可变气门正时与升程控制系统课件.ppt
,1.配气机构的功用及组成,1.配气机构的功用及组成,1.1.1 可变进气系统作用,1）能兼顾高速及低速不同工况，提高发动机的动力输出和降低燃油消耗；2）降低发动机的排放污染；3）保证发动机怠速的稳定性。,1.1.1 可变进气系统作用1）能兼顾高速及低速不同工况，,1.多气门分别投入工作,1）通过凸轮或摇臂控制气门在设定的工况下开或关； 2）在进气道上设置旋转阀门，根据设定工况打开或关闭该气门的进气通道，这种结构比用凸轮、摇臂控制简单。,1.多气门分别投入工作1）通过凸轮或摇臂控制气门在设定的工况,2 可变进气道系统,进气效果：提高低速、中速、高速时的转矩。低、中速：空气经过较细的进气岐管，由于进气流速快，且进气脉动惯性增压的结果，使较多的混合气进入气缸，提高转矩输出；在高速：空气经过较短的进气岐管，管径变大，进气阻力小，充填效率高以维持高转矩输出。采用结构：可变进气歧管长度、可变进气歧管断面积。,2 可变进气道系统进气效果：提高低速、中速、高速时的转矩。,1）可变进气歧管断面积,控制阀装在粗短的副进气歧管；当发动机低、中转速时，控制阀关闭，空气从较细长的主进气歧管进入气缸；当发动机高转速时，控制阀打开，空气从主、副进气歧管进入气缸。,1）可变进气歧管断面积控制阀装在粗短的副进气歧管；,（1）日产可变进气系统(N-VIS),安装在短进气管上低速时，关闭阀门；高速时，打开阀门。,（1）日产可变进气系统(N-VIS)安装在短进气管上,2）可变进气歧管长度,高转速时控制阀全开，进气管距离最短，进气阻力最小。,低、中转速时：副进气歧管上的控 制阀全关，进气管距离最长，利用进气惯性效果，增加充气量。,2）可变进气歧管长度高转速时控制阀全开，进气管距离最短，进,（1）丰田（ACIS)进气系统,发动机低、中转速时，控制阀关闭，延长进气歧管长度；发动机高转速时，控制阀打开，缩短进气歧管长度。,（1）丰田（ACIS)进气系统发动机低、中转速时，控制阀关闭,1.1.2 可变气门正时与升程控制系统,一般发动机进、排气门的打开与关闭时刻（气门正时）、打开到关闭的程度（升程），在任何转速与负荷时，都是在固定的。,1.1.2 可变气门正时与升程控制系统一般发动机进、排气门的,高转速：吸气和排气的时间短，想要达到较好的充气效率，就需要尽可能长的吸气和排气时间。于是就采取气门重叠（进气门提前开启，排气门迟后关闭），当转速越高时，要求的重叠角度越大。这样发动机在较高的转速下，就能获得较大的功率。 低转速：大的重叠角则会使得废气倒流入进气岐管，气缸内气流紊乱，从而导致怠速不稳，低速功率偏低。若对低转速工况优化（减小重叠角）：发动机的就无法在高转速下达到较高的功率。 固定式：配气相位不变，不可能使发动机在两种工况下都达到最优状态。一般发动机为折衷方案。,1）可变原因,高转速：吸气和排气的时间短，想要达到较好的充气,2）可变作用,以长跑比赛为例：呼吸的快慢影响着体能的发挥；太急促或刻意的屏息都会增加疲劳感，使奔跑能力降低。所以，要按照奔跑步伐来调整呼吸频率，保证最佳速度。汽车发动机：应用上述道理。可变配气相位与气门升程技术就是为了让发动机能够根据不同的负载情况自由调整“呼吸”，使燃烧更有效率。全工况兼顾：能兼顾发动机高速及低速的不同工况，保证发动机的动力输出和降低燃油消耗；,2）可变作用以长跑比赛为例：呼吸的快慢影响着体能的发挥；太急,1.本田汽车公司VTEC技术,本田VTEC（Variable Valve Timing & Lift electronic control system），称为电子控制可变气门正时与升程系统。,同一缸有主进气门和次进气门，主摇臂驱动主进气门，次摇臂驱动次进气门，中间摇臂在主次摇臂之间，不与气门直接接触。,1.本田汽车公司VTEC技术本田VTEC（Variable,1）结构分析,中间摇臂为高转速用，主摇臂与副摇臂为低转速用。