汽车新技术第一章

第一章发动机新技术§1-1可变配气相位与气门升程§1-1-1可变进气系统汽车动力性是汽车性能指标中非常重要的一项指标，要提高汽车动力性就必须提高充气系数。提高充气系数的措施有：1、采用发动机增压2、采用可变配气相位（正时）与气门升程3、采用可变进气系统可变进气系统和可变配气相位改善发动机的性能主要体现在：1、能兼顾高速和低速不同工况，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、改善发动机怠速及低速是的性能及稳定性可变进气系统的分类：1、多气门分别投入2、可变进气系统执行机构进气控制阀可变进气系统结构如图所示1、多气门分别投入工作多气门分别投入工作的方式有以下两种：1）通过凸轮或摇臂控制气门按时开或关2）在气道中设置旋转阀门，按需要打开或关闭该气门的进气通道；2、可变进气道系统可变进气道系统是根据发动机不同工况，采用不同度及容积的进气管向气缸内充气，以便能形成惯性充气效应及谐振脉冲波效应，从而提高充气效率及发动机动力性能。三种工作形式：1）双脉冲进气系统2）四气门二段进气系统3）三段进气系统⑴双脉冲进气系统双脉冲进气系统由空气室及两根脉冲进气管组成，空气室的入口处设置节气门，与两根直径较大的进气管相连接，作用是在于防止两组（每三缸一组）进气管中谐振空气柱的相互干扰。每根脉冲管子成为形成谐振空气波的通道，分别连接两组气缸。将六缸机的进气道分成前后两组，这就相当于两个三缸机的进气管，每个气缸有240°的进气冲程，各气缸之间不会产生进气脉冲波的相互干扰。该系统能够使每个气缸都会产生空气谐振波的动力效应，而直径较大的空气室、中间产生谐振空气波的通道与歧管一起，形成脉冲波谐振循环系统。它的工作分为两段：即低速段（转速4400r/min）和高速段（转速4400r/min）。⑵四气门二阶段进气系统二阶段即低中速段（转速3800r/min）和高速段（转速3800r/min）①在发动机低、中速工况时，由弯曲的长进气管向发动机供气；②在发动机高速工况时，弯曲的长进气管与直的短进气管同时向发动机供气可变进气管长度技术可变进气管长度技术日产汽车可变进气系统大众——进气管截面积可变技术关闭状态打开状态⑶三段进气系统三段即低速段（转速4000r/min）、中速段（转速4000r/min）和高速段（转速5000r/min）；①在发动机低速工况时，两根空气室管之间的阀及高速工况阀关闭；②在发动机中速工况时，连接两根空气室管之间的阀门打开；③在发动机高速工况时，直的短进气道中蝶阀打开三阶段的可变进气系统在三段转速范围内都能形成一个高的转矩峰值，使转矩特性更平稳，数值更高§1-1-2可变气门正时和升程控制系统本田VTEC（VariableValveTiming&ElectronicControlSystem），称为可变气门正时和升程电子控制系统，当改变气门升程时，气门正时和气门重叠角随之改变。可变气门正时和升程电子控制系统采用在一根凸轮轮轴上布置高速、低速两种不同夹角和升程的凸轮，控制系统能根据发动机的转速利用油压自动地使气门切换到不同凸轮以改变气门的升程，因此，VTEC机构又称为双可变配气相位机构1、本田汽车公司VTEC技术1、VTEC机构VTEC配气机构采用摇臂驱动四个气门。一般采用三个摇臂，中间摇臂、主摇臂、副摇臂。中间摇臂上装有可左右移动的液压活塞、凸轮轴上设有三种不同的凸轮，分别为主凸轮、中间凸轮、副凸轮。中间摇臂在高速时使用，主、副在低速时使用。2、VTEC工作原理当发动机低速工作时，控制系统使主、副摇臂与中间摇臂分离，利用两侧的低速凸轮驱动主、副摇臂；当发动机高速工作时，控制系统使摇臂内部的液压活塞沿相应方向移动，此时主、副摇臂在同步活塞作用下连成一体，均由中间凸轮来驱动。高低速凸轮的切换是发动机ECU根据转速、负荷、冷却液温度及车速传感器等信号，经过计算、处理后，将信号输出到电磁阀来控制油压，从而实现摇臂在高、低速凸轮之间切换。