可变进气系统课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,可变进气系统,功能,自然进气的现代汽油发动机，利用可变进系统，以达到提高低、中转速及高转速时的转矩目的。,可变进气系统的种类,1,利用可变进气歧管长度及断面积之方式时，,在低、中转速，空气必须经过较细长进气歧管,，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,；而在,高转速时，空气则经过较短的进气歧管,，管径变大，进气阻力小，充填效高，,以维持高转矩输出,。,2,利用可变进气道之方式时，在,低转速,，一个进气道被控制阀封闭，,仅一个进气道气,，进气气流增快，提高进气惯性，改善进气效率，且造成强横涡流或纵涡流，使燃烧迅速因而提高转矩输出；而在,高转速时，两个进气道均进气,，进气充足，可维持高转矩输出,一、,可变进气歧管长度及断面积式,1,控制阀装在较粗短的副进气歧管上，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。,本田汽车采用的可变进气系统,日产汽车采用的可变进气系统,如图丰田汽车公司采用的进气控制系统,(Acoustic,controlinduc,-,tion,system,，,ACIS),，其控制阀是装在每个气缸的进气室,2,之前，当发动机低、中转速时，控制阀关闭，可得到延长进气歧管长度相同的效应；当发动机高转速时，控制阀打开，可得到缩短进气歧管长度相同的效应。,丰田汽车采用的进气控制系统作用,如图为福特汽车公司采用的可变进气控制系统,(Variable induction control system,，,VICS),，以发动机转速,4800r,min,为控制阀关闭或打开的切换点，可改变进气室与进气歧管间的路径长度，以达到如图所示，利用控制阀的闭开，可得到较高的转矩及较宽的转矩带。,SAAB,汽车采用的可变进气歧管,如图为富豪汽车公司采用之可变进气系统,(VOLVO Variable induction,systen,V-VIS),，有两条平行但不等长的进气歧管，控制阀也是装在短进气歧管上，低转速时关，,i,转速时开，可维持高转矩在宽广的范围内。,如图是可变进气歧管长度及断面积式，但其控制阀系依发动机转速而渐改变开度，与上述各种系统的控制阀开启方式不相同。转矩与控制阀开度之关系如图所示。,可变进气歧管长度及断面积式进气系统的构造,(1),低转速时：副进气歧管上的控制阀全关，进气流速快，加上进气惯性效果，使充填效率提高，故输出转矩增加。,(2),中转速时：发动机转速上升，控制阀慢慢打开，进气歧管的断面积增大，使进气阻力减小，加上进气惯性效果，故输出转矩增加。,(3),高转速时：控制阀全开，进气断面积最大，进气阻力最小，充填效率最高，发动机输出马力及转矩均增加。,二、可变进气道式,如图所示为丰田汽车公司采用的可变进气系统,(TOYOTA Variable induction system,，,T-VIS),，系可变进气道式，在两个进气道的其中一个装上控制阀，低、中转速时控制阀关闭，高转速时控制阀打开，可得到如图所示的结果，以提高低转速时的转矩，同时也不会影响四气门发动机在高转速时高输出的特性。,采用可变进气系统的功能,长进气道,发动机在低转速时，空气经过长的进气道，使气缸充气最佳，且扭矩增大。,短进气道,发动机在高转速时，空气流经短进气道，可提高效率。,真空单元,进气道,新技术,可变进气道,1 - 油封,更换,注意安装位置,2 - 10,Nm,3 - 10 Nm,4 - O,型环,用于喷油阀,更换,5 -,燃油分配管,带喷油阀,6 - 10,Nm,7 - 10 Nm,8 -,上部冷却液管,9 - 10,Nm,10 -,O,型环,用于上部冷却液管,更换,11 -,进气管,检查转换功能:,12 - 20,Nm,13 - Sttze,用于进气歧管,14 - 25,Nm,1,- 真空控制单元,2 -,压力弹簧,3 -,转换辊,4 -,进气歧管,5 -,单向阀,安装位置 蓝色一侧朝,Y,件,6 -,Y-,件,7 -,进气歧管转换阀-,N156,8 - 10,Nm,9 -,固定板,10 -,橡胶套,11 -,隔套,12 -,垫圈,锥面朝进气歧管,13 -,油封,损坏时，必须更换,14 -,油封,用于转换辊,15 - 6,Nm,扭矩,带进气歧管转换的发动机扭矩曲线,固定式进气歧管的扭矩曲线,扭矩,功率,功率,带进气歧管转换的功率曲线,固定式进气歧管的功率曲线,扭矩,功率,可变,气门正时系统,配气相位,进气门早开角：进气顺畅,进气门晚关角：利用惯性，增加气量,排气提前角：尽早自由排气,排气迟后角：利用惯性，减少废气残余,1030 ,4080 ,4080 ,1030 ,以曲轴转角表示的进排气门开闭时刻及其开启持续的时间，称为,配气相位,。