中间摇臂的两端分别是主摇臂与副摇臂，中间摇臂内有运动弹簧总成，为一辅助定位装置，可抑制低回转时的摇臂空隙，并可在高回转时，圆滑的驱动进气门，主摇臂内有正时活塞与同步活塞A，中间摇臂内有同步活塞B，副摇臂内有止挡活塞。每缸的凸轮轴上有三种不同举升的凸轮，中间凸轮为高速用，升程最大；副凸轮为低速用，升程最小；主凸轮升程次之。为使摇臂容易连接与分离，特别加装了正时板。,1）结构分析中间摇臂为高转速用，主摇臂与副摇臂为低转速用。中,2） 工作原理,发动机低速运转：电磁阀不通电使油道关闭，此时，三个摇臂彼此分离，主凸轮通过摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆；次凸轮的升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量开启。配气机构处于单进、双排气门工作状态。发动机高速运转：电脑向VTEC电磁阀供电，使电磁阀开启，来自润滑油道的机油压力作用在正时活塞一侧，再通过A、B两个活塞分别将主摇臂和次摇臂与中间摇臂接成一体，成为一个组合摇臂。凸轮升程最大，两个进气门同步工作，成为双进两排。当发动机转速下降到设定值，电脑切断电磁阀电流，正时活塞一侧油压下降，各摇臂油缸孔内的活塞在回位弹簧作用下，三个摇臂彼此分离而独立工作。,2） 工作原理发动机低速运转：电磁阀不通电使油道关闭，此时，,3） 电控油压,3） 电控油压,4） 低速工作,主、副摇臂与中间摇臂分离，分别由主、副凸轮A、B以不同的时间与升程驱动。主进气门开度约9mm，副进气门则微开。,4） 低速工作主、副摇臂与中间摇臂分离，分别由主、副凸轮A,5）高速工作,因油压进入，正时活塞向右移，主、副与中间摇臂被同步活塞A与B连接成一体动作；3个摇臂均由中间凸轮C以高升程驱动。此时主副进气门开度约为12mm。,5）高速工作因油压进入，正时活塞向右移，主、副与中间摇臂被同,1.1.3三段式VTEC1. 第一段（低转速）,二个油路都没有油压，三个气门摇臂都可自由活动，两个进气门分别由主摇臂与副摇臂驱动，举升分别是7mm与微开，使进气涡流强烈，燃烧完全，达到省油及转矩提高的效果。,1.1.3三段式VTEC1. 第一段（低转速）二个油路都没,1.1.3三段式VTEC2.第二段（中速）：,上油路送入油压，活塞移动，使主摇臂与副摇臂结合为一体。因此两个进气门均由主摇臂驱动，即由低速凸轮驱动，升程都是7mm，以确保中转速时转矩与功率值。,1.1.3三段式VTEC2.第二段（中速）：上油路送入油压,3.第三段（高速）：,上、下油路都送入油压，上油路之油压仍使主、副摇臂结合为一体；下油略送人之油压，使活塞与活塞移动，故中间摇臂与主摇臂及副摇臂结合为一体，两支进气门均由中间摇臂驱动，即由凸轮高度最高的高速凸轮驱动，两支进气门的举升都是10mm，以确保高功率之输出。,3.第三段（高速）：上、下油路都送入油压，上油路之油压仍使主,4.三段比较,4.三段比较,1.8 柴油机共轨直喷技术,由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管，通过公共供油管内的油压实现精确控制。 使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度。,1.8 柴油机共轨直喷技术 由高压油泵将高压燃油,直列泵燃油系统,蓄电池,油箱喷油器,电热塞,柴油滤,清器,调速器,正时轮和喷油提前器,电热塞控制单元,电热塞起动机开关,直列泵输油泵,直列泵蓄电池油箱电热塞柴油滤清器调速器正时轮电热塞电热塞,1.8.2 电控共轨系统,高压油泵、共轨及高压油管、喷油器、传感器及执行器、电控单元,1.8.2 电控共轨系统高压油泵、共轨及高压油管、喷油器、,1. 