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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)氣門開啟持續(xù)角不變,，改變進(jìn)氣門開閉時(shí)刻來增加充氣量。
（1）凌志LS400汽車可變配氣正時(shí)控制機(jī)構(gòu)(VVT-i)
VVT-i系統(tǒng)用于控制進(jìn)氣門凸輪軸在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,。
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。
LS400汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)是8缸V型排列4氣門式的,，有兩根進(jìn)氣凸輪軸和兩根排氣凸輪軸,。在工作過程中，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)氣門延遲開閉的目的,，用以增大高速時(shí)的進(jìn)氣遲后角,，從而提高充氣效率。
1)結(jié)構(gòu)
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,�,；钊膬�(nèi)、外表面上有螺旋形花鍵,�,；钊剌S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,。
VVT外殼通過安裝在其后部的剪式齒輪驅(qū)動(dòng)排氣門凸輪軸。
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,。
2)工作原理
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,。
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 }# ~8 `4 q' o* K8 B, l+ N) d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。
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)氣管長度及管徑大小的變化而變化,。在不同轉(zhuǎn)速下，進(jìn)氣管長度應(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。
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：
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；
②降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放,；
③改善發(fā)動(dòng)機(jī)怠速及低速時(shí)的性能及穩(wěn)定性,。
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。
可變進(jìn)氣系統(tǒng)分為兩類：(1)多氣門分別投入工作,；(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。
1．多氣門分別投入工作
實(shí)現(xiàn)多氣門分別投入工作的結(jié)構(gòu)方案有如下兩種：第一,，通過凸輪或搖臂控制氣門按時(shí)開或關(guān),；第二，在氣道中設(shè)置旋轉(zhuǎn)閥門,，按需要打開或關(guān)閉該氣門的進(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,。
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
圖3-94 多氣門分別投入工作示意圖
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)氣門部分開度工作時(shí),，渦流控制閥關(guān)閉(見圖3-94b)，混合氣通過主要螺旋進(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,。
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足發(fā)動(dòng)機(jī)的需要,，于是副進(jìn)氣道中的閥門開啟,，增加進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣(見圖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。
2．可變進(jìn)氣道系統(tǒng)
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,。
(1)雙脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)
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�,？諝馐业娜肟谔幵O(shè)置節(jié)氣門,，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,。
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),。
圖3-95 雙脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖
a)低速段（n﹤4400r/min）,；b)高速段（n﹥4400r/min）
當(dāng)進(jìn)氣管中動(dòng)力閥關(guān)閉時(shí)(見圖3-95a)，可變進(jìn)氣管容積及總長大約為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)力閥門打開(見圖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)矩曲線變化平緩，如圖3-96所示,。
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)）
(2)四氣門二階段進(jìn)氣系統(tǒng)
該進(jìn)氣系統(tǒng)由彎曲的長進(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)氣門上，如圖3-97所示,。在發(fā)動(dòng)機(jī)低,、中速工況時(shí)由長的彎曲管向發(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),，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
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(見圖3-97a),。空氣通過長的彎曲氣道,，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)氣管的長度能夠在進(jìn)氣門即將關(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。
在發(fā)動(dòng)機(jī)高速工況(n﹥3800r／min),，動(dòng)力閥打開(見圖3-97b),，額外的空氣從空氣室經(jīng)過短進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸，改善了容積效率,，并且由另一氣門進(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),，更能滿足高速高負(fù)荷時(shí)改善燃燒的需要,。
圖3-97 四氣門二階段進(jìn)氣系統(tǒng)
a)低速段；b)高速段
(3)三階段進(jìn)氣系統(tǒng)
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,，如圖3-98所示。
圖3-98 三階段進(jìn)氣系統(tǒng)
a)低速（n﹤4000r/min）,；b)中速（n﹥4000r/min）,；c)高速（n﹥5000r/min）
在發(fā)動(dòng)機(jī)低速工況(n﹤4000r/min)(見圖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,。
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)(見圖3-98b),，連接兩根空氣室的閥門打開,，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。
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(見圖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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發(fā)表于 2006-6-25 14:27:00
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