汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)論文

1、 . . . 摘要介紹電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的基本組成與工作原理，分析電子節(jié)氣門的特點(diǎn)。電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)基于發(fā)動(dòng)機(jī)最佳運(yùn)行狀況、汽車最佳行駛工況與其它控制目標(biāo)的控制。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的生活水平不斷的提高，對(duì)汽車的性能要求也在不斷發(fā)展和變化，特別是在經(jīng)濟(jì)環(huán)保和舒適動(dòng)力方面尤為重視。從而現(xiàn)在科技應(yīng)運(yùn)而生了可變節(jié)氣門技術(shù)。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門正時(shí)系統(tǒng)很難滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)工況對(duì)配氣的需要，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。采用可變氣門正時(shí)技術(shù)的氣門正時(shí)系統(tǒng)，(所謂可變節(jié)氣門就是將普通節(jié)氣門的單片圓盤節(jié)流板改為由三片開(kāi)啟方向一樣的氣閥組成，工作時(shí)三片氣閥同時(shí)、同角度開(kāi)啟，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)壓的作用下，氣流沿著每片氣閥片有

2、導(dǎo)流葉的斜面進(jìn)入，沿著同一方向產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)渦流。以這樣的方式進(jìn)氣，能有效增大進(jìn)氣量和進(jìn)氣壓力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)均勻進(jìn)氣，使氣缸的空氣和燃油混合的更充分，顯著改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒質(zhì)量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)了高功率輸出，低燃油消耗和清潔排放的理想平衡)可以配合不同工況改變氣門開(kāi)啟時(shí)間或開(kāi)啟大小，以保證良好的充氣系數(shù)，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率并降低油耗。目前該技術(shù)在國(guó)外的現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)上已有所應(yīng)用。隨著可變氣門正時(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展完善，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、節(jié)能、環(huán)保要求的不斷提高，該技術(shù)將有著越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：可變氣門正時(shí)基本組成；可變節(jié)氣門的應(yīng)用；可變節(jié)氣門的發(fā)展；目錄第一章序言21.1 使用可變節(jié)氣門的意義21.

3、2 可變節(jié)氣門的發(fā)展現(xiàn)狀41.3 可變節(jié)氣門的發(fā)展趨勢(shì)4第二章可變氣門技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用52.1 可變氣門技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)52.1.1氣門正時(shí)62.2 可變氣門技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響72.2.1進(jìn)氣門可變正時(shí)82.2.2 排氣門可變正時(shí)92.2.3氣門可變升程102.2.4 氣門可變速度102.2.5可變氣門重疊角102.2.6 停滯氣門112.3 VVT技術(shù)的應(yīng)用圍112.3.1 VVT技術(shù)在汽油機(jī)上的應(yīng)用112.3.2 VVT技術(shù)在柴油機(jī)上的應(yīng)用112.3.3 可變節(jié)氣門技術(shù)在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用122.3.4 節(jié)氣門與無(wú)節(jié)氣門控制122.4. VVT 在汽車上應(yīng)用的必然性142.5 VVT

4、的應(yīng)用與發(fā)展152.5.1VVT 在歐洲的應(yīng)用與發(fā)展情況152.5.2VVT 在亞洲的應(yīng)用與發(fā)展情況162.5.3VVT 在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展情況172.6 VVT 在單凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用172.7 VVT 發(fā)展新動(dòng)向182.7.1 全可變電子氣門控制系統(tǒng)18第三章汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)193.1 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的組成193.2 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)工作原理203.2.1 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作方式203.2.2電子節(jié)氣門體工作原理203.3 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的特點(diǎn)22四結(jié)語(yǔ)24參考文獻(xiàn)25致26第一章 序言1.1 使用可變節(jié)氣門的意義近年來(lái)，隨著世界上能源危機(jī)的日

5、益加深和環(huán)境問(wèn)題的不斷突出，節(jié)能和環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)今世界的兩大主題。目前世界上三個(gè)主要的汽車生產(chǎn)和消費(fèi)區(qū)：日本、歐盟和北美在能源和排放問(wèn)題上雖然法規(guī)各有特點(diǎn)，但總的趨勢(shì)是，排放越來(lái)越嚴(yán)格、能源越來(lái)越重視。以歐盟為例，從歐洲I號(hào)到歐洲號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，污染物排放水平降低了904。美國(guó)和日本的排放法規(guī)更加嚴(yán)格。另外，除美國(guó)外，日本和歐盟在乘用車燃油經(jīng)濟(jì)性限值上是相當(dāng)嚴(yán)格的。我國(guó)在2005年出臺(tái)了乘用車燃油消耗量限值強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)乘用車燃油消耗量限值僅次于日本和歐盟。同年4月，又出臺(tái)了輕型汽車污染物排放限值與測(cè)量方法(中國(guó)、階段)。標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)階段分別將于2007年7月1日和2010年7月1日開(kāi)始在全國(guó)實(shí)施，

6、中國(guó)階段實(shí)施時(shí)間只比歐盟歐晚了5年的時(shí)間，差距明顯在縮小。但另一方面，隨著生活水平的提高和產(chǎn)品的升級(jí)以與技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的動(dòng)力性、舒適性的要求卻在不斷的提高。要求在滿足公益目標(biāo)的前提下，以低的使用成本獲得快捷的交通便利，享受到駕駛樂(lè)趣。因此，二十一世紀(jì)符合市場(chǎng)需求的應(yīng)當(dāng)是節(jié)能、環(huán)保、高性能的汽車。針對(duì)這種現(xiàn)狀，全球各大汽車制造商在汽車上的新技術(shù)應(yīng)用層出不窮，對(duì)于在節(jié)能、環(huán)保、性能方面起到關(guān)鍵影響的發(fā)動(dòng)機(jī)的研究上更是下了主要的工夫。但是，應(yīng)用復(fù)雜技術(shù)滿足性能和法規(guī)要求的同時(shí)，必然也很大程度地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的成本，這在大批量生產(chǎn)的乘用車，尤其是經(jīng)濟(jì)型乘用車是一個(gè)必須考慮的因素。發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門正

7、時(shí)技術(shù)(VariableValveTuning)做為一種性價(jià)比相當(dāng)高的技術(shù)方案，近年來(lái)在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的高效率化、降低油耗、提高性能和降低尾氣排放的要求越來(lái)越高的情況下，作為手段之一的可變配氣機(jī)構(gòu)正逐步商品化。大家都知道，采用傳統(tǒng)的凸輪軸結(jié)構(gòu)的燃機(jī)的配氣相位不能根據(jù)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速而改變。因而在整個(gè)運(yùn)行圍，只有在一個(gè)很窄的工況圍具有最佳的配氣相位，其他工況只能相對(duì)兼顧。在提高汽油發(fā)動(dòng)機(jī)性能方面，可以通過(guò)配置合適的氣門正時(shí)，即進(jìn)排氣門開(kāi)啟時(shí)刻與開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間，提高充氣系數(shù)，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出更大功率。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門正時(shí)系統(tǒng)，是一種不可變的機(jī)械系統(tǒng)，這種配氣系統(tǒng)很難滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)和高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)配氣的需要

