(yōu)化設訃配氣機構等機械產(chǎn)品及對其進行疲勞性能 研究

2、提供了依據(jù)。該儀器可檢測各種汽、柴油發(fā)動機的啟動性能、高壓點火性能、 燃油噴射性能、充電性能、動力性能、配氣相位、發(fā)動機異響震動分析等30余種 技術參數(shù)，并分析故障產(chǎn)生的原因、檢測過程中，可隨時顯示各種波形及技術參 數(shù)和結果并可隨機打印，該儀器內(nèi)存有一百多種國內(nèi)外發(fā)動機技術參數(shù)，內(nèi)容十 分豐富，隨時可以與檢測結果對比。Passat B5轎車有4缸和6缸兩種發(fā)動機,4 缸機有4G54與4G64兩種型號,6缸機型號為6G72,其配氣機構均采用頂置凸輪軸 式配氣機構。介紹了氣門間隙自動調(diào)整器的結構、工作原理，以及其維護與保養(yǎng)。 關鍵詞：可變配氣正時、內(nèi)燃機配機機構可變氣門正時技術傳統(tǒng)的發(fā)動機氣門正時

3、系統(tǒng)，是一種配氣相位即氣門開啟和關閉都一成不變 機械系統(tǒng)，這種配氣系統(tǒng)很難滿足發(fā)動機在多種工況對配氣的需要，不能滿足發(fā) 動機在各種轉速工況下均輸出強勁的動力要求。而可變氣門正時系統(tǒng)是一種改變 氣門開啟時間或開啟大小的電控系統(tǒng)，通過在不同的轉速下為車輛匹配更合理的 氣門開啟和關閉，來增強車輛扭矩輸出的均衡性，提高發(fā)動機功率并降低車輛的 油耗。1.可變氣門正時系統(tǒng)的原理四行程發(fā)動機在工作過程中，吸入新鮮空氣，排出高溫廢氣。這種進氣和排 氣的全過程，稱為換氣過程。在高速發(fā)動機中，每個循環(huán)的進排氣過程時間極短, 在這極短的時間內(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 機發(fā)出的功率就可能

4、越大。反之，發(fā)出的功率就越小，發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性 就會下降。因此，需要適時開啟和關閉進排氣門。由內(nèi)燃機原理可知，氣門的開 閉位置和活塞的位置有關，活塞的位置和曲軸的轉角有關，用曲軸轉角來表示氣 門的開閉時間，就是配氣相位。從配氣相位圖中，可以看出，發(fā)動機的進排氣門 的開啟和關閉分別提前打開和延遲關閉。以便爭取最大的“時間斷面”。把氣門提 前開啟時刻稱作提前角，氣門遲后關閉時刻稱作遲閉角。山于排氣遲后關閉和進 氣提前開啟，這就存在著一個進、排氣門同時開啟的氣門重疊階段，氣門疊開時 的曲軸轉角稱為氣門重疊角。實驗證明，在高轉速時，氣門重疊角大一些對發(fā)動機是十分有利的。就配氣 相位而言，氣門重疊

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

6、到下止點的進氣過程中，進氣門 會提前開啟和延遲關閉；當發(fā)動機做功完畢后，活塞從下止點移到上止點的排氣 過程中，排氣門會提前開啟和延遲關閉。這樣，必然會出現(xiàn)進、排氣門同時開啟 的時刻，即氣門重疊階段，有可能會造成廢氣倒流，為了消除這一缺陷，釆用了 “可變式”的氣門驅動機構?？勺兪綒忾T驅動機構就是在發(fā)動機低速工作時減少氣門行程，而在發(fā)動機高 速時增大氣門行程，改變氣門重疊階段的時間，使發(fā)動機在高轉速時能提供強大 的功率，在低轉速時乂能產(chǎn)生足夠的扭矩，從而改善發(fā)動機的工作性能。即氣門 可變驅動機構能根據(jù)汽車的運行狀況，隨時改變配氣相位，改變氣門升程或氣門 開啟的持續(xù)時間?？勺兣錃庀辔坏恼{(diào)整原理：3.