,配气相位,以曲轴转角表示的进排气门开闭时刻及其开启持续的时间，称为,配气相位,。,1030 ,4080 ,4080 ,1030 ,进气门开、关时刻：,发动机转速低时，进气管内混合气随活塞运动，活塞运动慢 。,进气门应提前关闭，以避免混合气回流进气管。,发动机低速时，进气凸轮轴相位应提前调整。,2.2.3,可变进气相位,进气门开、关时刻：,发动机转速高时，进气管内气流快，活塞在向上运动过程中，混合气应可继续涌入气缸，为增加混合气量，进气门延迟关闭。,日产汽车公司的,VTC,设计，,是在一定的作用条件,时，使进气门提早打开，发动机可在,较低转速时产生较高转矩，可变,气门正时只有一段变化,；,而丰田汽车公司的,VVT-i,设计,与宝马,BMW,汽车公司的,VANOS,设计，均为连续可变气门正时系统，气门开度即举升是一定的，但气门开闭时间随发动机转速与负荷而连续可变,，可达到省油、怠速稳定、提高转矩、增大动力输出及减少排气污染的目的。,本田汽车公司的,VTEC,设计，系可变气门正时与举升系统，其气门打开的举升可变,，但气门举升改变是分段式，目前最多分成三段，同样可达到低转速时省油、稳定、转矩提高，及高转速时增大动力输出的目的。,一、,VTC,日产汽车公司称为气门正时控制,(Valve timing control,，,VTC),，,仅改变进气门的气门正时,。,由进气凸轮轴前端之控制器总成、气门正时控制电磁阀、,ECM,及各传感器所构成。,VTC,电路控制方块图,ECM,由各传感器信号，使气门正时控制电磁阀,OFF,或,ON,。,当电磁阀,OFF,时,，电磁阀打开，油压从电磁阀泄放，,进气门正常时间开闭,，由于无气门重叠角度，故怠速平稳；且由于进气门较晚关，故高转速时充填效率高。,当电磁阀,ON,时,，电磁阀关闭，油压进入控制器，使,进气凸轮轴位置改变,即可得到较高转矩。,二、,VANUS,1,宝马汽车公司称为可变凸轮轴控制,(Variable,camshaR,contrl,),，为,连续可变气门正时系统,。,目前,BMW,汽车的新,3,系列及其他系列汽车均已陆续采用,Double VANOS,，为,双可变凸轮轴控制,，即进、排气凸轮轴均有,VANOS,装置，进气门的可变角度达,40,度，而排气门为连续可变。,在不同转速与负荷时，控制电磁阀的位置，使凸轮轴改变位置，得到气门正时与重叠角度连续变化，,在低转速时，凸轮轴位于使进气门较晚开之位置,，减少气门重叠角度；而在,高转速时，凸轮轴移到使进气门早开之位置,，使进气时间提早，并增加气门重叠角度，如此使怠速稳定，低中转速转矩提高，高转速功率大，并减少排气污染。,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调节阀,N205,液压缸,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器,（与链条张紧器一体）,功率调整,调整功率时，链条下部短，上部长，进气门延迟关闭。,进气管内气流速高，气缸充气量足。,因此高转速时，功率大。,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器,扭 矩调整,凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短，下部变长。,因为排气凸轮轴被齿形带固定了，此时排气凸轮轴不能被转动，进气凸轮轴被转一个角度，进气门提前关闭。,在这个位置时，在中、低转速，可获得大扭矩输出.,怠速,怠速时，进气门延迟关闭.,扭矩调整,转速在1000,rpm,以上时，进气门提 前关闭。左侧凸轮轴调整器向下，右侧调整器向上运动。,功率调整,转速在3700,rpm,以上时，左侧凸轮轴调整器向上，右侧调整器向下运动，进气门延迟关闭。