8、，會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的輸出。而采用可變氣門正時(shí)技術(shù)(VVT, Variable Valve Timing)的氣門正時(shí)系統(tǒng)，是一種改變氣門開(kāi)啟時(shí)間或開(kāi)啟大小的系統(tǒng)，通過(guò)在不同轉(zhuǎn)速下為車輛匹配更合理的氣門開(kāi)啟，保證良好的充氣系數(shù)，進(jìn)而增強(qiáng)車輛扭矩輸出的均衡性，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率并降低油耗。實(shí)際上，氣門疊開(kāi)角、進(jìn)氣門關(guān)閉角和排氣門關(guān)閉角是配氣定時(shí)的主要參數(shù)。就優(yōu)化燃機(jī)的運(yùn)行工況而言，為使怠速穩(wěn)定性好，氣門疊開(kāi)角要小，在其他工況下，為提高充氣效率和降低NOx，氣門疊開(kāi)角要大。低速時(shí)要求進(jìn)、排氣門接近上止點(diǎn)附近打開(kāi)和關(guān)閉，高速時(shí)則要求進(jìn)、排氣門遠(yuǎn)離下止點(diǎn)位置關(guān)閉和打開(kāi)。怠速時(shí)進(jìn)氣門的開(kāi)閉定時(shí)不重要.為了滿足

9、發(fā)動(dòng)機(jī)全工況的要求，就需設(shè)計(jì)可變的配氣相位。VVT技術(shù)改變了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中配氣相位固定不變的狀態(tài)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況圍提供最佳的配氣正時(shí)，較好地解決了高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷與小負(fù)荷下動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的矛盾，同時(shí)在一定程度上改善了廢氣排放。更進(jìn)一步的說(shuō)，VVT技術(shù)可以用來(lái)減小發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣損失，加快進(jìn)氣速度、改善混合氣質(zhì)量、改變殘余廢氣系數(shù)，提高迸氣效率、最終改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程，使動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性以與響應(yīng)性能得到綜合提高。對(duì)于汽油機(jī)而言，應(yīng)用VVT技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)改善怠速穩(wěn)定性和低速平穩(wěn)性；(2)提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩；(3)擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速圍；(4)降低部分負(fù)荷燃油消耗率；(5)改善廢氣排放。

10、1.2 可變節(jié)氣門的發(fā)展現(xiàn)狀汽車誕生到上世紀(jì)80年代中期，一直使用的是傳統(tǒng)的機(jī)械式節(jié)氣門；隨著汽車電子技術(shù)的日益發(fā)展和對(duì)汽車性能要求的提高，上世紀(jì)80年代中后期，出現(xiàn)了第一臺(tái)電子節(jié)氣門，應(yīng)用在德國(guó)寶馬公司的BMW750iL頂級(jí)轎車上。從電子節(jié)氣門的誕生到現(xiàn)在，由于電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的技術(shù)和成本要求都比較高的原因，只應(yīng)用在各大汽車公司生產(chǎn)的高級(jí)轎車上，如奔馳、寶馬以與德國(guó)大眾的奧迪系列等等。隨著能源問(wèn)題的日益嚴(yán)重和環(huán)境要求的提高，以與控制技術(shù)的日益成熟，電子節(jié)氣門將越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各級(jí)別的汽車上，這將是大勢(shì)所趨。目前國(guó)外各大汽車生產(chǎn)商和零件生產(chǎn)尚在從事電子節(jié)氣門技術(shù)的 開(kāi)發(fā)研究，其中德國(guó)Bos

11、ch公司和美國(guó)的Delphi公司在該研究上處于領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始市場(chǎng)化系列化。經(jīng)過(guò)進(jìn)二十年的發(fā)展，電子節(jié)氣門可以實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車輛的巡航控制、怠速控制、自適應(yīng)巡航控制等不同工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的控制要求。作為當(dāng)代最先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的代表的Bosch發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)和美Delphi發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，電子節(jié)氣門裝置以成為它們不可或缺的袋子控制單元。 在電子節(jié)氣門的控制方面，最初的控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單沒(méi)有考慮到節(jié)氣門總成的機(jī)械部分存在的非線性問(wèn)題，這對(duì)節(jié)氣門的精確控制產(chǎn)生了一的影響。近年來(lái)研究人員已經(jīng)關(guān)注到這個(gè)問(wèn)題并提出了一些非線性的理論解決方法，節(jié)氣門的控制精度也得到了提高。 1

12、.3 可變節(jié)氣門的發(fā)展趨勢(shì)目前,可變節(jié)氣門正朝著系統(tǒng)的減小發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣損失、加快進(jìn)氣速度、改善混合氣質(zhì)量、改變殘余廢氣系數(shù)，提高迸氣效率、最終改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程，使動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性以與響應(yīng)性能得到綜合提高的方向發(fā)展。電子控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是起電子控制單元（ECU）由開(kāi)始的獨(dú)立模塊向與發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制模塊集成一體轉(zhuǎn)變。例如Delphi公司生產(chǎn)的第一代和第二代電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)?？梢钥闯?，第一代電子節(jié)氣門的控制模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，與傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊通過(guò)串口通信；第二代已經(jīng)取消了單獨(dú)的節(jié)氣門控制模塊，由發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊控制節(jié)氣門，這樣不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，也降低了硬件成本。第二章可變氣門技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)

13、用2.1 可變氣門技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)我們知道發(fā)動(dòng)機(jī)在高速和大負(fù)荷下需要較大的氣門重疊角和進(jìn)氣門關(guān)閉角，以便得到較高的功率輸出；反之，在怠速和低速小負(fù)荷下則需要較小的進(jìn)氣門關(guān)閉角和氣門重疊角，以便得到較好的怠速平穩(wěn)性和廢氣排放性能。如果我們以前一種情況設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)，則在后一種情況下怠速不穩(wěn)，燃沒(méi)消耗增大。反之，則出現(xiàn)在高速，不負(fù)荷情況下的功率低，燃油經(jīng)濟(jì)性差等情況。傳統(tǒng)的氣門機(jī)構(gòu)氣門正時(shí)曲線是固定的，因此氣門的開(kāi)關(guān)是固定，正時(shí)曲線以一個(gè)特定轉(zhuǎn)速作為設(shè)計(jì)值。但引擎在真實(shí)操作時(shí)轉(zhuǎn)速圍非常大，造成在其它非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速就無(wú)法發(fā)揮最佳性能。與固定配氣相位相比，可變配氣相位則可以在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作圍的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，提

14、供合適的氣門開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)刻或升程，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣性能，較好的滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷與小負(fù)荷時(shí)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、廢氣排放的要求，整體提高發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能?，F(xiàn)今，基于愈來(lái)愈嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的要求與燃料價(jià)格的攀升，可變氣門技術(shù)已成為衡量發(fā)動(dòng)機(jī)性能的標(biāo)致性關(guān)鍵技術(shù)之一，通過(guò)對(duì)可變氣門技術(shù)的研究、創(chuàng)新，燃機(jī)制造商正取得愈來(lái)愈強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。為了能更好的說(shuō)清楚可變氣門正時(shí)的原理，首先有必要簡(jiǎn)單解釋以下發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的幾項(xiàng)工作原理。2.1.1氣門正時(shí)為了能更好的說(shuō)清楚可變氣門正時(shí)的原理，首先有必要簡(jiǎn)單解釋以下發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的幾項(xiàng)工作原理。大家都知道，氣門是由發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸通過(guò)凸輪軸帶動(dòng)的，氣門的配氣正時(shí)取決