7、 可變配氣相位技術條件理想的配氣相位應滿足以下條件：1）低速時，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 向進氣系統(tǒng)倒流，以增加扭矩，提高燃油經(jīng)濟性。2）高速時，應具有最大氣門升程和進氣門遲閉角，最大限度的減小流動阻力, 充分利用流動慣性，提高充氣系數(shù)，以滿足動力性要求。3）能夠對進氣門從開啟到關閉的持續(xù)期進行調(diào)整，以實現(xiàn)最佳的進氣定時。二. 可變氣門正時技術的現(xiàn)狀可變配氣相位機構能使氣門正時、氣門開啟持續(xù)時間及氣門升程等參數(shù)中的 一個或多個隨發(fā)動機的工況變化實時進行調(diào)節(jié)，從而獲得更好的燃油經(jīng)濟性、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)動機 上，

8、經(jīng)?？梢钥匆娤馰VT、WTi、VVTLi、iVTEC、VVL等技術符號，這些發(fā) 動機都采用了可變配氣正時的技術。國外研究機構對可變氣門正時技術早就進行了大量的研究,美國自1880年就 已經(jīng)出現(xiàn)了有關可變氣門的專利，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年以前的很多機構存在的問題較多，1980年以后，電 子技術的發(fā)展促進了可變配氣相位機構產(chǎn)品化，有些技術已經(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能同時控制氣門開閉時間及升程的氣門 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)動機一直乍有 “可變氣門發(fā)動機的代名詞”之稱?！爸悄芸勺儦忾T正時系統(tǒng)(VVT-i)”是豐田公司推出的可連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時 但不能調(diào)節(jié)氣門升程的可變氣門控制系統(tǒng)。當發(fā)動機由低速向高速轉換時，電子 計算機就能自動地將機油壓向進氣凸輪軸驅動齒輪內(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于齒輪殼旋轉一定的角度，從而使凸輪軸在 40的范圍內(nèi)向前或向后旋轉，從而改變進氣門開啟的時刻，達到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門 正時的目的。德國大眾的張緊器式可變配氣機構，通過將原液壓張緊器改進設計為可變位 置張緊器及電控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對進氣門關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)山電腦決定其動作，通過控制活塞兩側的機 油壓力，就可以移動斜齒輪，斜齒輪的直線移動可以帶動凸輪軸發(fā)生一定的旋轉 角度，經(jīng)由可移動活塞位置的改變，控制凸輪軸正是提前或延遲。三、可變氣門正時技術的發(fā)展趨勢目前大多數(shù)發(fā)動機使用機械式氣門系，這種驅動形式的有效性、可鼎性強， 但是缺點也很明顯：不能改變氣門正時、延續(xù)時間和進氣門升程。隨著汽油直噴 式發(fā)動機、混合動力發(fā)動機的不斷推出以及排放法規(guī)的強化等，為了解決上述問 題，可變配氣機構得到了廣泛的應用。伴隨著發(fā)動機的高性能化，可變配氣機構 作為一個重要的手段正變得越來越必要和不可缺少。為了實現(xiàn)配氣機構的最大可能的多自山度的可變，利用電磁閥進行

11、驅動的開發(fā)也在進行中，這種系統(tǒng)能對氣門開啟角實現(xiàn)各種角度的可變，將來也可能實現(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)行的可變配氣機構。無凸 輪驅動可變配氣相位機構可分為電磁驅動可變配氣相位機構、電液驅動可變配氣 相位機構、電氣驅動可變配氣相位機構以及其他驅動方式的可變配氣相位機構。電磁驅動可變配氣相位機構是利用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力驅動氣門；電液驅動 可變配氣相位機構是利用一種壓縮性較小流體的彈性特征對氣門的開啟和關閉起 加速和減速的作用，對內(nèi)燃機氣門正時、氣門升程和氣門運動速度提供了連續(xù)的 可變控制；電氣驅動可變配氣相位機構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

12、機開發(fā)過程中，無凸輪軸可變氣門正時技術將成為研究與應用 的主流，它將集成在ECI；中，高效可鼎地發(fā)揮提高發(fā)動機輸出功率和扭矩、降低 排放和燃油消耗的雙重作用。（一）、可變配氣機構分類根據(jù)內(nèi)燃機理論上對配氣機構的要求，U前成為主流的可變配氣機構按功能 上可分為兩大類：可變氣門正時（Variable Valve Timing, VVT）,即氣門開啟與 關閉時刻可變。（見圖1. 1）其原理是低速時，提前關閉進氣門減少進氣回流;高速 時，推遲關閉進氣門，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 在小負荷時，利用較小的氣門升程,控制進入缸內(nèi)的混合氣的量，同樣可以實現(xiàn)無 節(jié)氣門的負荷控制方式而且，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，進而可以改善燃燒過程。這種機構1992年首次在本田的 VTEC發(fā)動機上實現(xiàn)。另外，在這兩大類的基礎上，將和同時應用于汽油機在 一些高檔車上應用逐漸多起來。（二）、可變氣門技術的發(fā)展現(xiàn)狀與燃油控制技術相比，配氣機構控制技術早期的研究進展比較緩慢，主要成 果是在1985年以后取得的。20世紀90年代，國外對可變氣門技術的研究成為熱 點，開發(fā)出了一系列基