工作原理,共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关。可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。,1. 工作原理共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的,2. 系统特点,第一代电控喷油系统是位置控制式。第二代电控喷油系统是时间控制式。第三代电控喷油系统是时间压力控制式，即电控共轨式喷油系统。1）柴油机的排放降低，经济性提高。2）发动机的工作可靠性提高。3）响应快，控制精确。,2. 系统特点第一代电控喷油系统是位置控制式。,1.8.3 典型电控共轨系统结构,“共轨”技术利用一个“公共油轨”向各缸喷油器供油 ，油压可独立控制,1.8.3 典型电控共轨系统结构,1 工作性能,高压共轨系统可实现在传统喷油系统中无法实现的功能：1）喷油压力可调：对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。2）喷油正时可控：配合高的喷射压力（ 120Mpa200MPa ），可同时控制 NOx 和微粒（ PM ）在较小的数值内，以满足排放要求。3）喷油速率可控：实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机 NOx ，又能保证优良的动力性和经济性。4）电磁阀控制喷油：其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。,1 工作性能高压共轨系统可实现在传统喷油系统中无法实现的功能,2 结构分析,2 结构分析,1） 喷油器结构,进油密封、定压通电、上移喷油,1） 喷油器结构进油密封、定压通电、上移喷油,图3 Bosch CP3系统用的高压共轨及限压阀,共轨,2）共轨结构,图3 Bosch CP3系统用的高压共轨及限压阀共轨限压阀轨,（1）压力调节阀,调压阀( PCV) 调压阀安装在高压供油泵旁或共轨上，其作用是根据发动机负荷状况调整和保持共轨管中的压力。当共轨压力过高时，调压阀打开，一部分燃油经回油管流回油箱；当共轨压力过低时，调压阀关闭，高压端对低压端密封。调压阀结构如左图所示，球阀的一侧是来自共轨燃油的压力，另一侧衔铁受弹簧预紧力和电磁阀电磁力的作用。而电磁阀产生电磁力的大小与电磁线圈中通过的电流大小有关。,（1）压力调节阀 调压阀( PCV),限压阀的作用相当于安全阀，它限制共轨中的压力。当共轨中燃油压力过高时，滑阀右移，回油卸压。低于共轨内允许最高时弹簧压紧滑阀封头。,（2）限压阀,图16 Bosch共轨系统的限压阀,限压阀的作用相当于安全阀，它限制共轨中的压力。当共轨中燃,（3）流量限制器,作用是防止喷油器可能出现的持续喷油现象。当流出的油量超过最大流量时，流量限制器将自动关闭喷油器的进油口，防止继续喷油。,正常工作状态时：活塞处在静止位置，即靠在共轨端的限位体上。一次喷油后，喷油器端的压力略有下降，从而活塞向喷油器方向运动；活塞压出的容积补偿了喷油器喷出的容积；在喷油终了时：活塞停止运动，不关闭密封锥面，弹簧将活塞压回静止位置，燃油经节流孔流出。喷油量过大时：活塞从静止位置被压到出油端的密封锥面上，关闭通往喷油器的进油口，防止过量喷油。,（3）流量限制器作用是防止喷油器可能出现的持续喷油现象。当流,（4）共轨压力传感器,实时测定共轨管中的实际压力信号并反馈给ECU，由ECU对燃油调压阀实施反馈控制，通过对供油量的增减来调节油压稳定在目标值膜片上装有半导体型敏感元件，当高压燃油经压力室的小孔流向膜片时，膜片形状发生改变，膜片涂层的电阻发生变化；由系统压力引起膜片形状变化，促使电阻值改变，并产生电压变化，向ECU发送电信号；,（4）共轨压力传感器实时测定共轨管中的实际压力信号并反馈给E,
