汽油發(fā)動機電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)論文

PAGEPAGE26摘要介紹電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的基本組成及工作原理，分析電子節(jié)氣門的特點。電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)可實現(xiàn)基于發(fā)動機最佳運行狀況、汽車最佳行駛工況及其它控制目標(biāo)的控制。隨著時代的發(fā)展，人們的生活水平不斷的提高，對汽車的性能要求也在不斷發(fā)展和變化，特別是在經(jīng)濟環(huán)保和舒適動力方面尤為重視。從而現(xiàn)在科技應(yīng)運而生了可變節(jié)氣門技術(shù)。傳統(tǒng)發(fā)動機的氣門正時系統(tǒng)很難滿足發(fā)動機在各個工況對配氣的需要，進而影響發(fā)動機性能。采用可變氣門正時技術(shù)的氣門正時系統(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)流板改為由三片開啟方向相同的氣閥組成，工作時三片氣閥同時、同角度開啟，在發(fā)動機負(fù)壓的作用下，氣流沿著每片氣閥片有導(dǎo)流葉的斜面進入，沿著同一方向產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)渦流。以這樣的方式進氣，能有效增大進氣量和進氣壓力，同時實現(xiàn)均勻進氣，使氣缸內(nèi)的空氣和燃油混合的更充分，顯著改善發(fā)動機的燃燒質(zhì)量，提高發(fā)動機動力，從而實現(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啟時間或開啟大小，以保證良好的充氣系數(shù)，進而提高發(fā)動機功率并降低油耗。目前該技術(shù)在國內(nèi)外的現(xiàn)代發(fā)動機上已有所應(yīng)用。隨著可變氣門正時技術(shù)的不斷發(fā)展完善，發(fā)動機動力性、節(jié)能、環(huán)保要求的不斷提高，該技術(shù)將有著越來越廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：可變氣門正時基本組成；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 21.2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 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 62.2可變氣門技術(shù)對發(fā)動機性能的影響 72.2.1進氣門可變正時 82.2.2排氣門可變正時 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 112.3VVT技術(shù)的應(yīng)用范圍 112.3.1VVT技術(shù)在汽油機上的應(yīng)用 112.3.2VVT技術(shù)在柴油機上的應(yīng)用 112.3.3可變節(jié)氣門技術(shù)在二沖程發(fā)動機中的應(yīng)用 122.3.4節(jié)氣門與無節(jié)氣門控制 122.4.VVT在汽車上應(yīng)用的必然性 142.5VVT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在我國的應(yīng)用與發(fā)展情況 172.6VVT在單凸輪軸發(fā)動機上的應(yīng)用 172.7VVT發(fā)展新動向 182.7.1全可變電子氣門控制系統(tǒng) 18第三章汽油發(fā)動機電子節(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)動機電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的特點 22四結(jié)語 24參考文獻 25致謝 26第一章序言1.1使用可變節(jié)氣門的意義近年來，隨著世界上能源危機的日益加深和環(huán)境問題的不斷突出，節(jié)能和環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)今世界的兩大主題。目前世界上三個主要的汽車生產(chǎn)和消費區(qū)：日本、歐盟和北美在能源和排放問題上雖然法規(guī)各有特點，但總的趨勢是，排放越來越嚴(yán)格、能源越來越重視。以歐盟為例，從歐洲I號到歐洲Ⅲ號標(biāo)準(zhǔn)，污染物排放水平降低了90％[4]。美國和日本的排放法規(guī)更加嚴(yán)格。另外，除美國外，日本和歐盟在乘用車燃油經(jīng)濟性限值上是相當(dāng)嚴(yán)格的。我國在2005年出臺了乘用車燃油消耗量限值強制性國家標(biāo)準(zhǔn)，對乘用車燃油消耗量限值僅次于日本和歐盟。同年4月，又出臺了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)》。標(biāo)準(zhǔn)的兩個階段分別將于2007年7月1日和2010年7但另一方面，隨著生活水平的提高和產(chǎn)品的升級以及技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車的動力性、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，享受到駕駛樂趣。因此，二十一世紀(jì)符合市場需求的應(yīng)當(dāng)是節(jié)能、環(huán)保、高性能的汽車。針對這種現(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，對于在節(jié)能、環(huán)保、性能方面起到關(guān)鍵影響的發(fā)動機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，必然也很大程度地提高了發(fā)動機的成本，這在大批量生產(chǎn)的乘用車，尤其是經(jīng)濟型乘用車是一個必須考慮的因素。發(fā)動機可變氣門正時技術(shù)(VariableValveTuning)做為一種性價比相當(dāng)高的技術(shù)方案，近年來在對發(fā)動機的高效率化、降低油耗、提高性能和降低尾氣排放的要求越來越高的情況下，作為手段之一的可變配氣機構(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)的內(nèi)燃機的配氣相位不能根據(jù)內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速而改變。因而在整個運行范圍內(nèi)，只有在一個很窄的工況范圍內(nèi)具有最佳的配氣相位，其他工況只能相對兼顧。在提高汽油發(fā)動機性能方面，可以通過配置合適的氣門正時，即進排氣門開啟時刻及開啟的持續(xù)時間，提高充氣系數(shù)，進而使發(fā)動機發(fā)出更大功率。傳統(tǒng)發(fā)動機的氣門正時系統(tǒng)，是一種不可變的機械系統(tǒng)，這種配氣系統(tǒng)很難滿足發(fā)動機在低速運轉(zhuǎn)和高速運轉(zhuǎn)時對配氣的需要，會影響到發(fā)動機動力的輸出。而采用可變氣門正時技術(shù)(VVT,VariableValveTiming)的氣門正時系統(tǒng)，是一種改變氣門開啟時間或開啟大小的系統(tǒng)，通過在不同轉(zhuǎn)速下為車輛匹配更合理的氣門開啟，保證良好的充氣系數(shù)，進而增強車輛扭矩輸出的均衡性，提高發(fā)動機功率并降低油耗。