氣門機構技術現狀和今后動向

氣門機構技術現狀和今后動向,一汽技術中心 發(fā)動機部 王魯生 2003年6月,汽油機氣門機構,多氣門可以提高氣門機構運動速度，從而提高發(fā)動機轉速。4氣門比2氣門的進氣面積增大約3成，在高速區(qū)域可以提高充氣效率 80年代后半期，DOHC、4氣門結構成為標準發(fā)動機結構。SOHC、3氣門、4氣門結構因成本低也有采用。DOHC、5氣門結構也有幾種用于賽車發(fā)動機。主流還是DOHC、4氣門 直推式間隙調整過去多用液壓間隙調節(jié)器。出于輕量、低摩擦、低成本，現在多用選擇挺柱厚度（無墊片挺柱）方式 搖臂式間隙調整已不用調整螺栓。搖臂頭處安裝微型液壓間隙調節(jié)器是主流,氣門機構型式與凸輪摩擦功,用滾子作凸輪從動件有利于降低摩擦功 直推式DOHC、SOHC以外的OHV、搖臂式SOHC、DOHC都用滾針滾子,降低直推式凸輪和從動件之間的摩擦功,降低凸輪和從動件之間的摩擦系數：提高表面光潔度，進行表面處理 潤滑油中添加鉬系減磨劑 減輕氣門彈簧載荷 氣門：縮小桿徑、中空、鈦合金 氣門彈簧座：鋁合金 氣門彈簧：圓錐小型化、高強度材料 挺柱：無墊片、鋁合金 搖臂：小型、鈑金化,潤滑油中添加鉬系減磨劑降低摩擦功效果,柴油機氣門機構,4氣門在直噴、高性能、低排放開發(fā)中發(fā)揮作用 從搖臂和氣門橋到滾輪搖臂式、直推式多種開發(fā) 和汽油機一樣，用滾輪降低摩擦功的結構在增加,汽油機可變機構的發(fā)展和現狀,可變機構分類：可變相位式、可變升程、包角式、可變氣門停止式 可變機構的要求，從過去提高全負荷功率到部分負荷降油耗、降排放 可變相位式從兩級可變很快普及到連續(xù)可變 可變相位式和可變升程、包角式的組合在增加,可變機構的發(fā)展和現狀圖,可變相位式,進氣凸輪相位連續(xù)可變式是主流 根據發(fā)動機轉速和負荷，進氣門相位、重疊角連續(xù)變化，達到提高扭矩、控制內部EGR量、減少泵吸損失、減少排放量的目標 葉輪式結構簡單、性能好、易安裝，廣為使用 驅動方法幾乎都用發(fā)動機油壓，少數用專用升壓泵 發(fā)動機低速時油壓不足，為確?？勺冺憫俣?，也用電磁離合器 為進一步改變氣門重疊角自由度，實現高性能、低排放、擴大膨脹沖程節(jié)油的目標，和排氣凸輪相位可變組合的傾向增加,可變升程、包角式,一直用凸輪轉換方法實現高性能和低油耗 和可變相位式組合的傾向增加 和氣門停止機構組合，達到省油和排氣凈化目的,可變相位式和可變升程、包角式組合（豐田）,直推式可變相位式和可變升程、包角式組合（寶時捷）,凸輪轉換機構適合于搖臂式，也適合于直推式氣門機構,氣門停止機構（奔馳）,怠速和低負荷時，氣門停止，減缸運轉，降低泵氣損失 過去因機械振動問題不能持久，現在用電控技術 用于多缸發(fā)動機降 油耗,機械式連續(xù)可變升程、包角機構（寶馬）,已批量生產,技術引人注目 進氣凸輪與搖臂之間設有調整桿，步進電機通過蝸輪蝸桿驅動偏心觸發(fā)軸，調整桿的位置由偏心觸發(fā)軸決定 步進電機由油門踏板決定，減少泵吸損失 0.3秒內氣門升程調整范圍0.39.7mm 和連續(xù)可變 相位機構組合,今后動向,氣門機構低摩擦功的重要度增加 滾子氣門機構增加 可變氣門機構采用比例增加 進氣凸輪相位連續(xù)可變進一步普及，成為標準裝備，與其它可變機構組合已很普通 排氣凸輪相位可變增加 升程、包角可變（凸輪轉換、進而連續(xù)可變）增加,機械式升程、包角連續(xù)可變機構-1,1,機械式升程、包角連續(xù)可變機構-2,機械式升程、包角連續(xù)可變機構-3,電磁驅動氣門機構（寶馬）,開發(fā)活躍，不久的將來實用 無凸輪，與傳統氣門機構完全不同 可變控制自由度大,連續(xù)可變包角、升程系統,VEL（Continuous