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1、可变气门电子控制一、可变气门电子控制的概念可变气门电子控制是指发动机工作时，根据工作需要对气门正时（指气门开 始开启和关闭终了的时刻所对应的曲轴转角位置）和气门升程规律进行改变的电 子控制装置。在现代汽车发动机中，有的采用了可变气门电子控制装置，在发动机运行过 程中，气门正时及气门升程并不是始终固定的，而是根据发动机的工作需要可以 进行改变的。近几十年来，基于提高汽车发动机动力性、经济性和降低排污的要求，许多 国家和发动机厂商、科研机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。 目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展和完 善阶段，有可能成为未来内燃机技术的发展方
2、向。二、可变气门电子控制的优点发动机转速不同，要求不同的配气定时。这是因为：当发动机转速改变时， 由于进气流速和强制排气时期的废气流速也随之改变，因此在气门晚关期间利用 气流惯性增加进气和促进排气的效果将会不同。例如，当发动机在低速运转时， 气流惯性小，若此时配气定时保持不变，则部分进气将被活塞推出气缸，使进气 量减少，气缸内残余废气将会增多。当发动机在高速运转时，气流惯性大，若此 时增大进气迟后角和气门重叠角，则会增加进气量和减少残余废气量，使发动机 的换气过程臻于完善。总之，四冲程发动机的配气定时应该是进气迟后角和气门重叠角随发动机转 速的升高而加大。如果气门升程也能随发动机转速的升高而加
3、大，则将更有利于 获得良好的发动机高速性能。采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能 在现在汽车发动机中，当采用可变气门电子控制系统装置后，根据发动机的工作 需要（主要指转速和负荷），可以对气门正时和气门升程适时的进行改变，对提 高发动机的动力性、降低油耗、降低排放和提高驱动性都有重要影响，其原因是发动机工况不同，对气门正时和气门升程的要求不同，主要表现在：在发动机转速较高时，希望进气门提早开启、推迟关闭。一方面它能在进气 工程中提供较多的时间，较好的解决高转速时进气时间不足的问题，同时也因高 速气体流动惯性得到充分利用，能使新鲜空气继续流入气缸，从而有利于提高体 积效率，增大充气量，提高发动
4、机的功率；另一方面由于进排气重叠角增大，特 别实在中等负荷时，有更多的废气可以进入进气管，随同新鲜空气一起进入气缸， 可提高排气再循环，有利于降低NO*的排放和降低油耗。在发动机转速较低时，如果仍像高转速那样使进气门提早开启、推迟关闭、 则会造成进气门开启相位提前角和气门关闭相位推迟角过大，不仅可能使大量废 弃冲入进气管，还可能将已经吸入气缸的新鲜空气又重新推回到进气管中，必然 导致发动机工作粗暴、怠速不稳和发动机起动困难等，因此在转速较低时，希望 进气门相对推迟开启、提早关闭。此时，不仅有利于提高发动机低速时的扭矩、 降低油耗和改善起动性能，同时由于气门叠开角减小，能减少进气和排气过程中 的
5、相互干扰，它不但能提高怠速的稳定性，同时也能减少新鲜混合气窜入排气管 的数量，有利于减小HC的排放。气门升程的大小，也希望随发动机的转速和负荷变化。一般希望高转速、 大负荷时气门升程增大，减少气门节流损失，以利于提高燃油经济性。而在转速 低、负荷小时，则希望气门升程减小，因为此时比不必减少节气门开度便能减小 进气量，从而减少进气管泵损失，同时还有利于增强进气涡流强度、加速燃烧、 改善冷启动和降低油耗。有上可见，现代汽车发动机采用可变气门电子控制后，能根据发动机性能 优化的要求，在发动机中低转速与高速运转情况下，适时的可变气门正时和气门 升程，有利于更好的发挥汽油发动机的性能。三、可变气门电子控