實際上，氣門疊開角、進氣門關(guān)閉角和排氣門關(guān)閉角是配氣定時的主要參數(shù)。就優(yōu)化內(nèi)燃機的運行工況而言，為使怠速穩(wěn)定性好，氣門疊開角要小，在其他工況下，為提高充氣效率和降低NOx，氣門疊開角要大。低速時要求進、排氣門接近上止點附近打開和關(guān)閉，高速時則要求進、排氣門遠(yuǎn)離下止點位置關(guān)閉和打開。怠速時進氣門的開閉定時不重要.為了滿足發(fā)動機全工況的要求，就需設(shè)計可變的配氣相位。VVT技術(shù)改變了傳統(tǒng)發(fā)動機中配氣相位固定不變的狀態(tài)，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況范圍內(nèi)提供最佳的配氣正時，較好地解決了高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷與小負(fù)荷下動力性與經(jīng)濟性的矛盾，同時在一定程度上改善了廢氣排放。更進一步的說，VVT技術(shù)可以用來減小發(fā)動機泵氣損失，加快進氣速度、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)動機的燃燒過程，使動力性、經(jīng)濟性、排放性以及響應(yīng)性能得到綜合提高。對于汽油機而言，應(yīng)用VVT技術(shù)有以下優(yōu)點：(1)改善怠速穩(wěn)定性和低速平穩(wěn)性；(2)提高發(fā)動機功率和扭矩；(3)擴大發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍；(4)降低部分負(fù)荷燃油消耗率；(5)改善廢氣排放。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)的機械式節(jié)氣門；隨著汽車電子技術(shù)的日益發(fā)展和對汽車性能要求的提高，上世紀(jì)80年代中后期，出現(xiàn)了第一臺電子節(jié)氣門，應(yīng)用在德國寶馬公司的BMW750iL頂級轎車上。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)的高級轎車上，如奔馳、寶馬以及德國大眾的奧迪系列等等。隨著能源問題的日益嚴(yán)重和環(huán)境要求的提高，以及控制技術(shù)的日益成熟，電子節(jié)氣門將越來越廣泛地應(yīng)用在各級別的汽車上，這將是大勢所趨。目前國外各大汽車生產(chǎn)商和零件生產(chǎn)尚在從事電子節(jié)氣門技術(shù)的開發(fā)研究，其中德國Bosch公司和美國的Delphi公司在該研究上處于領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品已經(jīng)開始市場化系列化。經(jīng)過進二十年的發(fā)展，電子節(jié)氣門可以實現(xiàn)的功能越來越強大，現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛的巡航控制、怠速控制、自適應(yīng)巡航控制等不同工況下發(fā)動機的控制要求。作為當(dāng)代最先進發(fā)動機管理系統(tǒng)的代表的Bosch發(fā)動機管理系統(tǒng)和美Delphi發(fā)動機管理系統(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簡單沒有考慮到節(jié)氣門總成的機械部分存在的非線性問題，這對節(jié)氣門的精確控制產(chǎn)生了一的影響。近年來研究人員已經(jīng)關(guān)注到這個問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。1.3可變節(jié)氣門的發(fā)展趨勢目前,可變節(jié)氣門正朝著系統(tǒng)的減小發(fā)動機泵氣損失、加快進氣速度、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)動機的燃燒過程，使動力性、經(jīng)濟性、排放性以及響應(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)展趨勢是起電子控制單元（ECU）由開始的獨立模塊向與發(fā)動機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設(shè)計，與傳動系統(tǒng)控制模塊通過串口通信；第二代已經(jīng)取消了單獨的節(jié)氣門控制模塊，由發(fā)動機控制模塊控制節(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)用2.1可變氣門技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)我們知道發(fā)動機在高速和大負(fù)荷下需要較大的氣門重疊角和進氣門關(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)計配氣機構(gòu)，則在后一種情況下怠速不穩(wěn)，燃沒消耗增大。反之，則出現(xiàn)在高速，不負(fù)荷情況下的功率低，燃油經(jīng)濟性差等情況。傳統(tǒng)的氣門機構(gòu)氣門正時曲線是固定的，因此氣門的開關(guān)是固定，正時曲線以一個特定轉(zhuǎn)速作為設(shè)計值。但引擎在真實操作時轉(zhuǎn)速范圍非常大，造成在其它非設(shè)計轉(zhuǎn)速就無法發(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)動機整個工作范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，提供合適的氣門開啟、關(guān)閉時刻或升程，從而改善發(fā)動機進、排氣性能，較好的滿足發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷與小負(fù)荷時動力性、經(jīng)濟性、廢氣排放的要求，整體提高發(fā)動機綜合性能?，F(xiàn)今，基于愈來愈嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的要求與燃料價格的攀升，可變氣門技術(shù)已成為衡量發(fā)動機性能的標(biāo)致性關(guān)鍵技術(shù)之一，通過對可變氣門技術(shù)的研究、創(chuàng)新，內(nèi)燃機制造商正取得愈來愈強的競爭力。為了能更好的說清楚可變氣門正時的原理，首先有必要簡單解釋以下發(fā)動機相關(guān)的幾項工作原理。2.1.1氣門正時為了能更好的說清楚可變氣門正時的原理，首先有必要簡單解釋以下發(fā)動機相關(guān)的幾項工作原理。大家都知道，氣門是由發(fā)動機的曲軸通過凸輪軸帶動的，氣門的配氣正時取決于凸輪軸的轉(zhuǎn)角。在普通的發(fā)動機上，進氣門和排氣門的開閉時間是固定不變的，這種固定不變的正時很難兼顧到發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速的工作需求，可變氣門正時就是解決這一矛盾的技術(shù)。我們再簡單回顧一下“氣門疊加角”的概念——在發(fā)動機運轉(zhuǎn)的時候，我們需要讓更多的新鮮空氣進入到燃燒室，讓廢氣能盡可能的排出燃燒室，最好的解決方法就是讓進氣門提前打開，讓排氣門推遲關(guān)閉。這樣，在進氣行程和排氣行程之間，就會發(fā)生進氣門和排氣門同時打開的情況，這種進排氣門之間的重疊被稱為氣門疊加角。