,三、,VVT-i,1,丰田汽车公司称为智能型可变气门正时,(Variable valve timing-intelligent,，,VVT-i),，为连续可变气门正时系统，首先应用在丰田汽车的高级房车,LEXUS,上，目前国产化的,COROLLA,、,ALTIS,及,CAMRY,也已开始采用。,不同的排气量与发动机时，进气门的开启度数有不同变化,。,2,VVT-i,的设计理念与,VANOS,相同，都是移动凸轮轴的位置，以,改变气门正时与气门重叠角度，只是,移动凸轮轴的机构有点不同。,3,VVT-i,的气门正时连续可变，为,只针对进气门而设计，如图所示，排气门的气门正时是固定的,。气门正时虽然连续可变，但,举升是固定,的。,VVT-i,的气门正时变化,4,VVT-i,的控制如图所示，,ECM,接收传感器信号，经由修正及气门正时实际值的回馈，,确立气门正时目标值,，以工作时间比,(Duty ratio),的方式,控制凸轮轴正时油压控制阀,(,CamshaR,timing oil control valve),，改变油压之方向或油压之进出，达到使,进气门正时提前、延后或固定,之目的。,5,VVT-i,的构造与作用,(1)VVT-i,执行器装在进气凸轮轴前端，凸轮轴正时油压控制阀装于其侧端。,VVT-i,执行器,(Actuator),的构造如图所示，,叶片与进气凸轮轴固定,在一起，在外壳内，因油压的作用，叶片可在一定角度内旋转，带动进气凸轮轴一起旋转，达到进气门正时之连续不同变化；另外锁定销右侧有油压送入时，柱塞克服弹簧力量向左移，与链轮盘分离，故叶片可在执行器内左右移动；但无油压进入时，柱塞弹出，叶片与链轮盘及外壳等联结成一体转动。,作用：给凸轮轴正时油压电磁阀,ON,，阀柱塞移至最左侧，此时左油道与机油压力相通，而右油道则为回油，故,机油压力将叶片向凸轮轴旋转方向推动，使进气凸轮轴向前转一角度，进气门提前开启,，进排气门重叠开启角度最大。,进气门,正时固定,(Hold),时：,ECM,送出,ON,时间一定之工作时间比信号给凸轮轴正时油压电磁阀，如图示，,阀柱塞保持在中间，堵住左、右油道，此时不进油也不回油，叶片保持在活动范围的中间,，故进气门开启提前角度较少。,进气门正时固定时,VVT-i,的作用,进气门,正时延迟,(Retard),时：,ECM,送出,ON,时间较短的工作时间比信号给凸轮轴正时油压电磁阀，如图所示，,阀柱塞移至最右侧，此时左油道回油，右油道与机油压力相通，故机油压力将叶片逆凸轮轴旋转方向推动，故进气门开启提前角度最少,。,进气门正时延迟时,VVT-i,的作用,(3)VVT-i,在各种运转状态及负荷时，进气门的提前状况及其优点，如表所示。,四、,VTEC,1,本田汽车公司称为,电子控制可变气门正时与举升系统,(Variable valve timing,lift electronic control system,，,VTEC),，当改变气门之举升时，气门正时与气门重叠角度随之改变。,2,1980,年代中期，本田汽车公司在可变气门正时系统最早开发成功，并应用在量产车上，以现代每缸四气门发动机为例，驱动,进气门的凸轮轴上有两种不同高度的凸轮,，利用气门摇臂内活塞位置的切换，以决定低或高凸轮顶开进气门；,甚至每缸凸轮轴上有三种不同高度的进气凸轮,，也是利用气门摇臂内活塞位置之切换，使两支进气门一微开一中开、两支均中开或两支均大开，以达到,低速时省油、转矩高，中速时转矩与功率输出兼具，高速时功率大的特点。,3,如表所示为本田汽车公司五种,VTEC,形式的比较，其中尤以,DOHC VTEC,型，系进、排气门均可变气门正时与举升，用在本田跑车,$2000,上，是目前自然进气发动机中，每公升,(,即,1,000e,e,),排气量的发动机输出的最高纪录保持者，其,2,0L,发动机，最大功率输出可达,1 79kW,，即,每,1,OL,的功率输出达,89,5kW,。,4,SOHC NEW VTEC,，用于阿科德,(ACCORD),汽车,(1)SOHC NEW VTEC,概述 ,现代常用的四气门发动机，由于气门打开举升是固定不变的，若要具有高转速、高输出的性能，就无法兼顾到一般行车常用转速范围之性能，亦即,能高转速、高输出的发动机，在低转速时转矩不足，怠速稳定性较差，且燃油消耗量较高；而着重于一般回转域转矩输出的二气门发动机，其高转速性能会降低。