15、于凸輪軸的轉(zhuǎn)角。在普通的發(fā)動(dòng)機(jī)上，進(jìn)氣門和排氣門的開(kāi)閉時(shí)間是固定不變的，這種固定不變的正時(shí)很難兼顧到發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速的工作需求，可變氣門正時(shí)就是解決這一矛盾的技術(shù)。我們?cè)俸?jiǎn)單回顧一下“氣門疊加角”的概念在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，我們需要讓更多的新鮮空氣進(jìn)入到燃燒室，讓廢氣能盡可能的排出燃燒室，最好的解決方法就是讓進(jìn)氣門提前打開(kāi)，讓排氣門推遲關(guān)閉。這樣，在進(jìn)氣行程和排氣行程之間，就會(huì)發(fā)生進(jìn)氣門和排氣門同時(shí)打開(kāi)的情況，這種進(jìn)排氣門之間的重疊被稱為氣門疊加角。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于不同轉(zhuǎn)速時(shí)，氣門疊加角的要求也是不同的。如下圖2-1所示為VVT-I結(jié)構(gòu)組成，簡(jiǎn)述了氣門正時(shí)的控制路徑和其基本的機(jī)構(gòu)，讓我們的研究更加的簡(jiǎn)

16、潔明了。2.1圖沒(méi)有任何一種固定的氣門疊加角設(shè)置能讓發(fā)動(dòng)機(jī)在高地轉(zhuǎn)速時(shí)都能完美輸出的，如果沒(méi)有可變氣門正時(shí)技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)只能根據(jù)其匹配車型的需求，選擇最優(yōu)化的固定的氣門疊加角。例如，賽車的發(fā)動(dòng)機(jī)一般都采用較大的氣門疊加角，以有利于高轉(zhuǎn)速時(shí)候的動(dòng)力輸出。而普通的民用車則采用適中的氣門疊加角，同時(shí)兼顧高速和低速是的動(dòng)力輸出，但在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)損失很多動(dòng)力。而可變氣門正時(shí)技術(shù)，就是通過(guò)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)氣門疊加角的可變來(lái)解決這一矛盾5。2.2 可變氣門技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響VVT技術(shù)可以用來(lái)減小發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣損失，加快進(jìn)氣速度，改善混臺(tái)氣質(zhì)量，改變殘余廢氣系數(shù)，提高進(jìn)氣效率，最終改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程，使動(dòng)

17、力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性以與響應(yīng)性能得到綜合提高。就VVT技術(shù)而言，全可變配氣相位機(jī)構(gòu)由于氣門正時(shí)和升程均可變，可控制自由度最多，實(shí)現(xiàn)的功能最為廣泛，是應(yīng)用該技術(shù)的較理想的機(jī)構(gòu)。本文綜合各種可變配氣相位機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)配氣相位中影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的各種因素予以剖析2.2.1進(jìn)氣門可變正時(shí)2.2進(jìn)氣門控制電路圖. 減小泵氣損失部分負(fù)荷時(shí)，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)由于節(jié)氣門作用，進(jìn)氣節(jié)流會(huì)帶來(lái)很大泵氣損失，減小了有用功。l臺(tái)4氣門SI節(jié)氣門控制發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣損失圖，在低負(fù)荷區(qū)，泵氣損失占平均有效壓力的30。去掉節(jié)氣門，利用進(jìn)氣門早關(guān)或晚關(guān)，減少壓縮始點(diǎn)時(shí)進(jìn)入氣缸的混合氣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的控制，消除了節(jié)氣門帶來(lái)的泵氣損失

18、，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。圖2-2所示為采用進(jìn)氣門早關(guān)(EIVC)技術(shù)控制發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷與采用節(jié)氣門控制帶來(lái)?yè)Q氣損失的比較圖，其中實(shí)線為2 000rmin，虛線為4 000 rmin。提高進(jìn)氣速度發(fā)動(dòng)機(jī)處于低轉(zhuǎn)速時(shí)，尤其在怠速階段，缸渦流強(qiáng)度減弱導(dǎo)致燃燒速度不足推遲進(jìn)氣門開(kāi)啟時(shí)間，直至活塞具有較高的向下運(yùn)行速度可以提高進(jìn)氣速度，加強(qiáng)進(jìn)氣渦流，提高燃燒速率，獲得較高的循環(huán)效率。提高充氣效率利用進(jìn)氣管的壓力波可以實(shí)現(xiàn)慣性增壓，提高充氣效率。在進(jìn)氣沖程中，進(jìn)氣管由于活塞下行產(chǎn)生的正向壓力波到達(dá)進(jìn)氣門即將反射的瞬間，關(guān)閉進(jìn)氣門，可以較好的利用這種慣性增壓。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，這種壓力波的波峰隨曲軸轉(zhuǎn)角

19、的變化向曲軸轉(zhuǎn)角增大的方向推移。固定配氣相位發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門正時(shí)是高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速下的一種折衷，易導(dǎo)致高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化。優(yōu)化氣門正時(shí)可以提高充氣效率，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)，推遲進(jìn)氣門關(guān)閉可以充分利用進(jìn)氣充氣的慣性增壓效應(yīng)，提高扭矩；低轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)氣充氣慣性增壓效應(yīng)消失，為保證最大有效壓縮比，不再推遲進(jìn)氣門關(guān)閉。這樣可以使發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線更平緩。圖2-2所示為采用進(jìn)氣門可變正時(shí)與氣門正時(shí)不變時(shí)充氣效率隨轉(zhuǎn)速變化的對(duì)比?？勺儔嚎s比改變進(jìn)氣門關(guān)閉角，可以在膨脹比不變的情況下改變有效壓縮比。當(dāng)進(jìn)氣門早關(guān)時(shí)，充氣量不足；壓縮沖程中關(guān)閉進(jìn)氣門，將有一部分氣體排出氣缸，這兩種情況都會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)有效壓縮比。這

20、一點(diǎn)可以應(yīng)用于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)另外，在增壓汽油機(jī)上，精確控制進(jìn)氣門提前或滯后，可以降低缸氣體壓力，防止爆震發(fā)生。2.2.2排氣門可變正時(shí). 優(yōu)化膨脹比排氣門開(kāi)啟正時(shí)決定了有效膨脹比。發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)，排氣門在BDC前打開(kāi)，保證有充足的時(shí)間排出缸廢氣。這會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)有效膨脹比要低于在BDC處打開(kāi)排氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)，排氣時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)推遲排氣門開(kāi)肩。提高膨脹沖程功，同樣可以增加扭矩。. 部EGR EGR直接影響氣缸殘余廢氣系數(shù)，當(dāng)殘余廢氣較多時(shí)，可降低最高燃燒溫度，從而降低NO 排放。通過(guò)改變排氣門關(guān)閉時(shí)間，可以代替外部EGR。在上止點(diǎn)前提前關(guān)閉排氣門，能使一部分廢氣殘留在氣缸；另一方面，如果排氣門遲