當(dāng)發(fā)動機處于不同轉(zhuǎn)速時，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，簡述了氣門正時的控制路徑和其基本的機構(gòu)，讓我們的研究更加的簡潔明了。2.1圖沒有任何一種固定的氣門疊加角設(shè)置能讓發(fā)動機在高地轉(zhuǎn)速時都能完美輸出的，如果沒有可變氣門正時技術(shù)，發(fā)動機只能根據(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)動機一般都采用較大的氣門疊加角，以有利于高轉(zhuǎn)速時候的動力輸出。而普通的民用車則采用適中的氣門疊加角，同時兼顧高速和低速是的動力輸出，但在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速時會損失很多動力。而可變氣門正時技術(shù)，就是通過技術(shù)手段，實現(xiàn)氣門疊加角的可變來解決這一矛盾[5]。2.2可變氣門技術(shù)對發(fā)動機性能的影響VVT技術(shù)可以用來減小發(fā)動機泵氣損失，加快進氣速度，改善混臺氣質(zhì)量，改變殘余廢氣系數(shù)，提高進氣效率，最終改善發(fā)動機的燃燒過程，使動力性、經(jīng)濟性、排放性以及響應(yīng)性能得到綜合提高。就VVT技術(shù)而言，全可變配氣相位機構(gòu)由于氣門正時和升程均可變，可控制自由度最多，實現(xiàn)的功能最為廣泛，是應(yīng)用該技術(shù)的較理想的機構(gòu)。本文綜合各種可變配氣相位機構(gòu)的優(yōu)點，對配氣相位中影響發(fā)動機性能的各種因素予以剖析2.2.1進氣門可變正時2.2進氣門控制電路圖①.減小泵氣損失部分負(fù)荷時，傳統(tǒng)發(fā)動機由于節(jié)氣門作用，進氣節(jié)流會帶來很大泵氣損失，減小了有用功。l臺4氣門SI節(jié)氣門控制發(fā)動機泵氣損失圖，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，利用進氣門早關(guān)或晚關(guān)，減少壓縮始點時進入氣缸的混合氣，從而實現(xiàn)對發(fā)動機負(fù)荷的控制，消除了節(jié)氣門帶來的泵氣損失，提高了燃油經(jīng)濟性。圖2-2所示為采用進氣門早關(guān)(EIVC)技術(shù)控制發(fā)動機負(fù)荷與采用節(jié)氣門控制帶來換氣損失的比較圖，其中實線為2000r／min，虛線為4000r／min。②．提高進氣速度發(fā)動機處于低轉(zhuǎn)速時，尤其在怠速階段，缸內(nèi)渦流強度減弱導(dǎo)致燃燒速度不足．推遲進氣門開啟時間，直至活塞具有較高的向下運行速度．可以提高進氣速度，加強進氣渦流，提高燃燒速率，獲得較高的循環(huán)效率。③．提高充氣效率利用進氣管內(nèi)的壓力波可以實現(xiàn)慣性增壓，提高充氣效率。在進氣沖程中，進氣管內(nèi)由于活塞下行產(chǎn)生的正向壓力波到達進氣門即將反射的瞬間，關(guān)閉進氣門，可以較好的利用這種慣性增壓。實驗表明，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時，這種壓力波的波峰隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化向曲軸轉(zhuǎn)角增大的方向推移。固定配氣相位發(fā)動機的氣門正時是高轉(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)動機性能惡化。優(yōu)化氣門正時可以提高充氣效率，當(dāng)發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，推遲進氣門關(guān)閉可以充分利用進氣充氣的慣性增壓效應(yīng)，提高扭矩；低轉(zhuǎn)速時，進氣充氣慣性增壓效應(yīng)消失，為保證最大有效壓縮比，不再推遲進氣門關(guān)閉。這樣可以使發(fā)動機扭矩曲線更平緩。圖2-2所示為采用進氣門可變正時與氣門正時不變時充氣效率隨轉(zhuǎn)速變化的對比。④．可變壓縮比改變進氣門關(guān)閉角，可以在膨脹比不變的情況下改變有效壓縮比。當(dāng)進氣門早關(guān)時，充氣量不足；壓縮沖程中關(guān)閉進氣門，將有一部分氣體排出氣缸，這兩種情況都會降低發(fā)動機有效壓縮比。這一點可以應(yīng)用于增壓發(fā)動機另外，在增壓汽油機上，精確控制進氣門提前或滯后，可以降低缸內(nèi)氣體壓力，防止爆震發(fā)生。2.2.2排氣門可變正時①.優(yōu)化膨脹比排氣門開啟正時決定了有效膨脹比。發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速時，排氣門在BDC前打開，保證有充足的時間排出缸內(nèi)廢氣。這會使發(fā)動機有效膨脹比要低于在BDC處打開排氣門。發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時，排氣時間較長，應(yīng)推遲排氣門開肩。提高膨脹沖程功，同樣可以增加扭矩。②.內(nèi)部EGREGR直接影響氣缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)，當(dāng)殘余廢氣較多時，可降低最高燃燒溫度，從而降低NO排放。通過改變排氣門關(guān)閉時間，可以代替外部EGR。在上止點前提前關(guān)閉排氣門，能使一部分廢氣殘留在氣缸內(nèi)；另一方面，如果排氣門遲后關(guān)閉，由于進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，就可以控制氣缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)，實現(xiàn)內(nèi)部EGR。當(dāng)然，由于進氣門正時的改變，會直接影響進人氣缸內(nèi)新鮮混合氣的質(zhì)量，間接地影響氣缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)。③．提高怠速穩(wěn)定性怠速穩(wěn)定性主要受氣缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)影響盡管在進氣開始階段缸內(nèi)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)的進氣門開啟角，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，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①.加大進氣流動速度低轉(zhuǎn)速時降低進氣門升程可以增加進氣流速，加快燃燒速率，提高怠速穩(wěn)定性,4氣門發(fā)動機兩個進氣門采用不同升程時進氣流速的對比，其中實線為2.0／0mm、虛線為3.5／0mm、點劃線為6.5／0mm、雙點劃線為6.5／9．5mm。由試驗結(jié)果可見，低轉(zhuǎn)速時，進氣門升程對發(fā)動機進氣流速影響顯著，采用較小的氣門升程可以提高進氣流速。圖2-4給出了2000r／min和4000r／min時采用EIVC和節(jié)氣門控制不同氣門升程換氣損失的對比(曲線代表的意義同圖2-3，二點劃線為節(jié)氣門控制的流速比為10／0mm．長虛線為10／0mm，在發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下，對進氣門升程進行優(yōu)化控制，能降低換氣損失。②.