,因此，能够适应各种转速变化，具有宽广动力波段的可变气门正时与举升机构的发动机，为现代的理想发动机。,SOHC NEW VTEC,的凸轮轴构造,可变气门正时及举升机构，在凸轮轴上，每缸进气门设有一低一高两个低转速用凸轮，及一个高转速用凸轮，如图示。,在一般回转域时，低转速用凸轮驱动，,主进气门开度比副进气门大；,而在高回转域时，高转速用凸轮驱动，,主副进气门以相同开度打开，举升比低速时大。,中间摇臂的两端分别是主摇臂与副摇臂，,中间摇臂为高转速用，主摇臂与副摇臂为低转速用,。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，中间凸轮为高回转用，举升最大，左右凸轮为低回转用，主凸轮举升次之，副凸轮举升最小。中间摇臂内有运动弹簧总成，为辅助定位,低转速时各摇臂的动作,高转速时：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，故,3,个摇臂均由中间凸轮,C,以高举升驱动。,ECM,控制,:,电脑依据发动机转速、发动机负荷、车速及水温的信号控制，,(2)SOHC 3 STAGES VTEC,其构造如图所示，具有二组活塞组及二个油路，气门摇臂的构造也与二段式,VTEC,不同，如图所示。,三段式,VTEC,之作用,第一段时：二个油路都没有油压，三个气门摇臂都可自由活动，两支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，达到低转速时省油及转矩提高的效果，如图所示。,第二段时：上油路送入油压，活塞移动，使主摇臂与副摇臂结合为一体，因此两支进气门均由主摇臂驱动，亦即由低速凸轮驱动，,举升都是,7mm,，,以确保中转速时转矩与功率值，如图所示。,第三段时：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；下油路送入之油压，使活塞与活塞,C,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，亦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,1 0mm,，以确保高功率之输出，如图所示。,六、可变气门正时,(,与举升,),系统的改良、,1,由以上的说明可了解，,VANOS,与,VVT-i,系统是气门正时随发动机转速与负荷而连续可变，,但举升没有变化，无法兼顾低转速省油及高转速高功率的需求,；而,VTEC,系统是气门正时与举升均可变，,但其举升变化是分成二段或三段，因此气门正时也是分段式的变化，无法如,VANOS,与,VVT-i,般的连续可变,。,2,各汽车厂分别针对本身设计，发展出新型的可变气门正时与举升系统。,3,VVTL-i,(1)TOYOTA,最新的,VVTL-,i(Vaffable,valve timing,lift-intelligent),，为连续可变气门正时与二段举升系统，与,VVT-i,功能相同外，气门并可做二段式举升变化，与,VTEC,相似。,(2)VVTL-i,之二段举升变化，是在凸轮轴与气门间加入摇臂，利用油压，使摇臂销,(Rocker arm pin),移动，以决定是顶到低、中速凸轮,(Low and medium speed cam),或高速凸轮,(Hi,曲,speed cam),。当无油压时，摇臂销不动，低、中速凸轮顶到摇臂，气门开度较小；当有油压时，摇臂销向右移动，高凸轮顶到摇臂，气门开度较大。,4,Valvetronic,(1)BMW,最新的,Valvetronic,，为连续可变气门正时与举升系统，除了气门正时为连续可变外，举升也可以连续微调变化。,5,i-VTEC,(1)HONDA,最新的,i-VTEC,，为连续可变气门正时与阶段式举升系统，系,VTEC+VTC+ intelligent,的结合，与,VTEC,功能相同外，利用,VTC,，使气门正时为连续可变。,(2)VTCalve timing contr01),装置，功能与,VVT-i,的控制器,(Controller),相同，、装在凸轮轴前端的,VTC,执行器,(,Aetuator,),，以油压控制，使凸轮轴左右转动，以提前或延迟气门的开启时间，使气门正时可连续变化。,