21、后關(guān)閉，由于進(jìn)氣沖程早期階段活塞下移，把一定質(zhì)量的廢氣由排氣管倒吸回氣缸，排氣門遲關(guān)角越大，廢氣倒吸的質(zhì)量越多，改變排氣門關(guān)閉正時(shí)，就可以控制氣缸殘余廢氣系數(shù)，實(shí)現(xiàn)部EGR。當(dāng)然，由于進(jìn)氣門正時(shí)的改變，會(huì)直接影響進(jìn)人氣缸新鮮混合氣的質(zhì)量，間接地影響氣缸殘余廢氣系數(shù)。提高怠速穩(wěn)定性怠速穩(wěn)定性主要受氣缸殘余廢氣系數(shù)影響盡管在進(jìn)氣開(kāi)始階段缸總存有一定量的殘余廢氣，但可以把殘余廢氣量降至最低。調(diào)整排氣門關(guān)閉角和相應(yīng)的進(jìn)氣門開(kāi)啟角，可以把殘余廢氣降至最低，提高怠速穩(wěn)定性。改變氣門重疊角的同時(shí)，改變氣升程，可以降低怠速轉(zhuǎn)速，從而降低油耗。2.2.3氣門可變升程. 加大進(jìn)氣流動(dòng)速度低轉(zhuǎn)速時(shí)降低進(jìn)氣門升程可以

22、增加進(jìn)氣流速，加快燃燒速率，提高怠速穩(wěn)定性,4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)兩個(gè)進(jìn)氣門采用不同升程時(shí)進(jìn)氣流速的對(duì)比，其中實(shí)線為2.00 mm、虛線為3.50 mm、點(diǎn)劃線為6.50 mm、雙點(diǎn)劃線為6.595 mm。由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，低轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)氣門升程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流速影響顯著，采用較小的氣門升程可以提高進(jìn)氣流速。圖2-4給出了2 000 rmin和4 000 rmin時(shí)采用EIVC和節(jié)氣門控制不同氣門升程換氣損失的對(duì)比(曲線代表的意義同圖2-3，二點(diǎn)劃線為節(jié)氣門控制的流速比為100mm長(zhǎng)虛線為100mm，在發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下，對(duì)進(jìn)氣門升程進(jìn)行優(yōu)化控制，能降低換氣損失。.控制氣體流動(dòng)在多氣門發(fā)動(dòng)機(jī)上，分別改變每個(gè)氣門

23、的升程，會(huì)影響氣體的流動(dòng)方式。實(shí)驗(yàn)表明，與設(shè)計(jì)氣缸蓋相比，不等的氣門升程對(duì)進(jìn)氣流動(dòng)的影響更顯著。2.2.4氣門可變速度.提高充氣效率傳統(tǒng)的凸輪驅(qū)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)，氣門開(kāi)啟和關(guān)閉是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，占滿整個(gè)氣門開(kāi)啟持續(xù)期。由于氣門速度受曲軸轉(zhuǎn)速的限制，所以只有在曲軸轉(zhuǎn)速升高時(shí)，氣門速度才加大。與此相比，有些無(wú)凸輪式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門運(yùn)動(dòng)是可以控制的，不受曲軸轉(zhuǎn)速影響開(kāi)啟和關(guān)閉氣門只占?xì)忾T開(kāi)啟持續(xù)期的一小部分。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，氣門升程隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的曲線接近一矩形。高轉(zhuǎn)速時(shí)，氣門升程曲線接近一梯形。這種進(jìn)氣氣門開(kāi)啟歷程，氣門保持最大升程時(shí)間占大部分，保證了高轉(zhuǎn)速下較高的充氣效率，有利于增加發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。降低能量消耗當(dāng)

24、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，不再需要快速打開(kāi)、關(guān)閉氣門，驅(qū)動(dòng)氣門的能量降低，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。2.2.5可變氣門重疊角改善怠速穩(wěn)定性缸殘余氣體對(duì)怠速穩(wěn)定性有負(fù)面影響。盡管在進(jìn)氣開(kāi)始缸存在一定量的殘余廢氣是不可避免的，但是通進(jìn)正確調(diào)節(jié)排氣門關(guān)閉時(shí)間性和相應(yīng)的進(jìn)氣門開(kāi)啟時(shí)間（即所謂的氣門重疊角）可以將殘余廢氣量降低到最低，以確保良好的怠速穩(wěn)定性。.降低燃油消耗同是調(diào)節(jié)氣門重疊角和氣門升程可以有效地降低怠速，大大的減少燃油消耗。2.2.6停滯氣門發(fā)動(dòng)機(jī)可變排量從汽油機(jī)的負(fù)荷特性可以看出，部分負(fù)荷的比油耗顯著增加，而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在使用時(shí)，大部分時(shí)間工作在部分負(fù)荷下。采用發(fā)動(dòng)機(jī)可變排量，使排量隨負(fù)荷大小而變，

25、讓工作氣缸經(jīng)常在高負(fù)荷區(qū)工作，可以在不影響汽車動(dòng)力性的情況下提高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率，改善汽車經(jīng)濟(jì)性。在多缸機(jī)上，關(guān)閉部分氣缸的進(jìn)排氣門，并停止燃油供給，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)可變排量。文獻(xiàn)中分析了發(fā)動(dòng)機(jī)可變排量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)比了幾種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行可變排量改裝前后的性能對(duì)比，提出可變排量是一種行之有效的節(jié)油措施。改變氣流流動(dòng)方式在多氣門發(fā)動(dòng)機(jī)上，關(guān)閉部分進(jìn)氣門，會(huì)使進(jìn)氣流動(dòng)方式發(fā)生改變，如同前面提到的改變氣門升程的原理一樣，能夠改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能。失火危害控制發(fā)動(dòng)機(jī)某個(gè)缸偶然失火，很可能造成未燃?xì)怏w流經(jīng)高溫催化轉(zhuǎn)化器時(shí)著火，損壞催化劑。如果在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝失火監(jiān)視傳感器，當(dāng)有失火發(fā)生時(shí)，停止打開(kāi)排氣門，使未燃混合

26、氣滯留在缸，避免這種危害發(fā)生，隨后的燃油噴射和進(jìn)氣門開(kāi)啟也被停止，直至混合氣發(fā)火燃燒，這樣可以減少損失。. 減小轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩停止某幾個(gè)缸工作(氣門打開(kāi)，停止噴油)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、可以相應(yīng)降低起動(dòng)電機(jī)的功率要求，有可能把起動(dòng)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)做成一體。2.3 VVT技術(shù)的應(yīng)用圍2.3.1 VVT技術(shù)在汽油機(jī)上的應(yīng)用在汽油機(jī)上應(yīng)用VVT技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：改善怠速穩(wěn)定性和低速平穩(wěn)性；. 提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩；. 擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速圍；降低部分負(fù)荷燃油消耗率；. 改善廢氣排放。2.3.2 VVT技術(shù)在柴油機(jī)上的應(yīng)用在柴油機(jī)上應(yīng)用VVT技術(shù)，一方面可以用來(lái)改變有效壓縮比，另一方面可以提高各轉(zhuǎn)速下的充氣系數(shù)；此外，在增壓

