汽车新技术8可变配气相位

汽油机可变配气相位其特性参数主要是三个:气门开启相位、气门开启持续角度(指气门保持升起持续的曲轴转角)和气门升程。这三个特性参数对发动机的性能、油耗和排放有重要影响。通常将气门开启相位和气门开启持续角度统称为气门正时。随着发动机负荷和转角的改变，这三个特性参数(特别是进气门开启相位和开启持续角度)的最佳选择是根本不同的。进气门开启相位提前，一方面为进气过程提供了较多的时间，特别有利于解决高转速时进气时间不足的问题;另一方面，气门叠开角增大，有更多的废气进入进气管，随后又同新鲜充量一起返回气缸，造成了较高的内部排气再循环率，可降低油耗和NOX排放，但同时也导致启动困难、怠速不稳定和低速工作粗暴。进气门关闭相位推迟，一方面在高转速时有利于利用高速气流的惯性提高体积效率;另一方面在低转速时又会将已经吸人气缸的新鲜充量重又推回到进气管中。气门升程增大，一方面在高负荷时有利于提高体积效率;另一方面在低负荷时又得不将节气门关得更小，造成更大的泵气损失和节流损失。综上所述可见，出于不同的考虑，对气门特性参数提出了不同要求。为了提高标定功率，要提早开启、推迟关闭进气门，并提高进气门升程;为了提高低速扭矩，要提早关闭进气门;为了改善启动性能并提高怠速稳定性，则要推迟开启进气门，减小气门叠开。显然，进气门特性参数对发动机的影响比排气门特性参数更大，进气门关闭相位的影响比开启相位大。由于环境保护和人类可持续发展的要求，低能耗和低污染已成为汽车发动机的发展目标。要求发动机既要保证良好的动力性又要降低油耗满足排放法规的规定，在各种现代技术手段中，可变配气相位技术已成为新技术发展方向之一。(1)无凸轮轴可变配气相位机构(电磁控制)该类机构没有凸轮轴，直接对气门进行控制。其优点是能对气门正时的所有因素进行控制，在各种工况下获取最佳气门正时;另外，还能关闭部分气缸的气门，实现可变排量。直接对气门控制是比较理想的状况，但该类控制机构操纵时需要消耗较高的能量。如何降低能量消耗是这类机构必须解决的问题.每对气门在不同工况由凸轮轴上:滞止凸轮(0.65mm最大升程)、中速凸轮(7.3mm升程)、高速凸轮(lOmm升程)分别控制;相应的凸轮推动的摇臂也有三个:主摇臂、中间摇臂、次摇臂;另外，还有两个转换柱塞协同转换驱动凸轮。低速时，如图1.93(a)所示，各个摇臂分离独立工作。主摇臂驱动主气门正常工作;次摇臂驱动次气门，最大升程为0.65mm，主要是产生最适当的涡流实现稀薄燃烧。变换凸轮型线的可变配气相位机构1.凸轮轴;2.低速凸轮;3.高速凸轮;4.主摇臂;5.二中间摇臂;6.次摇臂;7.液压柱销A8.液压柱销B;9.止推销;10.空行程弹簧;11.排气门;12.进气门随着发动机各缸采用多气门化，发动机的高速动力性有了很大的提高，同时却带来了中小负荷经济性变差和低速扭矩的降低。为了解决此矛盾，近来高性能轿车发动机广泛采用了可变配气相位与气门升程电子控制(VTEC)机构，从而使从高速到低速整个使用范围性能得到提高.本田汽车采用一种可变配气相位与气门升程电子控制(VTEC)机构，来控制进气时间与进气量，从而使发动机产生不同的输出功率。气门定时和升程可变的可变进气系统（VTEC)装有VTEC机构的发动机每个气缸和常规的高速发动机一样配置有两个进气门和两个排气门。它的两个进气门有主次之分，即主进气门和次进气门。每个进气门均由单独的凸轮通过摇臂来驱动。驱动主次进气门的凸轮分别叫主、次凸轮，主、次摇臂。中间摇臂，不与任何气门接触，三摇臂并在一起，均可在摇臂轴上转。中间凸轮；升程最大中间凸轮升程最大是按发动机双进双排气门工作最佳输出功率的要求而设计的；主凸轮升程小于中间凸轮，它是按发动机低速工作时单气门开闭要求设计的；次凸轮的升程最小，最高处只是稍微高于基圆，其作用只是在发动机怠速运行时，通过次摇臂稍微打开次气门，以免燃油集聚在次进气门口。中间摇臂的一端和中间凸轮接触，另一端在低速时可自由活动。三个摇臂在靠近气门一端均有一个油缸孔。油缸孔中都安置有活塞。