控制氣體流動在多氣門發(fā)動機上，分別改變每個氣門的升程，會影響氣體的流動方式。實驗表明，與設(shè)計氣缸蓋相比，不等的氣門升程對進氣流動的影響更顯著。2.2.4氣門可變速度①.提高充氣效率傳統(tǒng)的凸輪驅(qū)動式發(fā)動機，氣門開啟和關(guān)閉是一個漸進的過程，占滿整個氣門開啟持續(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，氣門速度才加大。與此相比，有些無凸輪式發(fā)動機的氣門運動是可以控制的，不受曲軸轉(zhuǎn)速影響．開啟和關(guān)閉氣門只占?xì)忾T開啟持續(xù)期的一小部分。在低轉(zhuǎn)速時，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，氣門升程曲線接近一梯形。這種進氣氣門開啟歷程，氣門保持最大升程時間占大部分，保證了高轉(zhuǎn)速下較高的充氣效率，有利于增加發(fā)動機扭矩。②．降低能量消耗當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低時，不再需要快速打開、關(guān)閉氣門，驅(qū)動氣門的能量降低，提高了發(fā)動機的整體效率。2.2.5可變氣門重疊角①．改善怠速穩(wěn)定性缸內(nèi)殘余氣體對怠速穩(wěn)定性有負(fù)面影響。盡管在進氣開始缸內(nèi)存在一定量的殘余廢氣是不可避免的，但是通進正確調(diào)節(jié)排氣門關(guān)閉時間性和相應(yīng)的進氣門開啟時間（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。②.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①．發(fā)動機可變排量從汽油機的負(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)動機在使用時，大部分時間工作在部分負(fù)荷下。采用發(fā)動機可變排量，使排量隨負(fù)荷大小而變，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力性的情況下提高發(fā)動機負(fù)荷率，改善汽車經(jīng)濟性。在多缸機上，關(guān)閉部分氣缸的進排氣門，并停止燃油供給，可以實現(xiàn)發(fā)動機可變排量。文獻中分析了發(fā)動機可變排量技術(shù)的優(yōu)點，并對比了幾種發(fā)動機進行可變排量改裝前后的性能對比，提出可變排量是一種行之有效的節(jié)油措施。②．改變氣流流動方式在多氣門發(fā)動機上，關(guān)閉部分進氣門，會使進氣流動方式發(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)動機燃燒性能。③．失火危害控制發(fā)動機某個缸偶然失火，很可能造成未燃?xì)怏w流經(jīng)高溫催化轉(zhuǎn)化器時著火，損壞催化劑。如果在發(fā)動機上安裝失火監(jiān)視傳感器，當(dāng)有失火發(fā)生時，停止打開排氣門，使未燃混合氣滯留在缸內(nèi)，避免這種危害發(fā)生，隨后的燃油噴射和進氣門開啟也被停止，直至混合氣發(fā)火燃燒，這樣可以減少損失。④.減小轉(zhuǎn)動扭矩停止某幾個缸工作(氣門打開，停止噴油)拖動發(fā)動機、可以相應(yīng)降低起動電機的功率要求，有可能把起動電機和交流發(fā)電機做成一體。2.3VVT技術(shù)的應(yīng)用范圍2.3.1VVT技術(shù)在汽油機上的應(yīng)用在汽油機上應(yīng)用VVT技術(shù)有以下優(yōu)點：①．改善怠速穩(wěn)定性和低速平穩(wěn)性；②.提高發(fā)動機功率和扭矩；③.擴大發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍；④．降低部分負(fù)荷燃油消耗率；⑤.改善廢氣排放。2.3.2VVT技術(shù)在柴油機上的應(yīng)用在柴油機上應(yīng)用VVT技術(shù)，一方面可以用來改變有效壓縮比，另一方面可以提高各轉(zhuǎn)速下的充氣系數(shù)；此外，在增壓柴油機上應(yīng)用VVT技術(shù)，可以改善增壓器與發(fā)動機的匹配情況。柴油機設(shè)計的壓縮比比較高，有利于冷態(tài)起動；而暖機后，過高的壓縮比容易造成發(fā)動機工作粗暴，油耗升高。采用VVT技術(shù)可以將柴油機設(shè)計成高壓縮比，而利用進氣門早關(guān)(或晚關(guān))來降低有效壓縮比，即讓發(fā)動機進行米勒循環(huán)，既保證了發(fā)動機低速時的起動性，又能降低油耗，使發(fā)動機工作比較柔和。VVT技術(shù)也可以提高柴油機各轉(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，機械損失相對減小，從而使發(fā)動機總效率增加。柴油機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很好地與發(fā)動機相匹配。而當(dāng)發(fā)動機處于低轉(zhuǎn)速時，由于廢氣渦輪增壓器獲得能量不夠，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，為防止進氣壓力和溫度過高，造成發(fā)動機缸內(nèi)的燃燒壓力超過限值，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)速時早開，增加廢氣能量；另一方面，在高轉(zhuǎn)速時控制進氣門開閉時間，降低發(fā)動機有效壓縮比實現(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)動機在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)更好地匹配。2.3.3可變節(jié)氣門技術(shù)在二沖程發(fā)動機中的應(yīng)用二沖程發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單，維修性好，但由于燃油經(jīng)濟性和排放性等問題，限制了它的發(fā)展。二沖程發(fā)動機中新鮮空氣的流失以及排氣回流是燃油經(jīng)濟性和排放性惡化的主要原因。如能較好地抑制燃油的流失，二沖程發(fā)動機經(jīng)濟性大大優(yōu)于四沖程發(fā)動機。在文獻中用實驗分析了二沖程發(fā)動機掃、排氣口正時與HC濃度的關(guān)系，提出用掃、排氣口配氣正時可變技術(shù)抑制新鮮空氣流失，改善二沖程發(fā)動機性能。在奧托二沖程發(fā)動機中，應(yīng)用缸內(nèi)噴射的同時，采用了掃、排氣口配氣正時可變技術(shù)，取得了很好的效果。2.3.4節(jié)氣門與無節(jié)氣門控制在研究發(fā)動機的可變氣門時，首先要考慮節(jié)氣門的存在對進氣的影響。由于節(jié)氣門的存在，造成發(fā)動機在進氣過程有泵吸損失，部分負(fù)荷時尤甚。因此，要改善發(fā)動機燃油經(jīng)濟性，即提高有效效率，必須減少泵吸功的大小。一臺內(nèi)燃機的有效效率等于理論過程的效率、高壓階段和充量交換階段的品質(zhì)因素和機械效率的乘積，要實現(xiàn)“無節(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：在一個廣闊的工況范圍內(nèi)減少充量交換損失。如果做到無節(jié)氣門，即直接抓住高質(zhì)量充量交換過程的實質(zhì)。