发动机配气机构详解 篇三:可变气门正时系统简介(二)

2017-04-06 17:01:19 12点赞 139收藏 12评论

接上篇,既然写了就一并写完吧。

谈完了硬件,我们再来谈一谈可变气门正时系统的策略。通常大家见到的气门型线应该是这样的,这是某缸在一个4冲程循环进排气门型线特征,由于曲轴转两圈,凸轮轴转一圈,故一般已720度曲轴转角(横轴)作为一个循环。

可变气门正时系统简介(二)换个角度来看一下,去除了升程信息,其气门正时信息也可以表现成这样:

可变气门正时系统简介(二)

TDC:top dead center,即上止点,活塞顶离曲轴中心最大距离时的位置称为上止点。

IVO(intake valve open=进气门开),IVC(intake valve close=进气门关),EVO(exhaust valve open=排气门开),EVC(exhaust valve close=排气门关):字面意思,一般指0mm气门升程打开或关闭的一瞬间,或者指打开或者关闭时1mm气门升程点(标定用)

这张图可以比较直观的看出气门开闭的正时信息,但是由于一个循环应该是两圈,故其实排气门开和进气门关这里没有什么联系的。但是从这张图上可以明显的看出,在排气门关闭之前,进气门就已经打开了,这段重叠区域即是气门重叠角,主要作用是让排气门尚未关闭前打开进气门,利用新鲜的进气进入汽缸来扫离汽缸内尚未完全排除的废气。当然,上图的进排气门开闭时间只是示例,实际各发动机各应用,位置各有不同。

如下图所示,如果调相器对气门正时进行调节,假设在上图的基础上,进气侧往提前方向调节(逆时针转),排气侧往滞后方向调节(顺时针转),其结果就如下图所示,可以明显看出气门开闭的时间有了不同,且气门重叠角变大很多了。

可变气门正时系统简介(二)

VVT系统的大致作用如下:

改善全负荷扭矩特性,改善部分负荷经济性,改善低速稳定性,改善排放性能

充气效率:进气门的关闭时间随着转速的增加而推迟,充气效率也会随之提高:在常规发动机中,以提高低速扭矩为目的的发动机,就会牺牲其高速动力性;以提高高速动力性为目的发动机就会牺牲其中低速扭矩特性.

泵气损失:随着负荷的减小而增加:随着负荷的减小,节气门后的真空度急剧增加,从而导致汽缸进、排气压差增大。

注1:充气效率:是指每一个进气行程所吸入的空气质量与标准状态下(1个大气压、20℃、密度为1.187kg/m2)占有气缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。

注2:泵气损失:泵气损失是指内燃机换气过程中克服进气道阻力所消耗的功和克服排气道阻力所消耗的功的代数和。

我们来举一个发动机调节VVT系统的例子:

一、在发动机怠速,低负荷,低温或者起动时,主要考虑燃油经济性和发动机的运转平顺性,往往需要尽可能推迟打开进气门,提前关闭排气门,采用小的甚至无气门重叠角。

1、回流到进气道的燃烧气体减少,改善燃烧稳定性;

2、提高怠速及小负荷的发动机稳定性;

3、低转速范围内提高燃油经济性,并改善排放

可变气门正时系统简介(二)

二、中等负荷时,不仅要考虑动力性,还需要兼顾燃油经济性,因此进气适当召开,排气侧适当晚关,采用大的气门重叠角。

1、内部EGR率增大,增加稀释效应;

2、NOx排放降低(缸内燃烧温度降低);

3、HC排放降低(未燃气体再燃烧);

可变气门正时系统简介(二)

三、在中低转速高负荷时,动力性需求明显,和中等负荷类似,但进气门应该更早关,排气门应更晚关,已获得最大的气门重叠角,并获得更大的扭矩和功率输出。

1、充气效率提高;

2、提高中低速段扭矩;

可变气门正时系统简介(二)

四、高速高负荷时,气流速度高,为尽可能提高进气效率,进气应晚关,排气应早开,此时功率输出最大。

1、充气效率进一步提高;

2、在高速高负荷获得最大功率;

可变气门正时系统简介(二)

以上仅仅举例而已,实际根据车辆不同,VVT系统不同,发动机需求不同,标定策略不同都会有很大变化,切勿对号入座。

ECU又是如何知道凸轮轴转角位置和曲轴转角位置的呢。在曲轴和凸轮轴上,都装有信号轮,ECU通过读取相应的相位传感器的高低电平信号,来确定曲轴和凸轮轴的相位,如下图所示:

可变气门正时系统简介(二)

凸轮轴信号轮一般采用四齿式信号轮,其中2个短齿的长度相同,2个长齿的长度相同,通过传感器根据缺口和齿部的高低电平信号来判断凸轮轴相位。

曲轴信号轮一般采用60-2齿信号轮,其中有缺齿部分,通过传感器根据齿形和缺齿部分的高低电平信号来判断曲轴相位。

ECU根据曲轴信号来判断相位基准,再根据凸轮轴信号和其相对曲轴信号的位置来判断凸轮轴的相位,然后根据其他传感器出来的信息,按照不同发动机工况来调节凸轮轴相位。

可变气门正时系统简介(二)

以上仅仅是一个策略介绍,具体细节肯定标定工程师更为清楚,具体可以咨询相关知乎上的标定工程师。

更新:所谓的阿特金森循环,仅仅是进气门大幅度晚关,比如下图这样:

可变气门正时系统简介(二)

让油气混合气回到进气管路,下回再进,可以降低实际压缩比,降低油耗,当然会对扭矩功率有所损失,故现在一般都采用VVT来将正时调节到阿特金森循环所需的位置。但一般调相器的缺陷在于调节角度较小,无法满足如此晚关的气门正时,并且从初始位置调节如此大角度调节速度较慢,其初始相位相比一般发动机对起动工况更为恶劣。故最好采用中间锁止调相器即可避免这些缺点,甚至上电动的更好。故阿特金森循环并不是什么高大上的东东,只需调相器用好一些,并做一些其他方面的妥协,即可实现奥拓循环和阿特金森循环的切换。

可变气门正时系统目前已经是发动机普遍使用的技术了,国内也有不少厂商能做,成本也逐步降低了。以后的发展方向即是电动化了,并且开始逐步发展可变气门升程系统了。

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