由此可见，根据发动机转速、负荷、水温及车速信号，由ECM进行计算处理后将信号输出给电磁阀来控制油压，进而使不同配气定时和气门升程的凸轮工作。VTFC不工作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂缸内，和中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂油缸内，次同步活塞和弹簧一起则位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和液力油道相通，液力油来自工作油泵，油道的开启由ECM通过VTEC电磁阀控制。在发动机低速运行时，ECM无指令，油道内无油压，活塞位于各自的油缸内，各摇臂均独自上下运动。于是主摇臂紧随主凸轮开闭主进气门，以供给低速运行时发动机所需混合气，次凸轮则迫使次摇臂微微起伏，微微开闭次进气门，中间摇臂虽然随着中间凸轮大幅度运动，但是它对于任何气门不起作用。此时发动机处于单进双排工作状态，吸人的混合气不到高速时的一半。由于仍然是所有气缸参与工作，所以运转十分平顺均衡。发动机高速运行，ECM就会向VTEC电磁阀供电开启工作油道，工作油道中的压力油就推动活塞移动，压缩弹簧，这样主摇臂、申间摇臂和次摇臂就被主同步活塞、中间同步活塞和次同步活塞串联为一体，成为一个同步活动的组合摇臂。由于中间凸轮的升程大于另两个凸轮，而中间凸轮角度提前，故组合摇臂随中间摇臂一起受中间凸轮驱动，主、次气门都大幅度地同步开闭，因此配气相位发生变化，吸人的混合气量增多满足了发动机大负荷时的进气要求。低速时，如图所示，各个摇臂分离独立工作。主摇臂驱动主气门正常工作;次摇臂驱动次气门，最大升程为0.65mm，主要是产生最适当的涡流实现稀薄燃烧。中速时如图所示。电脑控制中速油路开启，液压油驱动中速转换柱塞，使主、次摇臂联结在一起，中速凸轮开始起作用，驱动两个气门运转。高速时，如图所示，电脑控制打开高速油路，液压油推动高速转换柱塞，主、次摇臂与中间摇臂联结在一起，由高速凸轮驱动。当转速降低时，油路内油压降低，柱塞在回位弹簧的作用下推回，三根摇臂又依次分开。该机构使发动机根据自身转速和负荷自动改变气门的配气相位及气门升程，改变进气量。低速时，VTEC-E开启一个气门实现稀燃;中速时，采用中速凸轮型线驱动两个进气门，确保中速扭矩;高速时，VTEC-E加大气门升程及延长开启时间。使迸气量增加，以输出更大功率。(3)改变凸轮轴相角的可变配气相位机构该类机构利用凸轮轴调相原理，凸轮型线是固定的而凸轮轴相对曲轴的转角是可变的。因为配气相位中影响发动机性能较大的是进气门关闭角和进排气重叠角，在多气门双顶置凸轮轴发动机上，单独控制进、排气凸轮轴，可以实现对这两个因素的控制，改善发动机性能。虽然这类机构不能改变气门升程和持续期，但是它机构原理简单，可以保持原发动机气门系不变，只用一套额外的机构来改变凸轮轴相角，对原机改动较小，便于采用，应用较广泛。以日本NISSAN公司开发的一种液压机构为例，用在双顶置凸轮轴发动机上，改变进气凸轮轴相角，实现配气相位可变。改变凸轮与气门之间连接的可变配气相位机构1.凸轮;2.挺柱;3.高压油腔;4.蓄压罐;5.电磁阀;6.气门电控液压挺柱式可变配气相位机构原理如图所示，当电磁阀关闭时，凸轮推动第一挺柱，由于挺柱室内的液压油不能溢出，油压推动第二挺柱，使气门工作。当电磁阀打开，由于一部分液压油溢出到储油室，第二挺柱延缓推动气门，使气门晚开或早关，气门升程也可以减小，这种机构比较简单，它只需改变液力挺柱。当液压油溢出到储油室足够多，可以完全消除气门升程，实现可变排量。广州本田思迪(CITY)思迪(CITY)除了精心设计的造型外，还汇集了众多反映当今汽车发展水平的领先技术，从动力、操控、悬挂等方面实现了优异的综合性能，这也让思迪(CITY)成为一款真正代表着高科技的车型。驾驶思迪(CITY)，在澎湃的动力与随心的操控中实现自在穿行都市的梦想。先进的5速自动变速器。思迪(CITY)是唯一一款在同级车型中使用了在高级车上广泛装备的5速自动变速器(5AT)的车型。