27、柴油機(jī)上應(yīng)用VVT技術(shù)，可以改善增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配情況。柴油機(jī)設(shè)計(jì)的壓縮比比較高，有利于冷態(tài)起動(dòng)；而暖機(jī)后，過(guò)高的壓縮比容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，油耗升高。采用VVT技術(shù)可以將柴油機(jī)設(shè)計(jì)成高壓縮比，而利用進(jìn)氣門早關(guān)(或晚關(guān))來(lái)降低有效壓縮比，即讓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行米勒循環(huán)，既保證了發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的起動(dòng)性，又能降低油耗，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作比較柔和。VVT技術(shù)也可以提高柴油機(jī)各轉(zhuǎn)速下的充氣效率，如果適當(dāng)加大噴油量，可提高輸出功率和扭矩，機(jī)械損失相對(duì)減小，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)總效率增加。柴油機(jī)增壓是提高其性能的有效手段之一，但渦輪增壓器通常在中等工況時(shí)很好地與發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低轉(zhuǎn)速時(shí)，由于廢氣渦輪增壓器獲得能量

28、不夠，不能向氣缸提供所需的空氣，因而就不能保持相當(dāng)于額定工況的有效壓力；另外，高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷時(shí)，為防止進(jìn)氣壓力和溫度過(guò)高，造成發(fā)動(dòng)機(jī)缸的燃燒壓力超過(guò)限值，必須讓一部分廢氣從廢氣旁通閥流走，從而造成能源流失。若采用VVT技術(shù)，一方面控制排氣門在低轉(zhuǎn)速時(shí)早開(kāi)，增加廢氣能量；另一方面，在高轉(zhuǎn)速時(shí)控制進(jìn)氣門開(kāi)閉時(shí)間，降低發(fā)動(dòng)機(jī)有效壓縮比實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)，充分利用廢氣能量。這樣就可以使渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速圍更好地匹配。2.3.3可變節(jié)氣門技術(shù)在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修性好，但由于燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性等問(wèn)題，限制了它的發(fā)展。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中新鮮空氣的流失以與排氣回流是燃油經(jīng)濟(jì)性和排放

29、性惡化的主要原因。如能較好地抑制燃油的流失，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性大大優(yōu)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。在文獻(xiàn)中用實(shí)驗(yàn)分析了二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃、排氣口正時(shí)與HC濃度的關(guān)系，提出用掃、排氣口配氣正時(shí)可變技術(shù)抑制新鮮空氣流失，改善二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)性能。在奧托二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，應(yīng)用缸噴射的同時(shí)，采用了掃、排氣口配氣正時(shí)可變技術(shù)，取得了很好的效果。2.3.4節(jié)氣門與無(wú)節(jié)氣門控制在研究發(fā)動(dòng)機(jī)的可變氣門時(shí)，首先要考慮節(jié)氣門的存在對(duì)進(jìn)氣的影響。由于節(jié)氣門的存在，造成發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣過(guò)程有泵吸損失，部分負(fù)荷時(shí)尤甚。因此，要改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性，即提高有效效率，必須減少泵吸功的大小。一臺(tái)燃機(jī)的有效效率等于理論過(guò)程的效率、高壓階段和充量交換階段的

30、品質(zhì)因素和機(jī)械效率的乘積，要實(shí)現(xiàn)“無(wú)節(jié)氣的負(fù)荷控制”，即為了改善充量交換的品質(zhì)因素，也就是說(shuō)：在一個(gè)廣闊的工況圍減少充量交換損失。如果做到無(wú)節(jié)氣門，即直接抓住高質(zhì)量充量交換過(guò)程的實(shí)質(zhì)。通過(guò)可變的氣門開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間和氣門定時(shí)來(lái)決定進(jìn)氣量，就使節(jié)氣門原先由節(jié)氣門承擔(dān)的量調(diào)節(jié)任務(wù)，改由氣門機(jī)構(gòu)擔(dān)任。其革命性的變化就是將泵吸氣損失降到最少。如下圖所示，為VVT的控制電路圖，簡(jiǎn)明的闡述了VVT的控制過(guò)程和其部的電路走向，為以后我們?cè)陔娐飞系膶W(xué)習(xí)提供了很好的資料，在今后的發(fā)展中，電路控制將成為主題。2.3 VVT的控制電路圖4析上，即封閉的充量交換面積減到最小。也就使得充量交換功減小到僅有流動(dòng)損失的水平。利

31、用這種方法，在進(jìn)氣過(guò)程中節(jié)氣門保持全開(kāi)進(jìn)氣管壓力保持在環(huán)境壓力水平在進(jìn)氣沖程中當(dāng)需要的混合氣質(zhì)量已經(jīng)進(jìn)入到燃燒室時(shí)進(jìn)氣門立即關(guān)閉。某一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)2000rmin時(shí)分別在節(jié)氣模式和VALVETRONIC模式中充量交換功隨著負(fù)荷而變化的曲線的比較表明，在大多數(shù)情況下這樣做法是成功的。如此做法帶來(lái)的好處當(dāng)然隨著接近全負(fù)荷而逐漸減少，并且最終在真正達(dá)到全負(fù)荷時(shí)等于零。在低負(fù)荷區(qū)域，無(wú)節(jié)氣門負(fù)荷控制過(guò)程的充量交換功相對(duì)于純粹的節(jié)氣門模式降低大約30。在最低負(fù)荷下，只需要極短暫的進(jìn)氣門開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間就行了，這使得壓縮過(guò)程的多變曲線始于一個(gè)較低的溫度水平。所以，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)，氣門升程的調(diào)節(jié)以與由此帶來(lái)的氣門開(kāi)啟截

32、面積的縮小，導(dǎo)致氣門處完全不一樣的流動(dòng)特性，因而導(dǎo)致完全不一樣的充量運(yùn)動(dòng)。由于開(kāi)啟截面積較小，氣門和氣門座圈之間間隙處的流動(dòng)速度明顯地增加，這導(dǎo)致整個(gè)氣門區(qū)域流動(dòng)的均勻化。這個(gè)效應(yīng)對(duì)混合氣形成過(guò)程極為有利。在一臺(tái)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的發(fā)動(dòng)機(jī)上按照某一分布原理進(jìn)行的簡(jiǎn)單分析表明，在氣門升程為1mm的進(jìn)氣流動(dòng)中的混合氣氣霧分布得非常細(xì)小均勻。而在氣門全部開(kāi)啟、其他條件一樣的情況下，混合氣氣霧明顯地變得不均勻得多。通過(guò)對(duì)氣門和氣門座圈之間間隙處的混合氣流動(dòng)過(guò)程的計(jì)算分析，這些過(guò)程可以依靠物理建模加以描述。由于均勻的流動(dòng)，燃燒室混合氣的分布明顯地改善了，并且由于氣門和氣門座圈之間間隙處的剪切力，在流入速度較高的情