通過可變的氣門開啟持續(xù)時間和氣門定時來決定進氣量，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，簡明的闡述了VVT的控制過程和其內(nèi)部的電路走向，為以后我們在電路上的學(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。2.3VVT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損失的水平。利用這種方法，在進氣過程中節(jié)氣門保持全開——進氣管壓力保持在環(huán)境壓力水平——在進氣沖程中當(dāng)需要的混合氣質(zhì)量已經(jīng)進入到燃燒室時進氣門立即關(guān)閉。某一臺發(fā)動機2000r／min時分別在節(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，并且最終在真正達到全負(fù)荷時等于零。在低負(fù)荷區(qū)域，無節(jié)氣門負(fù)荷控制過程的充量交換功相對于純粹的節(jié)氣門模式降低大約30％。在最低負(fù)荷下，只需要極短暫的進氣門開啟持續(xù)時間就行了，這使得壓縮過程的多變曲線始于一個較低的溫度水平。所以，在發(fā)動機機內(nèi)，氣門升程的調(diào)節(jié)以及由此帶來的氣門開啟截面積的縮小，導(dǎo)致氣門處完全不一樣的流動特性，因而導(dǎo)致完全不一樣的充量運動。由于開啟截面積較小，氣門和氣門座圈之間間隙處的流動速度明顯地增加，這導(dǎo)致整個氣門區(qū)域流動的均勻化。這個效應(yīng)對混合氣形成過程極為有利。在一臺經(jīng)過優(yōu)化的發(fā)動機上按照某一分布原理進行的簡單分析表明，在氣門升程為1mm的進氣流動中的混合氣氣霧分布得非常細(xì)小均勻。而在氣門全部開啟、其他條件相同的情況下，混合氣氣霧明顯地變得不均勻得多。通過對氣門和氣門座圈之間間隙處的混合氣流動過程的計算分析，這些過程可以依靠物理建模加以描述。由于均勻的流動，燃燒室內(nèi)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況下燃油油滴尺寸減小。如果說在用節(jié)氣門控制負(fù)荷的發(fā)動機中，穩(wěn)態(tài)工況下通過噴油提前、瞬態(tài)工況下通過與進氣同步的噴油可以實現(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。這種混合氣形成過程十分可靠，以致即使在最低的溫度下進行冷起動也只要噴入在節(jié)氣門控制負(fù)荷的發(fā)動機中所需燃油量的—半就行了。燃燒室內(nèi)的充量運動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形成了進氣門處對稱的、方向相反的渦流。這種對稱的起動條件首先是阻礙了通常要求發(fā)生的整體充量運動。這種整體的充量運動在傳統(tǒng)的負(fù)荷控制模式中一方面是混合氣形成過程所必需，另—方面又用于儲存流動能量，以便在點火時刻形成足夠的紊流。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)描述過的那樣，會導(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，這種紊流一直到點火時刻都可以保持在要求的高水平上。一項帶有比較功能的、對火焰?zhèn)鞑ミ^程進行的斷層x射線分析表明，這些新情況對于燃燒過程非常有用。對氣缸內(nèi)的進氣過程來說，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^程，這種火焰?zhèn)鞑ミ^程遍及整個燃燒室。反之，傳統(tǒng)的節(jié)氣門調(diào)節(jié)模式導(dǎo)致眾所周知的非對稱火焰?zhèn)鞑?，伴隨著進氣側(cè)的混合氣燃燒滯后。這主要是由于整體的無序運動和燃燒室內(nèi)的溫度狀況所引起。對燃燒壓力進行的熱力學(xué)分析證明，即使在高壓過程中也能夠因為快速的能量轉(zhuǎn)換和完全的燃燒而達到明顯的改善。甚至是在最小負(fù)荷區(qū)域由于非常小的氣門開啟截面積而引起的、看似有害的節(jié)氣，也因為高壓過程的改善而在很大程度上得到了補償，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VALVETRONIC發(fā)動機可靠的運行性能做出了貢獻。2.4.VVT在汽車上應(yīng)用的必然性通常用氣門開啟相位、氣門開啟持續(xù)角度和氣門重疊角三個特性參數(shù)來描述氣門的工作情況。為了改善起動性能并提高怠速穩(wěn)定性，需要推遲開啟進氣門，減少氣門重疊角。為提高低速扭矩，需要提早關(guān)閉進氣門。為提高功率，需要提早開啟、推遲關(guān)閉進氣門，并提高進氣門的升程。即是說不同工況下，對特性參數(shù)的最佳選擇是不同的。傳統(tǒng)的氣門正時系統(tǒng)由于是不可變的系統(tǒng)，因此往往只能根據(jù)某一種工況來設(shè)定配氣正時，也就是說，僅僅在該種工況下可以獲得最理想的充氣系數(shù)，最好的動力輸出，而在其它工況下由于充氣系數(shù)下降，發(fā)動機的功率輸出也相應(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，進而排出廢氣中的HC、NOX、CO將大量增加，燃油經(jīng)濟性變差。采用VVT技術(shù)的氣門正時系統(tǒng)，在發(fā)動機工作過程中可以根據(jù)不同工況對氣門正時進行調(diào)整，從而保證在多個工況均能獲得理想的功率輸出、良好的燃油經(jīng)濟性及較低的排放。如在怠速或小載荷范圍，可變氣門正時系統(tǒng)可減小氣門重疊角，使更少的燃燒氣體回流到進氣道。這使得怠速穩(wěn)定，燃油經(jīng)濟性提高。在中等載荷范圍，可變氣門正時系統(tǒng)會使氣門重疊角增加，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)動機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、高速范圍，可變氣門正時系統(tǒng)可使進氣門關(guān)閉時刻滯后，以獲得大功率用以提高最大輸出功率。通過傳統(tǒng)氣門正時系統(tǒng)與采用VVT技術(shù)的氣門系統(tǒng)進行比較可以發(fā)現(xiàn)，VVT技術(shù)在發(fā)動機功率輸出、燃油經(jīng)濟性及排放性能方面具有明顯的優(yōu)勢。隨著近些年汽車發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性及環(huán)保要求不斷提高，采用VVT技術(shù)成為了一種必然的趨勢。2.5VVT的應(yīng)用與發(fā)展2.5.1VVT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，許多汽車廠商從上世紀(jì)90年代便開始將該技術(shù)裝備到其生產(chǎn)的汽車上。自1990年歐洲開始采用VVT技術(shù)以來，主要被阿爾法·羅密歐、寶馬、美洲豹、沃爾沃、保時捷、戴-克、奧迪、雷諾等高級轎車生產(chǎn)廠商采用，取得了良好效果。近幾年，國外不少知名汽車生產(chǎn)商也開始采用進氣門連續(xù)可變正時控制、排氣門可變正時控制、氣門行程和工作角調(diào)整等型式，來提升發(fā)動機的動力性能。目前，以機械式氣門控制機構(gòu)為主流，但未來的技術(shù)發(fā)展趨勢將轉(zhuǎn)向開發(fā)電磁氣門控制系統(tǒng)。保時捷公司2001年款渦輪增壓3.6L水平對置型發(fā)動機，采用2級可調(diào)開關(guān)式挺桿的可變凸輪頂點裝置。