14、于凸輪軸的可變氣門機構，并且應用于車用發(fā)動機，其中 可變凸輪軸相位機構應用最廣。20世紀90年代中后期，開始研究無凸輪氣門機 構。其中，F(xiàn)EV、Aura、BMW、Ford等分別展開了電磁閥驅動式氣門機構的研究;Ford、Lotus、Bosch等分別展開了電液驅動式氣門機構的研究。但是LI前無凸輪 的氣門機構還處于研究階段，未見到其大量應用于車用發(fā)動機的研究報道。我國從20世紀90年代逐步開始進行可變氣門技術的研究。在90年代中期開 發(fā)出了一種用諧波傳動實現(xiàn)可變凸輪相位的機構，可實現(xiàn)小級差的多級調(diào)相。2000 年后，吉林大學、上海交通大學與長春汽車研究所等設計了一種液壓張緊器式可 變配氣相位機構

15、，可將氣門正時在小范圍內(nèi)變化（進氣門：提前15 CA,滯后13 CA）；清華大學開展了電磁閥驅動式氣門機構的研究；浙江大學對電磁閥驅動式氣 門機構進行了模型仿真研究。但與國外相比，可變氣門技術只是局限于試驗室研 究，還沒有形成具有自主知識產(chǎn)權、可以廣應用于車用發(fā)動機的可變氣門構.三、連續(xù)可變配氣凸輪軸設計淺析（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)動機工況，調(diào)整節(jié)氣門升程，改善原有可變 配氣相位技術節(jié)氣門只有高、低兩個升程的現(xiàn)狀，致力于實現(xiàn)節(jié)氣門升程根據(jù)發(fā) 動機工況連續(xù)可變，以更好的實現(xiàn)節(jié)能、降低排放污染、提高發(fā)動機功率的效果。（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，需要配合節(jié)氣門升程傳感器，將節(jié)氣門升程 傳至發(fā)動機ECU,發(fā)動機根據(jù)實時車輛負載情況、發(fā)動機工況、氣門實際升程， 計算出該工況下最佳氣門升程，發(fā)出指令令帶式制動器動作，由于帶式制動器對 應部分軸體上的螺紋的作用，凸輪軸發(fā)生軸向移動，另楔形凸輪的大端或小端頂 住氣門連桿，此時，由于正時齒輪由花鍵槽與凸輪軸連接，凸輪軸發(fā)生軸向移動 時，并不影響其轉動速度，因此凸輪軸正常運轉。需要注意的是，凸輪軸上兩段 螺紋的方向是相反的，因此，兩個不同的帶式制動器可以控制凸輪軸的左、右移 動。（三）、可變配氣相位技術條件理想的配氣相位應滿足以下條件：1低速時，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 向進氣系統(tǒng)倒流，以增加扭矩，提高燃油經(jīng)濟性。2高速時，應具有最大氣門升程和進氣門遲閉角，最大限度的減小流動阻力, 充分利用流動慣性，提高充氣系數(shù)，以滿足動力性要求。3能夠對進氣門從開啟到關閉的持續(xù)期進行調(diào)整，以實現(xiàn)最佳的進氣定時?？勺兣錃庀辔桓淖兞伺錃庀辔还潭ú蛔兊臓顟B(tài)，在發(fā)動機運轉工況范圉內(nèi)提 供最佳的配氣正時，提高了充氣系數(shù)，較好的解決了高轉速與低轉速，大負荷與 小負荷條件下動力性與經(jīng)濟性的矛盾，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，降低了怠速轉速結束語目前大多數(shù)發(fā)動機使用機械式氣門系，這種驅動形式的有效性、可鼎性強， 但是缺點也很明顯：不能改變氣門正時、延續(xù)時間和進氣門升程。隨著汽油直噴 式發(fā)動機、混合動力發(fā)動機的不斷推出以及排放法規(guī)的強化等，為了解決上述問 題，可變配氣機構得到了廣泛的應用。伴隨著發(fā)動機的高性能化，可變配氣機構 作為一個重要的手段正變得