33、況下燃油油滴尺寸減小。如果說(shuō)在用節(jié)氣門控制負(fù)荷的發(fā)動(dòng)機(jī)中，穩(wěn)態(tài)工況下通過(guò)噴油提前、瞬態(tài)工況下通過(guò)與進(jìn)氣同步的噴油可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的HC排放的話，那么在氣門升程減小的情況下與進(jìn)氣同步的噴油總是導(dǎo)致優(yōu)化的HC排放。這種混合氣形成過(guò)程十分可靠，以致即使在最低的溫度下進(jìn)行冷起動(dòng)也只要噴入在節(jié)氣門控制負(fù)荷的發(fā)動(dòng)機(jī)中所需燃油量的半就行了。燃燒室的充量運(yùn)動(dòng)在很大程度上取決于充量在什么條件下流入燃燒室。這里，氣門處改變了的情況也導(dǎo)致了完全不同的結(jié)果。氣門周圍均勻的流動(dòng)形成了進(jìn)氣門處對(duì)稱的、方向相反的渦流。這種對(duì)稱的起動(dòng)條件首先是阻礙了通常要求發(fā)生的整體充量運(yùn)動(dòng)。這種整體的充量運(yùn)動(dòng)在傳統(tǒng)的負(fù)荷控制模式中一方面是混合

34、氣形成過(guò)程所必需，另方面又用于儲(chǔ)存流動(dòng)能量，以便在點(diǎn)火時(shí)刻形成足夠的紊流。然而，在減小了的氣門和氣門座圈之間間隙處發(fā)生的物理現(xiàn)象，如前面已經(jīng)描述過(guò)的那樣，會(huì)導(dǎo)致非常均勻的混合氣狀態(tài)，并產(chǎn)生非常高的紊流水平，這種紊流一直到點(diǎn)火時(shí)刻都可以保持在要求的高水平上。一項(xiàng)帶有比較功能的、對(duì)火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程進(jìn)行的斷層x射線分析表明，這些新情況對(duì)于燃燒過(guò)程非常有用。對(duì)氣缸的進(jìn)氣過(guò)程來(lái)說(shuō)，明顯改善了的條件導(dǎo)致非常迅速并且均勻的火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程，這種火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程遍與整個(gè)燃燒室。反之，傳統(tǒng)的節(jié)氣門調(diào)節(jié)模式導(dǎo)致眾所周知的非對(duì)稱火焰?zhèn)鞑?，伴隨著進(jìn)氣側(cè)的混合氣燃燒滯后。這主要是由于整體的無(wú)序運(yùn)動(dòng)和燃燒室的溫度狀況所引起。對(duì)燃燒壓

35、力進(jìn)行的熱力學(xué)分析證明，即使在高壓過(guò)程中也能夠因?yàn)榭焖俚哪芰哭D(zhuǎn)換和完全的燃燒而達(dá)到明顯的改善。甚至是在最小負(fù)荷區(qū)域由于非常小的氣門開(kāi)啟截面積而引起的、看似有害的節(jié)氣，也因?yàn)楦邏哼^(guò)程的改善而在很大程度上得到了補(bǔ)償，并導(dǎo)致了怠速工況下大約25的油耗改善。在氣門和氣門座圈之間間隙處新發(fā)生的物理現(xiàn)象主要對(duì)VALVETRONIC發(fā)動(dòng)機(jī)可靠的運(yùn)行性能做出了貢獻(xiàn)。2.4. VVT 在汽車上應(yīng)用的必然性 通常用氣門開(kāi)啟相位、氣門開(kāi)啟持續(xù)角度和氣門重疊角三個(gè)特性參數(shù)來(lái)描述氣門的工作情況。為了改善起動(dòng)性能并提高怠速穩(wěn)定性，需要推遲開(kāi)啟進(jìn)氣門，減少氣門重疊角。為提高低速扭矩，需要提早關(guān)閉進(jìn)氣門。為提高功率，需要提早

36、開(kāi)啟、推遲關(guān)閉進(jìn)氣門，并提高進(jìn)氣門的升程。即是說(shuō)不同工況下，對(duì)特性參數(shù)的最佳選擇是不同的。傳統(tǒng)的氣門正時(shí)系統(tǒng)由于是不可變的系統(tǒng)，因此往往只能根據(jù)某一種工況來(lái)設(shè)定配氣正時(shí)，也就是說(shuō)，僅僅在該種工況下可以獲得最理想的充氣系數(shù)，最好的動(dòng)力輸出，而在其它工況下由于充氣系數(shù)下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出也相應(yīng)下降。另一方面，由于其它工況下混合氣不能得到充分的燃燒，進(jìn)而排出廢氣中的HC、NOX、CO 將大量增加，燃油經(jīng)濟(jì)性變差。采用VVT 技術(shù)的氣門正時(shí)系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中可以根據(jù)不同工況對(duì)氣門正時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而保證在多個(gè)工況均能獲得理想的功率輸出、良好的燃油經(jīng)濟(jì)性與較低的排放。如在怠速或小載荷圍，可變氣門正

37、時(shí)系統(tǒng)可減小氣門重疊角，使更少的燃燒氣體回流到進(jìn)氣道。這使得怠速穩(wěn)定，燃油經(jīng)濟(jì)性提高。在中等載荷圍，可變氣門正時(shí)系統(tǒng)會(huì)使氣門重疊角增加，以獲得更好的EGR效果，減少了排出氣體中NOx的含量，并降低了發(fā)動(dòng)機(jī)泵送損失和燃燒溫度。由于未燃燒氣體的再燃燒，使得HC 的排放量也得到降低。在重載荷、高速圍，可變氣門正時(shí)系統(tǒng)可使進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻滯后，以獲得大功率用以提高最大輸出功率。通過(guò)傳統(tǒng)氣門正時(shí)系統(tǒng)與采用VVT技術(shù)的氣門系統(tǒng)進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，VVT 技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出、燃油經(jīng)濟(jì)性與排放性能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著近些年汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保要求不斷提高，采用VVT技術(shù)成為了一種必然的趨勢(shì)。2.5

38、 VVT 的應(yīng)用與發(fā)展2.5.1 VVT 在歐洲的應(yīng)用與發(fā)展情況由于VVT 技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)，許多汽車廠商從上世紀(jì)90 年代便開(kāi)始將該技術(shù)裝備到其生產(chǎn)的汽車上。自1990年歐洲開(kāi)始采用VVT 技術(shù)以來(lái)，主要被阿爾法·羅密歐、寶馬、美洲豹、沃爾沃、保時(shí)捷、戴-克、奧迪、雷諾等高級(jí)轎車生產(chǎn)廠商采用，取得了良好效果。近幾年，國(guó)外不少知名汽車生產(chǎn)商也開(kāi)始采用進(jìn)氣門連續(xù)可變正時(shí)控制、排氣門可變正時(shí)控制、氣門行程和工作角調(diào)整等型式，來(lái)提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。目前，以機(jī)械式氣門控制機(jī)構(gòu)為主流，但未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)將轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)電磁氣門控制系統(tǒng)。保時(shí)捷公司2001年款渦輪增壓3.6L水平對(duì)置型發(fā)動(dòng)機(jī)，采用2

39、 級(jí)可調(diào)開(kāi)關(guān)式挺桿的可變凸輪頂點(diǎn)裝置。該裝置由4個(gè)閥頂、軸向凸輪軸調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)換式氣門挺桿組成。各缸的兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門成V 形布置。這套全部由德國(guó)INA 公司提供的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)，和過(guò)去的可變凸輪相比，排氣有害物質(zhì)下降50%，使發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放達(dá)歐洲IV 號(hào)排放限值標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)加州LEV 排放限值標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性也有了很大的提高4。寶馬汽車公司開(kāi)發(fā)的1.8L直列4 缸發(fā)動(dòng)機(jī)，采用無(wú)級(jí)可變氣門行程和工作角的氣門控制器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可明顯改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，最大功率由77kW 提高到85W，最大扭矩由165N.m提高到175N.m，最高車速可達(dá)210km/h。與同級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)比較，油耗下降1

