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發(fā)表于 2006-9-27 16:48:10
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Re: 每周一貼——可變進(jìn)氣系統(tǒng)
# s) p2 c2 t; b* s1 Q# `
我來(lái)調(diào)整過(guò)吧:3 ^1 Y" X+ Y; A4 T, P
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可變配氣正時(shí)控制機(jī)構(gòu)的主要目的是在維持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速性能情況下，改善全負(fù)荷性能。這種機(jī)構(gòu)是保持進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)角不變，改變進(jìn)氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)刻來(lái)增加充氣量。
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. L7 L& s& i* W （1）凌志LS400汽車(chē)可變配氣正時(shí)控制機(jī)構(gòu)(VVT-i)
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VVT-i系統(tǒng)用于控制進(jìn)氣門(mén)凸輪軸在50°范圍內(nèi)調(diào)整凸輪軸轉(zhuǎn)角，使配氣正時(shí)滿(mǎn)足優(yōu)化控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的要求，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)在所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣的排放。
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VVT-i系統(tǒng)由VVT-i控制器、凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥和傳感器三部分組成，如下圖所示。其中傳感器有曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器和VVT傳感器。 ( K [1 o( o3 f* g v# X
$ C0 z: H! Y' Z6 xscreen.width-500)this.style.width=screen.width-500;" border=0>
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' Z* m7 m$ Q) o7 n( q( w# k LS400汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)是8缸V型排列4氣門(mén)式的，有兩根進(jìn)氣凸輪軸和兩根排氣凸輪軸。在工作過(guò)程中，排氣凸輪軸由凸輪軸齒形帶輪驅(qū)動(dòng)，其相對(duì)于齒形帶輪的轉(zhuǎn)角不變。曲軸位置傳感器測(cè)量曲軸轉(zhuǎn)角，向ECU提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)；凸輪軸位置傳感器測(cè)量齒形帶輪轉(zhuǎn)角；VVT傳感器測(cè)量進(jìn)氣凸輪軸相對(duì)于齒形帶輪的轉(zhuǎn)角。它們的信號(hào)輸入ECU，ECU根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的要求控制進(jìn)氣凸輪軸正時(shí)控制閥，控制器根據(jù)指令使進(jìn)氣凸輪軸相對(duì)于齒形帶旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，達(dá)到進(jìn)氣門(mén)延遲開(kāi)閉的目的，用以增大高速時(shí)的進(jìn)氣遲后角，從而提高充氣效率。 / [( ~( @" e* q& `" w0 E" ?' [
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1)結(jié)構(gòu) 1 j9 t5 @- |, |4 M& ?% A
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VVT-i控制器的結(jié)構(gòu)如下圖所示，它包括由正時(shí)帶驅(qū)動(dòng)的外齒輪和與進(jìn)氣凸輪軸剛性連接的內(nèi)齒輪，以及一個(gè)內(nèi)齒輪、外齒輪之間的可動(dòng)活塞。活塞的內(nèi)、外表面上有螺旋形花鍵。活塞沿軸向的移動(dòng)，會(huì)改變內(nèi)、外齒輪的相對(duì)位置，從而產(chǎn)生配氣相位的連續(xù)改變。
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VVT外殼通過(guò)安裝在其后部的剪式齒輪驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)凸輪軸。
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凸輪軸正時(shí)控制閥根據(jù)ECU的指令控制閥軸的位置，從而將油壓施加給凸輪軸正時(shí)帶輪以提前或推遲配氣正時(shí)。發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，凸輪軸正時(shí)控制閥處于最延遲的位置，如下圖（b）所示。 6 h& G2 M5 U- k V
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2)工作原理