該裝置由4個閥頂、軸向凸輪軸調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)換式氣門挺桿組成。各缸的兩個進氣門和兩個排氣門成V形布置。這套全部由德國INA公司提供的可變氣門正時機構(gòu)，和過去的可變凸輪相比，排氣有害物質(zhì)下降50%，使發(fā)動機尾氣排放達歐洲IV號排放限值標(biāo)準(zhǔn)和美國加州LEV排放限值標(biāo)準(zhǔn)。動力性和燃油經(jīng)濟性也有了很大的提高[4]。寶馬汽車公司開發(fā)的1.8L直列4缸發(fā)動機，采用無級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)動機的動力性能，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210km/h。與同級發(fā)動機比較，油耗下降10%～15%。同時，該系統(tǒng)屬柔性技術(shù)，除能適應(yīng)氫燃料發(fā)動機外，還可達到歐洲IV號排放限值標(biāo)準(zhǔn)。寶馬公司2002年底前，在8缸和12缸機上全部使用氣門控制器系統(tǒng)。2003年后，在直列6缸機上也全部使用氣門控制器系統(tǒng)，以提高動力性、經(jīng)濟性及排放性[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50萬件，主要供給寶馬和保時捷公司，同時向日本雅馬哈發(fā)動機公司和福特汽車公司供貨。西門子的液壓環(huán)子公司與保時捷公司合作開發(fā)雙V凸輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)由兩個聯(lián)動液壓馬達驅(qū)動氣門，在60度角內(nèi)無級調(diào)整進氣凸輪、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及本田的i-VTEC都是可變正時技術(shù)里的佼佼者。VTEC是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。VTEC（VariableValveTimingandValveLifeElectronicControlSystem）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)動機相比，VTEC發(fā)動機所不同的是凸輪與搖臂的數(shù)目及控制方法，它有中低速用和高速用兩組不同的氣門驅(qū)動凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)進行自動轉(zhuǎn)換。通過VTEC系統(tǒng)裝置，發(fā)動機可以根據(jù)行駛工況自動改變氣門的開啟時間和提升程度，即改變進氣量和排氣量，從而達到增大功率、降低油耗及減少污染的目的。整個VTEC系統(tǒng)由ECU控制，接收發(fā)動機傳感器（包括轉(zhuǎn)速、進氣壓力、車速、水溫等）的參數(shù)并進行處理，輸出相應(yīng)的控制信號，從而使發(fā)動機在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制，獲得所需的動力。最近，本田又推出了比VTEC更先進的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“可變正時控制系統(tǒng)”，通過ECU控制程序調(diào)節(jié)進氣門的開啟關(guān)閉，使氣門的重疊時間更加精確，達到最佳的進、排氣時機，并且進一步提高了發(fā)動機的功率。VVT-i是豐田獨有的領(lǐng)先發(fā)動機技術(shù)，過去僅裝備于豐田的進口原裝高檔車上。VVT-i（VariableValveTimingandLiftwithintelligence）的意思是“智能可變配氣正時系統(tǒng)”[5]。該系統(tǒng)的最大特點是可根據(jù)發(fā)動機的狀態(tài)控制進氣凸輪軸，通過調(diào)整凸輪軸轉(zhuǎn)角對配氣時機進行優(yōu)化，以獲得最佳的配氣正時，從而在所有速度范圍內(nèi)提高扭矩，并能大大改善燃油經(jīng)濟性，有效提高汽車的功率與性能，減少油耗和廢氣排放。VVT－i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VVT－i，如豐田大霸王；另一種是安裝在進氣凸輪軸上的，稱為螺旋槽式VVT－i，凌志400、430等高級轎車就是采用的此種型式。2.5.3VVT在我國的應(yīng)用與發(fā)展情況由吉利集團自主研發(fā)的中國首臺采用了CVVT技術(shù)（智能連續(xù)可變氣門正時技術(shù)）的發(fā)動機--JL4G18在吉利汽車寧波基地舉行了點火儀式，并宣告正式量產(chǎn)。吉利推出的CVVT—JL4G18發(fā)動機是以豐田VVT技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)，并聯(lián)合德國FEV公司共同研究的、借鑒了歐美發(fā)動機的最新技術(shù)，溶合了不少創(chuàng)新元素，如發(fā)動機電控系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、電子油門技術(shù)均采用了國際最新技術(shù)，采用了輕巧的鋁合金缸體，使其動力性大大加強，油耗和排放大大降低，使其各項性能指標(biāo)達到或超過雙VVT-i和i-VTEC發(fā)動機，在國際市場自然吸氣發(fā)動機中處于三強地位。目前在吉利遠(yuǎn)景上正是搭載的這款發(fā)動機。隨著環(huán)保節(jié)能要求的日益提高，VVT技術(shù)在我國的發(fā)展和普及前景將十分廣闊。2.6VVT在單凸輪軸發(fā)動機上的應(yīng)用到目前為止，可變氣門正時系統(tǒng)只有在配置獨立控制的雙頂置凸輪軸發(fā)動機上應(yīng)用才有上述優(yōu)勢，單凸輪軸發(fā)動機不行。然而單凸輪軸發(fā)動機（氣門頂置式和單凸輪軸頂置式）由于其緊湊的設(shè)計，具有顯著的成本優(yōu)勢。馬勒開發(fā)了可變正時的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)動機上也可發(fā)揮雙凸輪軸發(fā)動機上的功能。CamlnCam發(fā)動機不需要重新設(shè)計，而且所需的生產(chǎn)設(shè)施也相同。更重要的是，CamlnCam帶來的是更高的功率和扭矩，更少的燃料消耗和排放以及更好的怠速性能。這項技術(shù)目前已經(jīng)用在最新款的DodgeViper發(fā)動機上。采用此技術(shù)后，Viper的功率又提高了100馬力。同時，這項技術(shù)也推動了發(fā)動機小型化戰(zhàn)略。[4]2.7VVT發(fā)展新動向2.7.1全可變電子氣門控制系統(tǒng)寶馬N系列發(fā)動機免除傳統(tǒng)的節(jié)氣門的功能，實現(xiàn)氣門特性的參數(shù)全部可變。通過電子控制機械式全可變進氣門升程控制機構(gòu)無級的調(diào)節(jié)進氣門的升程，同時配合雙可變凸輪軸控制機構(gòu)，連續(xù)的改變進、排氣門的正時與持續(xù)時間，可使進、排氣門在最有利的重疊角范圍內(nèi)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)動機，油耗降低10%，功率增加20%，同時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)動機電子節(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拉索(桿)連接，節(jié)氣門的開度完全由駕駛員通過加速踏板來控制。