40、0%15%。同時(shí)，該系統(tǒng)屬柔性技術(shù)，除能適應(yīng)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)外，還可達(dá)到歐洲IV 號(hào)排放限值標(biāo)準(zhǔn)。寶馬公司2002年底前，在8缸和12缸機(jī)上全部使用氣門控制器系統(tǒng)。2003年后，在直列6 缸機(jī)上也全部使用氣門控制器系統(tǒng)，以提高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性與排放性4。阿爾法·羅密歐和戴-克公司使用自制的VVT，其他公司由外部供應(yīng)。歐洲有代表性的高技術(shù)氣門機(jī)構(gòu)供應(yīng)商有INA瓦茲拉格公司和西門子的子公司液壓環(huán)公司。INA 公司年產(chǎn)VVT 約50 萬(wàn)件，主要供給寶馬和保時(shí)捷公司，同時(shí)向日本雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)公司和福特汽車公司供貨。西門子的液壓環(huán)子公司與保時(shí)捷公司合作開(kāi)發(fā)雙V 凸輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)由兩個(gè)聯(lián)動(dòng)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)氣

41、門，在60 度角無(wú)級(jí)調(diào)整進(jìn)氣凸輪、排氣凸輪，這種雙V凸輪系統(tǒng)已風(fēng)靡歐洲。2.5.2VVT 在亞洲的應(yīng)用與發(fā)展情況在亞洲，以豐田VVT-i 與本田的i-VTEC 都是可變正時(shí)技術(shù)里的佼佼者。VTEC 是世界上第一個(gè)能同時(shí)控制氣門開(kāi)閉時(shí)間與升程兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。VTEC（Variable Valve Timing and Valve LifeElectronic Control System）的意思“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)”。與普通發(fā)動(dòng)機(jī)相比，VTEC 發(fā)動(dòng)機(jī)所不同的是凸輪與搖臂的數(shù)目與控制方法，它有中低速用和高速用兩組不同的氣門驅(qū)動(dòng)凸輪，并可通過(guò)電子控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)進(jìn)行自

42、動(dòng)轉(zhuǎn)換。通過(guò)VTEC 系統(tǒng)裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)行駛工況自動(dòng)改變氣門的開(kāi)啟時(shí)間和提升程度，即改變進(jìn)氣量和排氣量，從而達(dá)到增大功率、降低油耗與減少污染的目的。整個(gè)VTEC 系統(tǒng)由ECU 控制，接收發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器（包括轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、車速、水溫等）的參數(shù)并進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制，獲得所需的動(dòng)力。最近，本田又推出了比VTEC 更先進(jìn)的I-VTEC 系統(tǒng)，I-VTEC 系統(tǒng)是在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，添加了一個(gè)“可變正時(shí)控制系統(tǒng)”，通過(guò)ECU 控制程序調(diào)節(jié)進(jìn)氣門的開(kāi)啟關(guān)閉，使氣門的重疊時(shí)間更加精確，達(dá)到最佳的進(jìn)、排氣時(shí)機(jī)，并且進(jìn)一步提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。VVT-i

43、是豐田獨(dú)有的領(lǐng)先發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，過(guò)去僅裝備于豐田的進(jìn)口原裝高檔車上。VVT-i（Variable ValveTiming and Lift with intelligence）的意思是“智能可變配氣正時(shí)系統(tǒng)”5。該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)控制進(jìn)氣凸輪軸，通過(guò)調(diào)整凸輪軸轉(zhuǎn)角對(duì)配氣時(shí)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最佳的配氣正時(shí)，從而在所有速度圍提高扭矩，并能大大改善燃油經(jīng)濟(jì)性，有效提高汽車的功率與性能，減少油耗和廢氣排放。VVTi 系統(tǒng)由傳感器、電控單元、液壓控制閥和控制器等部分組成，按控制器的安裝部位不同而分成兩種：一種是安裝在排氣凸輪軸上的，稱為葉片式VVTi，如豐田大霸王；另一種是安裝在進(jìn)氣凸輪軸

44、上的，稱為螺旋槽式VVTi，凌志400、430 等高級(jí)轎車就是采用的此種型式。2.5.3VVT 在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展情況由吉利集團(tuán)自主研發(fā)的中國(guó)首臺(tái)采用了CVVT技術(shù)（智能連續(xù)可變氣門正時(shí)技術(shù)）的發(fā)動(dòng)機(jī)-JL4G18在吉利汽車基地舉行了點(diǎn)火儀式，并宣告正式量產(chǎn)。吉利推出的CVVTJL4G18 發(fā)動(dòng)機(jī)是以豐田VVT技術(shù)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)，并聯(lián)合德國(guó)FEV 公司共同研究的、借鑒了歐美發(fā)動(dòng)機(jī)的最新技術(shù)，溶合了不少創(chuàng)新元素，如發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、電子油門技術(shù)均采用了國(guó)際最新技術(shù)，采用了輕巧的鋁合金缸體，使其動(dòng)力性大大加強(qiáng)，油耗和排放大大降低，使其各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)雙VVT-i 和i-VTEC 發(fā)動(dòng)機(jī)

45、，在國(guó)際市場(chǎng)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)中處于三強(qiáng)地位。目前在吉利遠(yuǎn)景上正是搭載的這款發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著環(huán)保節(jié)能要求的日益提高，VVT 技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展和普與前景將十分廣闊。2.6 VVT 在單凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用到目前為止，可變氣門正時(shí)系統(tǒng)只有在配置獨(dú)立控制的雙頂置凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用才有上述優(yōu)勢(shì)，單凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)不行。然而單凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)（氣門頂置式和單凸輪軸頂置式）由于其緊湊的設(shè)計(jì)，具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)。馬勒開(kāi)發(fā)了可變正時(shí)的CamlnCam 嵌套式凸輪軸系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)部件，它在單凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上也可發(fā)揮雙凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上的功能。CamlnCam 發(fā)動(dòng)機(jī)不需要重新設(shè)計(jì)，而且所需的生產(chǎn)設(shè)施也一樣。更重要的是，CamlnCam

46、 帶來(lái)的是更高的功率和扭矩，更少的燃料消耗和排放以與更好的怠速性能。這項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)用在最新款的Dodge Viper 發(fā)動(dòng)機(jī)上。采用此技術(shù)后，Viper 的功率又提高了100 馬力。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)也推動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)小型化戰(zhàn)略。42.7 VVT 發(fā)展新動(dòng)向2.7.1全可變電子氣門控制系統(tǒng)寶馬N系列發(fā)動(dòng)機(jī)免除傳統(tǒng)的節(jié)氣門的功能，實(shí)現(xiàn)氣門特性的參數(shù)全部可變。通過(guò)電子控制機(jī)械式全可變進(jìn)氣門升程控制機(jī)構(gòu)無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)進(jìn)氣門的升程，同時(shí)配合雙可變凸輪軸控制機(jī)構(gòu)，連續(xù)的改變進(jìn)、排氣門的正時(shí)與持續(xù)時(shí)間，可使進(jìn)、排氣門在最有利的重疊角圍工作，使氣缸的充氣量保持在最佳狀態(tài)。裝配了全變量氣門控制系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，油耗降低10