3、i-VTEC发动机由于VTEC系统对配气相位的改变是阶段性的，也就是说要改变配气相位只能在某一转速下跳跃，而不是在一段转速范围内连续可变。为了改善VTEC系统性能，本田推出了i-VTEC系统。i-VTEC系统是在VTEC的基础上，增加一个VTC(VariabletimingControl可变正时装置)—一组进气门凸轮轴正时可变控制机构，即i-VTEC=VTEC+VTC。由于i-VTEC系统中VTC机构的导入，使得发动机的配气相位能够柔性地与发动机的负荷相匹配，发动机的任何工况下都能找到最佳的配气相位。2、宝马汽车公司的VANOS宝马汽车公司的VANOS（VariableCamshaftControl）称为凸轮轴可变气门正时系统，属于气门正时连续可变，但一般只是进气门正时可变，如果进排气门都可变则采用双凸轮轴可变气门正时系统（double-VANOS）.为了解决VANOS不能能够改变气门升程的问题，宝马公司开发了Valvetronic可变气门正时和升程控制系统。宝马Valvetronic气门升程调节Valvetronic工作原理•凸轮轴及Valvetronic轴根据凸顶形状与回位弹簧推动摇臂动作，Valvetronic轴转动改变摇臂位置，推动进气门工作至最大。3、丰田汽车公司的VVT-I技术VVT-I(VatiableValveTimingintelligent)系统用于控制进气门凸轮轴在50范围调整凸轮轴转角一、结构组成：VVT-I控制器、凸轮轴正时控制阀、各种传感器VVT-i控制器（OCV）结构组成：正时带驱动的外齿轮、与进气凸轮轴刚性连接的内齿轮、内外齿轮之间的可动活塞。可动活塞内、外表面上有螺旋花键。活塞的轴向移动会改变内外齿圈的相对位置，从而产生配气相位的连续可变工作过程——提前当凸轮轴正时控制阀位于图（a）所示时，机油压力施加在活塞的左侧，使得活塞向右移动。由于活塞上的旋转花键的作用，进气凸轮轴相对于凸轮轴正时带轮提前某一角度。工作过程——滞后•当凸轮轴正时控制阀位于图（b）位置时，活塞向左移动，并向延迟的方向旋转。VVT-i控制原理4、马自达马自达6可变配气定时机构机构组成：可变配气定时器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、机油控制阀及动力控制模块（PCM）1、可变配气定时器2、进气凸轮轴3、凸轮轴位置传感器4、排气凸轮轴5、机油控制阀6、动力控制模块（PCM）7、曲轴位置传感器叶片式可变配气定时器凸轮轴正时机油控制阀可变配气相位装置提前1、PCM2、机油控制阀3、电磁阀4、机油泵5、可变配气定时器6、凸轮轴7、配气定时提前室8、转子9、壳体10、配器定时迟后油道11、配器定时提前油道滞后1、PCM2、机油控制阀3、电磁阀4、机油泵5、可变配气定时器6、凸轮轴7、转子8、配气定时迟后室9、壳体10、配器定时迟后油道11、配器定时提前油道§1-2电子节气门1、电子节气门的组成电子节气门一般由节气门控制ECU、节气门执行器、节气门位置传感器、发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、车速传感器等组成。其中节气门执行器时一个步进电机；节气门控制ECU一般和发动机ECU是一体的。1—发动机；2—曲柄转角传感器；3—节气门位置传感器；4—节气门执行器；5—节气门；6—加速踏板位置传感器；7—车速传感器；8—变速器2、电子节气门的工作原理加速踏板位置传感器将驾驶员要加速或减速的信息传递给节气门控制ECU，计算出相应的最佳节气门位置，发出控制信号给节气门执行器，由执行器将机气门开度控制在计算出的最佳节气门位置。3、电子节气门的应用如图所示为宝马valvetronic电子气门节气门控制器（节流阀体）§1-3缸内汽油直喷发动机1、缸内汽油直喷系统概述缸内汽油直喷发动机最早由日本三菱汽车公司提出，即有名的GDI（GasolineDirectInjection）汽油直接喷射发动机缸内汽油直喷发动机简称FSI发动机。