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; h) A. E# a9 H$ `3 I* G0 c* C 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的指令，當(dāng)凸輪軸正時(shí)控制閥位于圖（a）所示時(shí)，機(jī)油壓力施加在活塞的左側(cè)，使得活塞向右移動(dòng)。由于活塞上的旋轉(zhuǎn)花鍵的作用，進(jìn)氣凸輪軸相對(duì)于凸輪軸正時(shí)帶輪提前某一角度。 2 T3 i3 p4 G d+ Z/ G
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當(dāng)凸輪軸正時(shí)控制閥位于圖（b）位置時(shí)，活塞向左移動(dòng)，并向延遲的方向旋轉(zhuǎn)。進(jìn)而，凸輪軸正時(shí)控制閥關(guān)閉油道，保持活塞兩側(cè)的壓力平衡，從而保持配氣相位，由此得到理想的配氣正時(shí)。 1 T% Y5 \+ R+ \* O2 O0 y
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提高充氣效率是提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的重要措施。除了增壓以外，合理選擇配氣相位且能隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同而變化，以及利用進(jìn)氣的慣性及諧振效應(yīng)是提高充氣效率的重要途徑。
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進(jìn)氣慣性及諧振效應(yīng)是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管長(zhǎng)度及管徑大小的變化而變化。在不同轉(zhuǎn)速下，進(jìn)氣管長(zhǎng)度應(yīng)有所不同，方能獲得良好的進(jìn)氣慣性效應(yīng)。并且，只有采用可變配氣相位，可變進(jìn)氣系統(tǒng)才能適應(yīng)不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的要求，才能較全面地提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
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# }9 ]5 R5 F! b3 [ 可變進(jìn)氣系及配氣相位改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，主要體現(xiàn)在以下幾方面：
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& G- k6 i, ]0 _& S" D( D6 R' K& B ①能兼顧高速及低速不同工況，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； . @3 J( Y! |+ }- _9 W
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②降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放； + `+ L) B' ]7 v& C( s
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③改善發(fā)動(dòng)機(jī)怠速及低速時(shí)的性能及穩(wěn)定性。
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' e6 @. K4 y- T8 k- c8 l2 ?0 E7 _! n 這里首先介紹可變進(jìn)氣系統(tǒng)，至于可變配氣相位以后會(huì)以不同的方式再作介紹。 # `3 [. z: `2 F# j: r
screen.width-500)this.style.width=screen.width-500;" border=0># o7 c3 d$ T8 {2 H* D( W& c Z6 p
, c5 a" }/ e/ D4 q% r4 p 可變進(jìn)氣系統(tǒng)分為兩類(lèi)：(1)多氣門(mén)分別投入工作；(2)可變進(jìn)氣道系統(tǒng)。其目的都是為了改變進(jìn)氣渦流強(qiáng)度、提高充氣效率；或者為了形成諧振及進(jìn)氣脈沖慣性效應(yīng)，以適應(yīng)低速及中高速工況都能提高性能的需要。 ' d& _3 V) o" {2 J" t1 |% D7 J* G% Q8 ]
0 y9 }# g m+ e/ \4 ^ 1．多氣門(mén)分別投入工作
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$ |, L) s1 q& L% m+ W 實(shí)現(xiàn)多氣門(mén)分別投入工作的結(jié)構(gòu)方案有如下兩種：第一，通過(guò)凸輪或搖臂控制氣門(mén)按時(shí)開(kāi)或關(guān)；第二，在氣道中設(shè)置旋轉(zhuǎn)閥門(mén)，按需要打開(kāi)或關(guān)閉該氣門(mén)的進(jìn)氣通道，其結(jié)構(gòu)如圖3-94a)所示，這種結(jié)構(gòu)比用凸輪、搖臂控制簡(jiǎn)單。 2 C: v' g. @& \
! B8 x( Q6 Q4 s5 E3 T4 l: l a)渦輪控制閥示意圖 b)低速、小負(fù)荷工況 c)高速、大負(fù)荷工況 6 z8 w. R9 U: F1 Q! u# q0 X
' ^( U/ o# V/ d. V( P7 a( c9 {% M, R' m# t 圖3-94 多氣門(mén)分別投入工作示意圖