47、%，功率增加20%，同時(shí)廢氣排放性能也得到很大改善。電子節(jié)氣門電路圖 第三章 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.1 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的組成 傳統(tǒng)的節(jié)氣門與加速踏板之間通過(guò)拉索(桿)連接，節(jié)氣門的開(kāi)度完全由駕駛員通過(guò)加速踏板來(lái)控制。這種機(jī)械控制方式只能使發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)完全按駕駛員對(duì)加速踏板的操作控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，不能確保發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)與汽車的運(yùn)行情況形成最佳的匹配。電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)使加速踏板與節(jié)氣門之間無(wú)機(jī)械連接， 通過(guò)傳感器、電子控制器與節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)電子控制方式的連接，可使發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的開(kāi)度不完全取決于駕駛員對(duì)加速踏板的操縱，控制系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況、汽車的行駛狀態(tài)等對(duì)節(jié)

48、氣門的開(kāi)度作出實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在最適當(dāng)?shù)臓钕鹿ぷ鳎瑥亩岣吡似嚨膭?dòng)力性、安全性與舒適性。電子節(jié)氣門開(kāi)始只是在某些高級(jí)轎車上有應(yīng)用，現(xiàn)已出現(xiàn)在國(guó)外生產(chǎn)的家用轎車上1。電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)圖3-1 雙閥式電子節(jié)氣門結(jié)構(gòu)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)主要由節(jié)氣門總成、加速踏板位置傳感器和電子控制器等組成，（如圖3-1所示。）加速踏板位置傳感器通常采用雙電位計(jì)式傳感器，安裝在加速踏板總成部，用于檢測(cè)加速踏板的位置變化。雙電位計(jì)式加速踏板位置傳感器同時(shí)輸兩個(gè)大小同向變化，但變化斜率不同的電壓信號(hào)3。可提高測(cè)量精度，使電子控制器對(duì)節(jié)氣門開(kāi)度的控制更加精準(zhǔn)。加速踏板位置傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙時(shí)加速踏板與傳感器之間通過(guò)

49、一根拉索連接。節(jié)氣門位置傳感器采用無(wú)觸點(diǎn)的雙電位計(jì)式傳感器，安裝在節(jié)氣門總成，用于將節(jié)氣門的位置信息反饋給電子控制器。節(jié)氣門位置傳感器雙電位計(jì)的兩個(gè)電壓信號(hào)通常是相向改變，當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度改變時(shí)，節(jié)氣門位置傳感器的一個(gè)信號(hào)電壓增大，另一信號(hào)電壓則減小。節(jié)氣門位置傳感器設(shè)雙電位計(jì)的目的也是為了提高電子控制器對(duì)節(jié)氣門位置的控制準(zhǔn)確度。電子控制器根據(jù)加速踏板位置傳感器與其它相關(guān)傳感器的信號(hào)進(jìn)行最佳節(jié)氣門開(kāi)度判斷，并輸出控制信號(hào)， 控制節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)裝置，將節(jié)氣門調(diào)整到適當(dāng)開(kāi)度。電子節(jié)氣門控制器通常是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器中的一個(gè)控制模塊，由相應(yīng)的控制程序和驅(qū)動(dòng)電路組成。節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其

50、作用是按照電子控制器的指令動(dòng)作，與時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開(kāi)度。3.2 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)工作原理3.2.1 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作方式電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作方式如圖3-2所示。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，加速踏板位置傳感器將反映加速踏板位置的電信號(hào)輸送給電子控制器，電子控制器根據(jù)此位置信號(hào)判斷駕駛員的駕車意圖， 并參考發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器與其它相關(guān)傳感器的電信號(hào)， 得到最佳的節(jié)氣門開(kāi)度參數(shù)，然后與當(dāng)前的節(jié)氣門位置進(jìn)行比較。當(dāng)節(jié)氣門的開(kāi)度與最佳開(kāi)度參數(shù)不一致時(shí)，便輸出控制信號(hào)，控制節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)裝置工作，將節(jié)氣門調(diào)整到適當(dāng)?shù)拈_(kāi)度。圖3-2 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作方式3.2.2電子節(jié)氣門體工作原理電子節(jié)氣

51、門體控制原理框圖（如圖3-3所示）。電子節(jié)氣門體使用發(fā)動(dòng)機(jī)電腦發(fā)出的控制信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。電子節(jié)氣門體包括一個(gè)節(jié)氣門電機(jī)(步進(jìn)電機(jī))，由發(fā)動(dòng)機(jī)電腦控制，并由發(fā)動(dòng)機(jī)電腦部的電源供電，步進(jìn)電機(jī)齒輪以與兩個(gè)彈簧(一個(gè)打開(kāi)彈簧，一個(gè)回位彈簧)轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)氣門。節(jié)氣門在怠速位置時(shí)是關(guān)閉的，沒(méi)有空氣通過(guò)節(jié)氣門。節(jié)氣門軸與兩個(gè)位置傳感器機(jī)械連接，位置傳感器也由發(fā)動(dòng)機(jī)電腦供電。位置傳感器提供節(jié)氣門開(kāi)度數(shù)據(jù)給電腦。節(jié)氣門體有故障時(shí)，必須作為一個(gè)整體來(lái)更換。油門踏板位置傳感器的功能是為發(fā)動(dòng)機(jī)電腦提供油門踏板位置數(shù)據(jù)2。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦使用該數(shù)據(jù)來(lái)控制節(jié)氣門的正確開(kāi)度。該傳感器包括：兩個(gè)分壓器，一個(gè)ACDC轉(zhuǎn)換器，節(jié)氣門位置傳感

52、器連接到節(jié)氣門軸上，分壓器的電阻隨油門踏板位置一起改變。油門踏板位置傳感器分別傳送一個(gè)模擬和一個(gè)數(shù)字信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)電腦。數(shù)字信號(hào)由AD轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦同時(shí)使用模擬和數(shù)字信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度。節(jié)氣門位置傳感器連接到節(jié)氣門軸上，分壓器的電阻隨油門踏板位置一起改變。油門踏板位置傳感器分別傳送一個(gè)模擬和一個(gè)數(shù)字信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)電腦。數(shù)字信號(hào)由AD轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦同時(shí)使用模擬和數(shù)字信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度。圖3-3 電子節(jié)氣門體控制原理油門踏板位置傳感器的故障診斷。油門踏板位置傳感器信號(hào)可以用故障診斷儀來(lái)讀取。如果發(fā)動(dòng)機(jī)電腦探測(cè)到模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間有差異，就會(huì)儲(chǔ)存故障代碼。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦使用一個(gè)后備數(shù)值來(lái)確保功能。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦控制節(jié)氣門主要使用的信號(hào)來(lái)自：. 油門踏板位置傳感器：. 離合器踏板傳感器；. 制動(dòng)開(kāi)關(guān)：. 節(jié)氣門位置傳感器；. 自動(dòng)變速器檔位信號(hào)；. 空調(diào)壓縮機(jī)負(fù)載傳感器；.發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器。節(jié)氣門位置