Variable Valve Event and Lift Control System） 氣門升程從極小（或0升程）到最大升程（大包角）連續(xù)變化的機構 結構簡單、安裝性好,可變氣門機構功能比較,可變氣門機構現狀,凸輪相位連續(xù)變化的VTC型已普遍使用，確立為標準技術 在包角和升程可變方式中，凸輪轉換的VVL型在擴大使用 把VVL型和VTC型組合，提高可變自由度的實例也已出現 可變氣門機構高功能化已成為重要課題 可變氣門機構的關鍵技術是包角和升程都連續(xù)大幅度可變的機構 VEL型和VTC型組合，升程、包角、相位均連 續(xù)可變，實現了自由控制氣門正時和升程,VEL的基本結構,機械式氣門開閉機構 包角、升程變化執(zhí)行機構,VEL的工作原理,曲軸的旋轉運動通過四聯桿機構變成輸出凸輪的搖動，驅動氣門 主動軸相當于傳統的凸輪軸，和曲軸同步以1/2轉速旋轉 主動軸上固定一驅動偏心凸輪 控制偏心凸輪和控制軸一體，外套搖動搖臂 驅動偏心凸輪和搖臂的一端由連桿A連接，將偏心運動變成搖臂搖動 搖臂的另一端由連桿 B和輸出凸輪連接， 使輸出凸輪搖動 輸出凸輪套在主動軸 上，其搖動通過挺柱 驅動氣門,VEL的可變原理,控制凸輪的偏心方向由ECU決定 搖臂中心接近主動軸時，通過四連桿機構改變輸出凸輪搖動范圍，得到大升程 搖臂中心遠離主動軸時， 輸出凸輪空搖范圍增加， 得到小升程,氣門升程特性,4條理論設計時（氣門間隙為0）的升程、加速度曲線 氣門間隙取0.3mm時,最大升程11.1mm(包角294),最小升程 1.4mm(包角120) 緩沖段變化穩(wěn)定 控制軸連續(xù)轉動時， 升程可無級變化,搖動輸出凸輪型線,和傳統凸輪相同：有基圓、緩沖段、正負加速度區(qū)間 不同之處：僅半周 加工方法和傳統凸輪相同（架空另半周）,氣門運動評價結果,落座時實測結果，7200rpm無反跳 氣門彈簧承受的慣性質量無增加 改進凸輪型線和連桿幾何形狀可以抑制最大升程附近的負加速度和下側的正加速度,驅動摩擦力矩,驅動主動軸摩擦力矩實測值 同樣升程 時和傳統直動式氣門機構力矩幾乎相同 滑動部位增加，搖動凸輪與挺柱間的摩擦損失是旋轉凸輪的一半 小升程 時摩擦力矩銳減，實用時降低油耗 驅動偏心凸輪使用滾 針軸承可以大幅度降 低摩擦力矩 大升程低轉速 時摩擦 力矩增加，此區(qū)域實 際上不使用，無問題,安 裝 性,主動軸及其同軸的輸出凸輪安裝在傳統凸輪軸位置 氣缸蓋的基本尺寸不須變更，鏈條和鏈輪的布置也不須變更 旋轉半徑最大的連桿A布置在氣缸之間的空間，避免與挺柱干涉 增加支撐控 制軸的支架,執(zhí)行機構,執(zhí)行機構設在氣缸蓋后端，直流電機驅動型 減速機構采用效率優(yōu)良的滾珠絲杠機構 滾珠絲杠小型化，減少電機懸臂,轉換響應性,最大功率100W（50、長100）電機的響應性測試結果優(yōu)良 作用在控制軸的扭矩隨發(fā)動機轉速和控制軸的相位變化 控制邏輯的 PID常數也可變 可以實現無節(jié) 氣門負荷控制,改進發(fā)動機性能,VEL型和VTC型組合可以自由控制氣門正時、升程，對功率、油耗、排放有很大效果 小升程在冷機時可以降低排放，提高排溫,小升程促進燃料微粒化,小升程時，氣門處流速加快，促進MPI燃料微粒化 怠速時氣門前后壓差一定，缸內燃料微?；癄顟B(tài) 冷機運轉時改善燃燒，減少HC,減少排放、提高排溫,冷機時減少排放、提高 排溫實測效果 水溫40時，小升程 （2.6mm）和標準升程 （8.3mm）的時面值比例 與渦流控制閥節(jié)流比例 幾乎相同 得到與渦流控制閥同等 的減少HC、提高排溫效 果,結束語,VEL開發(fā)成功的同時 BMW公司的連續(xù)可變氣門升程系統被實用化,