這種機械控制方式只能使發(fā)動機電子控制系統(tǒng)完全按駕駛員對加速踏板的操作控制發(fā)動機的工作，不能確保發(fā)動機的工作狀態(tài)與汽車的運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)氣門之間無機械連接，通過傳感器、電子控制器及節(jié)氣門驅(qū)動裝置實現(xiàn)電子控制方式的連接，可使發(fā)動機節(jié)氣門的開度不完全取決于駕駛員對加速踏板的操縱，控制系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動機的工況、汽車的行駛狀態(tài)等對節(jié)氣門的開度作出實時的調(diào)節(jié)，使發(fā)動機在最適當(dāng)?shù)臓钕鹿ぷ鳎瑥亩岣吡似嚨膭恿π?、安全性及舒適性。電子節(jié)氣門開始只是在某些高級轎車上有應(yīng)用，現(xiàn)已出現(xiàn)在國內(nèi)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式傳感器，安裝在加速踏板總成內(nèi)部，用于檢測加速踏板的位置變化。雙電位計式加速踏板位置傳感器同時輸兩個大小同向變化，但變化斜率不同的電壓信號[3]。可提高測量精度，使電子控制器對節(jié)氣門開度的控制更加精準(zhǔn)。加速踏板位置傳感器安裝在發(fā)動機艙內(nèi)時加速踏板與傳感器之間通過一根拉索連接。節(jié)氣門位置傳感器采用無觸點的雙電位計式傳感器，安裝在節(jié)氣門總成內(nèi)，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的兩個電壓信號通常是相向改變，當(dāng)節(jié)氣門開度改變時，節(jié)氣門位置傳感器的一個信號電壓增大，另一信號電壓則減小。節(jié)氣門位置傳感器設(shè)雙電位計的目的也是為了提高電子控制器對節(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及其它相關(guān)傳感器的信號進行最佳節(jié)氣門開度判斷，并輸出控制信號，控制節(jié)氣門驅(qū)動裝置，將節(jié)氣門調(diào)整到適當(dāng)開度。電子節(jié)氣門控制器通常是發(fā)動機電子控制器中的一個控制模塊，由相應(yīng)的控制程序和驅(qū)動電路組成。節(jié)氣門驅(qū)動裝置由電動機和機械傳動機構(gòu)組成，其作用是按照電子控制器的指令動作，及時調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度。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)動機工作時，加速踏板位置傳感器將反映加速踏板位置的電信號輸送給電子控制器，電子控制器根據(jù)此位置信號判斷駕駛員的駕車意圖，并參考發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、進氣壓力傳感器及其它相關(guān)傳感器的電信號，得到最佳的節(jié)氣門開度參數(shù)，然后與當(dāng)前的節(jié)氣門位置進行比較。當(dāng)節(jié)氣門的開度與最佳開度參數(shù)不一致時，便輸出控制信號，控制節(jié)氣門驅(qū)動裝置工作，將節(jié)氣門調(diào)整到適當(dāng)?shù)拈_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)動機電腦發(fā)出的控制信號調(diào)節(jié)進氣量。電子節(jié)氣門體包括一個節(jié)氣門電機(步進電機)，由發(fā)動機電腦控制，并由發(fā)動機電腦內(nèi)部的電源供電，步進電機齒輪以及兩個彈簧(一個打開彈簧，一個回位彈簧)轉(zhuǎn)動節(jié)氣門。節(jié)氣門在怠速位置時是關(guān)閉的，沒有空氣通過節(jié)氣門。節(jié)氣門軸與兩個位置傳感器機械連接，位置傳感器也由發(fā)動機電腦供電。位置傳感器提供節(jié)氣門開度數(shù)據(jù)給電腦。節(jié)氣門體有故障時，必須作為一個整體來更換。油門踏板位置傳感器的功能是為發(fā)動機電腦提供油門踏板位置數(shù)據(jù)[2]。發(fā)動機電腦使用該數(shù)據(jù)來控制節(jié)氣門的正確開度。該傳感器包括：兩個分壓器，一個AC／DC轉(zhuǎn)換器，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模擬和一個數(shù)字信號給發(fā)動機電腦。數(shù)字信號由A／D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。發(fā)動機電腦同時使用模擬和數(shù)字信號來調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度。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模擬和一個數(shù)字信號給發(fā)動機電腦。數(shù)字信號由A／D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。發(fā)動機電腦同時使用模擬和數(shù)字信號來調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度。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可以用故障診斷儀來讀取。如果發(fā)動機電腦探測到模擬信號與數(shù)字信號之間有差異，就會儲存故障代碼。發(fā)動機電腦使用一個后備數(shù)值來確保功能。發(fā)動機電腦控制節(jié)氣門主要使用的信號來自：油門踏板位置傳感器：離合器踏板傳感器；制動開關(guān)：節(jié)氣門位置傳感器；自動變速器檔位信號；空調(diào)壓縮機負(fù)載傳感器；⑦.發(fā)動機溫度傳感器。節(jié)氣門位置由節(jié)氣門體上節(jié)氣門位置傳感器中的兩個分壓器測量，分壓器1在節(jié)氣門角度增加時產(chǎn)生較高的電壓信號：分壓器2產(chǎn)生變化相反的電壓信號。發(fā)動機小負(fù)荷(如怠速)時，較小的進氣需要更精確的調(diào)節(jié)，所以分壓器l上的信號在到達發(fā)動機電腦中的AC／DC轉(zhuǎn)換器前在電腦中放大數(shù)倍。發(fā)動機電,電腦首先使用分壓器1上的信號測量節(jié)氣門開度，并使用該信號計算節(jié)氣門角度(實際數(shù)值)，然后利用節(jié)氣門實際角度的數(shù)值正確地調(diào)節(jié)節(jié)氣門9Z-度。分壓器2上的信號主要用于檢查分壓器l是否正常，且在最低和最高極限之間。如果信號有差異，電腦就從負(fù)載信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及壓力和溫度信號計算出一個虛擬的節(jié)氣門信號，最接近計算數(shù)據(jù)的節(jié)氣門位置傳感器信號被假定為是正確的。另一個位置傳感器被認(rèn)為異常并儲存一個故障碼。電腦連續(xù)地將分壓器的節(jié)氣門角度與計算的節(jié)氣門角度進行比較以進行監(jiān)測。如果發(fā)動機電腦將節(jié)氣門體中的電源斷開，則節(jié)氣門轉(zhuǎn)換到固定開度，汽車可以“跛行”。