该款5AT专门为思迪(CITY)开发设计。与4AT相比，达到了更好的操控感和燃油经济性。同级车型中高水平的换挡平顺性。思迪(CITY)的5AT采用了高效、理想的直接控制系统，使变速时离合油压十分理想，有效地抑制了换挡冲击，实现了平顺、迅捷的变速，使驾驶更为顺畅，乘坐更为舒适。更宽的5挡速比范围及1-4挡低速比。5AT实现了较4AT范围更宽更合理的变速比，在相同高速状下，发动机转速更低，行驶更安静，燃油经济性更优。而在相同低速状态下，5AT的低速比相对4AT行驶动力更为充沛，使行驶性能得到进一步提高。全速锁止实现了极佳的油耗。思迪(CITY)的5AT使用了带锁止离合器的液力变矩器。在锁止状态下，动力通过直接连接的方式进行传递，减少动力的损失，提高燃油经济性。为了缩短形成锁止的时间，思迪(CITY)的5AT还采用盘状锁止弹簧辅助锁止，与标准锁止模式相比大大缩短了所用的时间，更进一步降低了油耗。同时，思迪(CITY)的5AT不仅可以在日常使用的速比范围(2-5速)内实现锁止，更可从1速开始就进行锁止，使燃油消耗降低了2%，真正满足人们的使用需求。极为紧凑的变速器结构。采用本田独创的变速器内部排列结构，四、五速共用齿轮，极大地减小了变速器体积，为实现整车的轻量化做出了贡献。强劲动力与超低油耗的和谐统一。思迪(CITY)搭载了倍受赞誉的1.3L及1.5LVTEC发动机，不仅让人体验到驾驶的畅快，更能满足对油耗和排放的高要求。1.3Li-DSI发动机具备由低速就开始的平顺扭矩曲线，扭矩充分，令驾驶者能够切身体会到充沛的行驶动力。与同级车相比，油耗格外出色，百公里最低油耗仅为5.0L(90km/h等速)。最大功率为60kW/5700rpm，最大扭矩则达到119Nm/2800rpm。1.5LVTEC发动机继承了混合动力车型INSIGHT的低燃油技术，实现了与稀薄燃烧式发动机同等的燃油经济性，百公里最低油耗仅为5.1L(90km/h等速)。VTEC发动机的进气气门可以分别控制正时时间和升降行程。在低转速时，一个进气气门微微开启，由另一个气门吸入混合气体，在燃烧室内产生更强的涡流效应，提高了燃烧效率，改善燃烧稳定性；在高转速时，主副进气气门同时升降，将更多的混合气吸入气缸，实现高扭矩、高功率的性能。因此，VTEC发动机具备低转速时扭矩提升平稳，常用转速扭矩曲线平顺以及高转速时动力顺畅的特性，最大功率为79kW/5800rpm，最大扭矩为143Nm/4800rpm。发动机吸气温度的降低，与燃烧效率的提高关系密切，同时也影响发动机功率、燃油经济性的提高。为了使发动机的优势得到更为充分的发挥，思迪(CITY)不遗余力地对降低发动机吸气温度进行了研究。同时改变散热器风扇形状和风扇旋转方向，将散热器热量向与进气口相反的方向进行疏导，成功实现了发动机吸气温度的降低，提高进气效率，充分发挥了发动机的强劲动力。一、所谓内燃机增压就是利用增压器将空气或可燃混合气进行预压缩，再送人气缸的过程。增压后，每循环进人气缸的新鲜充量密度增大，使实际充量增加，从而达到提高发动机功率和改善经济性的目的。二、增压的基本类型分涡轮增压、机械增压、气波增压、复合增压四种，对应的增压器称涡轮增压器、机械增压器、气波增压器(略)。汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易爆燃。因此，安装涡轮增压器必须要避免爆燃，这里涉及两个相关问题，一个是高温控制，另一个是点火时间控制。1、涡轮增压器：由涡轮机和压气机构成。将发动机发出的废气引入涡轮机，废气的能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机内增压后进入气缸。涡轮增压的最大优点：是燃油经济性好油耗率可降低5%-10%;，可提高功率20%-50%，并可大幅度降低有害气体的排放和噪声水平。缺点：是低速时排气能量低，增压效果差，低速加速性能较差。1-排气口;2-涡轮机;3-压气机;4-进气口;5-进气管;6-排气管2、机械增压器：由发动机曲轴1经齿轮增速器5