6、制装置的分类1、按控制气门特性参数分类（1）只改变气门正时，但气门升程保持不变；（2）只改变气门升程，但气门正时保持不变；（3）即改变气门正时，有改变气门升程；（4）使部分气门保持关闭。这种发动机，在低负荷工作时使部分气缸的气门完 全不能升起（保持关闭状态），从而改变发动机的有效排量，能使工作的 气缸处于较高的负荷状态下运行，从而提高低负荷时的热效率，进一步提 高其经济性。2、按气门传动方式是否经过凸轮驱动分类（1）凸轮传动。传统的凸轮配气机构，是由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴，再 通过凸轮轴上的凸轮传动，来驱动气门的开启和关闭。目前，相当一部分 可变气门装置，都是在凸轮式配气机构的基础上，增加
7、一些控制传动部件 形成的。（2）非凸轮传动。直接采用电磁机构控制气门的开启和关闭。3、按借以实现控制的传动部件不同分类（1） 凸轮轴。直接通过凸轮轴的周向相对转动或轴向移动来改变气门正时或气 门升程。（2） 气门摇臂。在顶置式配气机构中，一般都是通过气门摇臂的杠杆作用，促 使气门工作的。通过在摇臂机构中增设一些传动部件，利用传动部件改变 气门的运动方式，达到改变气门正时和气门升程的目的。（3）气门挺杆（挺柱）。气门挺杆的作用时将凸轮转动时的推力传给气门，促 使气门工作的。如果对挺杆的结构适当进行改进，也可用来该改变气门正 时或气门升程。四、可变气门电子控制实例可娈己笙柚电F I电蟻弍iw式I
8、!趣压式1诟式1）通过凸轮轴传动的可变气门装置1 2 3 456图 1-1 保时捷 911 可变气门结构图1可变气门正时装置；2中间小凸轮；3外侧大凸轮；4双层挺杆（含内外 挺杆）；5细弹簧；6销子发动机气门是由曲轴通过凸轮轴带动的，气门的配气正时则是由凸轮决定的。 对于没有可变气门正时技术的普通发动机而言，进排气们开闭时间都是固定的， 但是这种固定不变的气门正时却很难顾及到发动机在不同转速工况时的工作需 要。所以，为了让发动机根据不同的负载情况能够自由调整“呼吸”，气门正时 的可变性就发挥出了应有的作用，这样以来就会提升发动机的动力表现，使燃烧 更有效率。保时捷 911 发动机的可变气门结构
9、除能改变气门正时外，还可以通过双层气 门挺杆来实现气门升程的可变性。保时捷 911 的发动机低速工作时，由中间的小 凸轮推动内挺杆工作，气门升程较小，只有3.6mm。在低速时尽管外侧的大凸轮 也在推动外挺杆运动，但外挺杆只是推动双层挺杆内部的细弹簧空行，并未将推 力传给气门。在发动机转速超过约4000r/min或大负荷时，在电子控制单元（ECU） 的作用下，油压使挺杆中的销子从外挺杆插入内挺杆，使内外杆为一体，此时在 外侧大凸轮的驱动下，使气门升程增大至11mm。由此可知，保时捷911的发动 机可变气门装置，不仅改变气门正时还能改变气门升程。（二）具有特殊气门摇臂机构的可变气门装置本田雅阁的发