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1 W, z9 g4 F: z: ^ 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)氣門(mén)部分開(kāi)度工作時(shí)，渦流控制閥關(guān)閉(見(jiàn)圖3-94b)，混合氣通過(guò)主要螺旋進(jìn)氣道進(jìn)入氣缸。節(jié)流的氣道促進(jìn)混合加速，并沿著切線(xiàn)方向進(jìn)入氣缸，這樣可以形成較強(qiáng)的進(jìn)氣渦流，對(duì)于低速工況及燃燒稀混合氣是有利的。 " @3 p) i7 L, l# r2 e/ a; K
% Z# D% {' e R! P4 s# s0 k% p1 f 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷增加時(shí)，僅由主氣道進(jìn)入氣缸的混合氣不能滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，于是副進(jìn)氣道中的閥門(mén)開(kāi)啟，增加進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣(見(jiàn)圖3-94c)，而且抑制了進(jìn)氣道中進(jìn)氣渦流強(qiáng)度，這對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)高速工況時(shí)的容積效率及燃燒效率、減少能量損失是有利的。 * H X8 C3 `8 |; y% B
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2．可變進(jìn)氣道系統(tǒng) 4 J( ~' u* W3 p( l, w+ p ~
( q. {& _' _3 ]: V2 i- k2 V 可變進(jìn)氣道系統(tǒng)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速，使用不同長(zhǎng)度及容積的進(jìn)氣管向氣缸內(nèi)充氣，以便能形成慣性充氣效應(yīng)及諧振脈沖波效應(yīng)，從而提高充氣效率及發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能。
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(1)雙脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)
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6 V( a1 i- m# `: D1 V% g 雙脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)由空氣室及兩根脈沖進(jìn)氣管組成，如圖3-95所示。空氣室的入口處設(shè)置節(jié)氣門(mén)，并與兩根直徑較大的進(jìn)氣管相連接，其目的在于防止兩組(每組三缸)進(jìn)氣管中諧振空氣柱的互相干擾。每根脈沖管子成為形成諧振空氣波的通道，分別連接兩組氣缸。 - k: s/ l2 C5 |
) H }* d2 ^. x- S8 ` 將六缸機(jī)的進(jìn)氣道分成前后兩組，這就相當(dāng)于兩個(gè)三缸機(jī)的進(jìn)氣管，每個(gè)氣缸有240°的進(jìn)氣沖程，各氣缸之間不會(huì)有進(jìn)氣脈沖波的互相干擾。上述可變進(jìn)氣系統(tǒng)的效果在于：每個(gè)氣缸都會(huì)產(chǎn)生空氣諧振波的動(dòng)力效應(yīng)，而直徑較大的空氣室、中間的產(chǎn)生諧振空氣波的通道同支管一起，形成脈沖波諧振循環(huán)系統(tǒng)。 ; z. Y- T9 ]( E5 J5 b" ?- b! S) t
7 a+ K' p9 j* @1 h' o
圖3-95 雙脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖 $ k4 R: ?9 X' Z6 I0 _( A
# I4 j* l, w0 E7 m" n e a)低速段（n﹤4400r/min）；b)高速段（n﹥4400r/min） 1 I( s2 G7 e( C* [, w3 s: x
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當(dāng)進(jìn)氣管中動(dòng)力閥關(guān)閉時(shí)(見(jiàn)圖3-95a)，可變進(jìn)氣管容積及總長(zhǎng)大約為70cm的進(jìn)氣管，能在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n＝3300r/min時(shí)，形成諧振進(jìn)氣壓力波，提高了充氣效率，使轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于4000r/min時(shí)，進(jìn)氣管中便不能形成有效的進(jìn)氣壓力波，于是動(dòng)力閥門(mén)打開(kāi)(見(jiàn)圖3-95b)，兩個(gè)中間進(jìn)氣通道便連接成一體。優(yōu)化選擇在每個(gè)氣缸與總管連接的支管容積后，能形成高速(如：n＝4400r/min)下諧振進(jìn)氣脈沖波，使轉(zhuǎn)矩值達(dá)到較高值。于是在n＝1500～5000r/min的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)變化平緩，如圖3-96所示。
% h* O1 t5 y) i4 A. h7 p2 ?
& O0 N/ h4 X! P o5 P; p$ i 圖3-96 采用可變進(jìn)氣系統(tǒng)后的轉(zhuǎn)矩特性（六缸發(fā)動(dòng)機(jī)）
0 x* u0 k5 J4 ]( r. s# z# h, Z: N; o3 W" o) L" i% }" A$ ?