發(fā)動機電腦有調(diào)整(學(xué)習(xí))功能，使得電腦可以計算如何控制調(diào)整節(jié)氣門電機。該調(diào)整在制造過程中進行，運行時發(fā)動機電腦打開節(jié)氣門到不同的位置，并讀取和記錄分壓器上的實際數(shù)值。節(jié)氣門電機由一個在發(fā)動機控制器中的電源使用脈沖寬度調(diào)諧信號(PWM)進行控制。全自動式節(jié)氣門體加速靈敏，可實現(xiàn)牽引力、巡航、自動變速器換檔防沖擊等控制。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，發(fā)動機只能在備用固定轉(zhuǎn)速運行，不能通過油門踏板實現(xiàn)加速和減速。3.3汽油發(fā)動機電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的特點電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)根據(jù)駕駛員操縱加速踏板的情況、發(fā)動機的運行工況及汽車的行駛狀況等對節(jié)氣門進行控制，可使踏板行程大小與電子節(jié)氣門開度不一致，以實現(xiàn)發(fā)動機的不同模式控制。①．加速踏板特性控制可使節(jié)氣門的開度響應(yīng)滿足駕駛員不同的踏板感覺需要。加速踏板特性大致可分為運動模式、標(biāo)準(zhǔn)模式和經(jīng)濟模式。運動模式使駕駛員有加速踏板很靈敏的感覺該控制模式下使節(jié)氣門的響應(yīng)以汽車的加速反應(yīng)迅速為目的經(jīng)濟模式則使駕駛員有加速踏板比較“遲緩”的感覺，該控制模式下對節(jié)氣門的控制以經(jīng)濟性為目標(biāo)。②．以舒適性為目標(biāo)的車速控制在加速踏板位置突然改變時，電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)對節(jié)氣門的響應(yīng)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以避免汽車突然的加速或減速，使車內(nèi)乘員無前沖或后仰的感覺。③．發(fā)動機轉(zhuǎn)速限制控制當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過設(shè)定的限值時，電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)可及時減小節(jié)氣門開度，以避免發(fā)動機超速運轉(zhuǎn)。④．發(fā)動機起動控制在起動發(fā)動機時，電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)自動將節(jié)氣門調(diào)整到發(fā)動機最容易起動的位置。⑤．三元催化器加熱時的轉(zhuǎn)矩補償控制當(dāng)發(fā)動機冷機起動后，三元催化器加熱器電工作時，電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)將節(jié)氣門開度作適當(dāng)?shù)男拚?，以確保發(fā)動機的正常轉(zhuǎn)。⑥．發(fā)動機怠速控制電子節(jié)氣門裝置響應(yīng)發(fā)動機怠速控制系統(tǒng)的控制指令，進行發(fā)動機怠速穩(wěn)定控制、發(fā)動機高怠速控制和發(fā)動機快速暖機控制等。⑦．發(fā)動機輸出功率控制電子節(jié)氣門裝置響應(yīng)驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)的控制指令，通過適當(dāng)減小節(jié)氣門開度，控制發(fā)動機的輸出功率，以抑制驅(qū)動車輪的滑轉(zhuǎn)。⑧．汽車巡航控制電子節(jié)氣門裝置響應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的控制指令，及時地調(diào)整節(jié)門開度，以使汽車的行駛速度保持在設(shè)定的車速。四結(jié)語VVT技術(shù)與傳統(tǒng)氣門正時系統(tǒng)相比在發(fā)動機動力性、燃料經(jīng)濟性及排放性方面有著明顯的優(yōu)勢，目前已廣泛應(yīng)用于多種現(xiàn)代車型。隨著這一技術(shù)的不斷發(fā)展完善及成本的降低，將來會有越來越多的高性能汽油發(fā)動機采用這一技術(shù)。為發(fā)動機性能的提升及節(jié)能、環(huán)保起到更大作用。節(jié)氣門控制系統(tǒng)不僅可滿足發(fā)動機的起動、怠速、三元催化器加熱、發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速限制、過熱保護等控制要求，其電子節(jié)氣門裝置同還可滿足汽車其它電子控制系統(tǒng)的控制請求，實現(xiàn)防振動控制、巡航控制、最高車速控制、變速器換檔優(yōu)化控制和牽引力控制等，因而可簡化這些電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化關(guān)聯(lián)控制系統(tǒng)的控制?？梢韵嘈?，隨著電子節(jié)氣門控制技術(shù)的進一步成熟，電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用也會很快普及。參考文獻[1]陳家瑞，汽車構(gòu)造，機械工業(yè)出版社，2000[2]陶國良，郭連．電子節(jié)氣門技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]．汽車研究與開發(fā)，2003，[3]馮能蓮，等．電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)研究汽車技術(shù)，20O4[4]網(wǎng)上搜索資料[5]王立彪等，發(fā)動機可變氣門技術(shù)的研究進展，汽車技術(shù)指導(dǎo)記錄表目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章總論 11.1項目名稱與承辦單位 11.2研究工作的依據(jù)、內(nèi)容及范圍 11.3編制原則 31.4項目概況 31.5技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) 51.6結(jié)論 6第二章項目背景及建設(shè)必要性 82.1項目背景 82.2建設(shè)的必要性 9第三章建設(shè)條件 113.1項目區(qū)概況 113.2建設(shè)地點選擇 錯誤！未定義書簽。3.3項目建設(shè)條件優(yōu)劣勢分析 錯誤！未定義書簽。第四章市場分析與銷售方案 134.1市場分析 134.2營銷策略、方案、模式 14第五章建設(shè)方案 155.1建設(shè)規(guī)模和產(chǎn)品方案 155.2建設(shè)規(guī)劃和布局 155.3運輸 185.4建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) 185.5公用工程 205.6工藝技術(shù)方案 215.7設(shè)備方案 215.8節(jié)能減排措施 24第六章環(huán)境影響評價 256.1環(huán)境影響 256.2環(huán)境保護與治理措施 266.3評價與審批 28第七章項目組織與管理 297.1組織機構(gòu)與職能劃分 297.2勞動定員 297.3經(jīng)營管理措施 307.4技術(shù)培訓(xùn) 30第八章勞動、安全、衛(wèi)生與消防 31HYPERLINK\l"_T