FSI(FuelstratifiedInjection)字面意思为燃油分层喷射。将燃油直接喷入气缸的FSI发动机相比燃油直喷到进气管的发动机，其优点有：动力提高同时燃油消耗降低15%。2、缸内汽油直喷系统的构造与工作原理1）组成：FSI发动机配备了按需控制的燃油系统、每缸4气门、可变进气歧管、进排气凸轮轴连续可调装置2）工作原理：分层进气原理。FSI发动机采用类似柴油机的供油技术，利用电磁喷油器在最合适的时刻将燃油喷入气缸，通过燃烧室的特殊形状，使气体产生较强的涡流，在火花塞周围的混合气教浓，其他区域较稀，实现混合气的稀薄燃烧。3）特点：采用两种不同的喷油模式①分层喷油②均匀喷油分层喷油与均匀喷油A6LFSI3.2LV6发动机燃油喷射系统组成蓄压管3、缸内汽油直喷系统的应用目前采用缸内汽油直喷系统的车型及发动机有：奥迪A6L3.2LFSI和4.2LFSI发动机卡迪拉克CTS3.6LV6FSI发动机大众高尔夫Variant1.6FSI和2.0FSI发动机一汽大众迈腾等4、FSI发动机与TSI发动机比较1、FSI发动机与TSI(TSI是Turbo-charging（涡轮增压）、Super-charging（机械增压）和Injection（燃油直喷)三个关键特色的首字母缩写)发动机都是直喷发动机2、TSI发动机结构上多了一个涡轮增压器5、双喷射发动机双喷射发动机采用直接燃油喷射和进气口燃油喷射两个系统6、奔驰压电直喷发动机CDICDI（CondenserDiodeIgnite的缩写,是电容二极管点火的意思）相比柴油机，汽油中压电控制模块直接控制针阀，因此针阀的动作更加精确缸内直喷技术1、发动机结构1）改进进气道：可以采用切向进气道或螺旋进气道，从而产生进气涡流2）设计特殊燃烧室，进而可以产生挤气涡流3）提高喷射压力，让柴油雾化更好2、发动机电控技术：精确控制燃油喷射正时及喷射压力、喷射量及喷射率半开式燃烧室中的空气运动——挤气涡流半开式燃烧室中的空气运动——进气涡流§1-4复合火花点火发动机复合火花点火发动一般指发动机每个气缸采用两个或两个以上火花塞，一般常见的每缸采用两个火花塞1、本田飞度1.3LI-DSI发动机1）i-DSI（intelligent-Dual-Sequential-Ignition的缩写)为智能化双火花塞顺序点火系统：在一个气缸上装两个火花塞，分别装入进气侧和排气侧。该系统引用了相位差燃烧概念，从易发生爆振的方向开始逐个点火，降低了爆震倾向2）作用：i-DSI系统的引入，缩短了燃烧室火焰传播的时间，实现了全域范围内的急速燃烧，同时降低了爆燃倾向，使得大幅度提高压缩比成为可能，实现了高输出功率、高输出转矩及低油耗。结构进气门排气门工作原理—节气门半开时低、中转速：F（前侧）火花塞先点火，R（后侧）火花塞后点火中、高转速：F、R火花塞同时点火工作原理—节气门全开时低转速：F火花塞先点火,且点火提前；R火花塞后点火，且点火滞后，扭矩增大，防止爆燃中转速:F火花塞先点火，R火花塞后点火，防止膨胀压力下降中、高转速：F、R火花塞同时点火，膨胀压力高，输出扭矩大2、克莱斯勒300C5.7LHEMI发动机结构：HEMI（Hemi-sphere）的真正意思是代表半球状燃烧室结构，两个大尺寸进排气门布置在汽缸盖两端，两个火花塞布置在中间，两个火花塞可以同时点火，也可以分别点火。功能：可以使燃烧距离缩短，燃烧速度加快，因此热效率提升，发动机的动力和燃油经济性也得到改善。3、奔驰AMGG5005.0LV8发动机奔驰AMGG5005.0LV8发动机保留传统的3气门技术但用上了较为先进的双火花塞点火系统。§1-5稀燃发动机1)稀燃指发动机的可燃混合气的空燃比A/F大于16或过量空气系数大于1.22。特点主要有：①喷油正时对稀燃系统的燃烧速度和燃烧稳定性具有一定的影响。一般来说，延迟喷油可以使燃烧稳定性提高，但相应造成较高的NOX排放②点火正时需合理匹配。由于混合气较稀，相应着火延迟期都将延长，因此点火提前角应该增大。1、稀燃发动机的特点2