(2)四氣門(mén)二階段進(jìn)氣系統(tǒng) ) [7 j8 f. w) e' F. C4 o
2 A' q8 d% }& w W, D 該進(jìn)氣系統(tǒng)由彎曲的長(zhǎng)進(jìn)氣管和短的直進(jìn)氣管與空氣室相連接，并分別連接到缸蓋的兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)上，如圖3-97所示。在發(fā)動(dòng)機(jī)低、中速工況時(shí)由長(zhǎng)的彎曲管向發(fā)動(dòng)機(jī)供氣；而在高速時(shí)，短進(jìn)氣管也同時(shí)供氣(動(dòng)力閥打開(kāi))，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 . c: x! q! Q+ `+ t5 \
1 E5 D" g P3 j1 }) W
在發(fā)動(dòng)機(jī)低、中速工況(n﹤3800r/min)，動(dòng)力閥關(guān)閉短進(jìn)氣管的通道(見(jiàn)圖3-97a)。空氣通過(guò)長(zhǎng)的彎曲氣道，使氣流速度增加，并且形成較強(qiáng)的渦流，促進(jìn)良好混合氣的形成。此外，進(jìn)氣管的長(zhǎng)度能夠在進(jìn)氣門(mén)即將關(guān)閉時(shí)，形成較強(qiáng)的反射壓力波峰，使進(jìn)入氣缸的空氣增加。這都有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩。
$ i I8 x0 }) G/ ~7 G1 ^ K* m" F" ~' {/ k& P6 y$ X% A
在發(fā)動(dòng)機(jī)高速工況(n﹥3800r／min)，動(dòng)力閥打開(kāi)(見(jiàn)圖3-97b)，額外的空氣從空氣室經(jīng)過(guò)短進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸，改善了容積效率，并且由另一氣門(mén)進(jìn)入氣缸的這股氣流，將低、中速工況形成的渦流改變成滾流運(yùn)動(dòng)，更能滿(mǎn)足高速高負(fù)荷時(shí)改善燃燒的需要。
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圖3-97 四氣門(mén)二階段進(jìn)氣系統(tǒng)
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a)低速段；b)高速段 - k, F4 _- L' }. O" d# S' J
4 G' z4 J! ^) L+ a) K
(3)三階段進(jìn)氣系統(tǒng) ' [, g; G$ `( e; `) z+ @% ]
- I. S" q+ h. G/ s% A 該進(jìn)氣系統(tǒng)由末端連在一起的兩根空氣室管組成，并布置在V形夾角之間。每根空氣室通過(guò)3根單獨(dú)的脈沖管連接到左側(cè)或者右側(cè)的氣缸上。每一側(cè)氣缸形成獨(dú)立的三缸機(jī)，各缸的進(jìn)氣沖程相位為均勻隔開(kāi)的240°。兩根空氣室的人口處有各自的節(jié)流閥，在兩根空氣室中部有用閥門(mén)控制的連接通道，在空氣室末端U形連接管處布置有兩個(gè)蝶式閥門(mén)，如圖3-98所示。 6 ?- j3 C% @1 A9 ~; N- j H
) g% ~! j7 }' k* Z" a/ y8 D
圖3-98 三階段進(jìn)氣系統(tǒng)
8 X1 i" J( E4 S5 B6 E# a" w) J O/ W6 c7 K# v
a)低速（n﹤4000r/min）；b)中速（n﹥4000r/min）；c)高速（n﹥5000r/min）
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2 n8 l. Z$ e# U- b3 h) F( B 在發(fā)動(dòng)機(jī)低速工況(n﹤4000r/min)(見(jiàn)圖3-98a)，兩空氣室管之間的閥及高速工況用閥關(guān)閉。每根空氣室管及與其相連接的3根脈沖進(jìn)氣管形成完整的諧振系統(tǒng)，將在一定轉(zhuǎn)速工況下(如：n＝3500r/min)，將慣性及波動(dòng)效應(yīng)綜合在一起，從而使充氣效率及轉(zhuǎn)矩達(dá)到峰值。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于3500r/min時(shí)，諧振壓力波的波幅值變小，因此可變系統(tǒng)的效果也變差，相應(yīng)地每個(gè)氣缸的充氣效率也變小。
- C! D; b0 G5 j* ]& W H
F& \* l8 o ]& p8 v. q 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處于4000～5000r/min之間，即中速工況時(shí)(見(jiàn)圖3-98b)，連接兩根空氣室的閥門(mén)打開(kāi)，因此部分損壞了低速工況諧振壓力波頻率，然而卻在轉(zhuǎn)速為4500r/min的工況下，形成新的諧振壓力波峰，從而使更多的空氣或混合氣進(jìn)入氣缸。
1 Y& Y. @, T: {4 A5 X9 y: z1 z+ f' _' f: Z' _
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，如：達(dá)到5000r/min以上，于是短進(jìn)氣道中蝶閥打開(kāi)(見(jiàn)圖3-98c)，在兩個(gè)空氣室之間的短的及直接通道的空氣流動(dòng)，影響了第二階段的慣性及脈沖效應(yīng)。然而在高速范圍(5000～6000r/min)內(nèi)，通過(guò)各缸進(jìn)氣管的脈沖及諧振作用，建立了新的脈沖壓力波及效果。于是三階段的可變進(jìn)氣系統(tǒng)在三段轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能形成一個(gè)高的轉(zhuǎn)矩峰值，從而提高了整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)矩特性更平坦，數(shù)值更高。
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