10、动机可变气门装置，多是通过特殊的摇臂机构来实现可变气门 正时和气门升程功能的。如图1-2所示。咼-仃程凸輪M li-|T1V 1J图 1-2 特殊气门摇臂机构的可变气门装置1、基本结构VTEC系统全称是可变气门正时和升程电子控制系统，是本田的专有技术，如图 1-3 所示，它能随发动机转速、负荷、水温等运行参数的变化，而适当地调整配气正时和气门升程，使CAMS HAFT EC OIMDARY ROCKEH. ARMSYH CHRONtZIN PiSTQNT1MIKK9 PISTONITAbtE VALVETlMtNQ PLATEPRIMARY ROCK ARM图1-3本田雅阁F22B1发动机可变
11、气门电子控制系统（VTEC）结构图发动机在高、低速下均能达到最高效率。+在VTEC系统中，其进气凸轮轴上分别 有三个凸轮面，分别顶动摇臂轴上的三个摇臂，当发动机处于低转速或者低负荷 时，三个摇臂之间无任何连接，左边和右边的摇臂分别顶动两个进气门，使两者 具有不同的正时及升程，以形成挤气作用效果。此时中间的高速摇臂不顶动气门， 只是在摇臂轴上做无效的运动。当转速在不断提高时，发动机的各传感器将监测 到的负荷、转速、车速以及水温等参数送到电脑中，电脑对这些信息进行分析处 理。当达到需要变换为高速模式时，电脑就发出一个信号打开VTEC电磁阀，使 压力机油进入摇臂轴内顶动活塞，使三只摇臂连接成一体，使
12、两只气门都按高速 模式工作。当发动机转速降低达到气门正时需要再次变换时，电脑再次发出信号， 打开 VTEC 电磁阀压力开头，使压力机油泄出，气门再次回到低速工作模式。该发动机的凸轮与气门之间通过摇臂驱动。在凸轮轴上，为每个气缸设置三 个承担进气的凸轮（并列中间）和两个排气的凸轮。每个气缸的两个进气门有主 次之分，即主进气门和次进气门。每个进气门均有单独的凸轮通过摇臂来驱动。与主次进气门所接触的摇臂分别叫主次摇臂。在主次摇臂之间，设有一个特别的 中间摇臂，它不与任何气门直接接触。三个摇臂并列排在一起，绕同一个摇臂轴 转动。主次摇臂及中间摇臂分别与凸轮轴上的三个凸轮相对应。三个凸轮分别为 主凸轮、
13、次凸轮和中间凸轮。三个凸轮具有不同的型线，致使气门正时和升程也 不相同。中间凸轮使气门升程最大，它是按发动机高转速、大负荷最佳输出功率 状态要求设计的。主凸轮升程小于中间凸轮，它是按发动机低速工作时最佳要求 状态设计的。次凸轮的升程最小，其作用是在低转速时，驱动次进气门稍微开启， 以免喷油器喷出的燃油积聚在气门口外不能进入气缸。中间摇臂一端与中间凸轮 接触，接受中间凸轮驱动；中间摇臂另一端不与任何任何气门直接接触；低转速 时，中间摇臂的另一端推动支撑弹簧空行，并依靠它复位；高转速时，中间摇臂 的另一端依靠安置在摇臂孔内的专门柱塞与主次摇臂联动后，用来驱动主次进气 门的开闭。2、工作原理(1)发
14、动机低转速时。当发动机低转速时，发动机电子控制单元(ECU)对 VTEC 无工作指令。气门摇臂轴的油道内无控制油压。在摇臂的柱塞孔内，由于 回位弹簧作用，同步柱塞 A 同步柱塞 B 分别处于主摇臂和中间摇臂的柱塞孔内， 如图1-4 所示，此时三个摇臂均可独自摇动，互不影响。主摇臂和次摇臂分别在 主凸轮、次凸轮的驱动下，各自推动一个气门工作。主摇臂随主凸轮开闭主进气 门，以供给低转速所需的混合气。次凸轮推动次摇臂微微起伏，使次气门稍微开 启，让混合气吹掉沉积在气门头处的燃油，以防燃油积存。中间摇臂虽然随中间 凸轮大幅度的摆动，但只是空行，对任何气门都不起作用。此时，发动机基本上 时处于单个进气门
15、进气，即“单进”工作状态，进气升程小、气门重叠角也小， 供给的混合气呈涡流状，有利于提高混合气的质量和燃烧速度，保证低转速时能 产生较大的转矩，改善经济性，以及工作平稳性和排放净化性。去进凸牝卞进吒摇怦正时曲遅曲别望劝播骨主进气凸轮辅閑进吒凸轮X A C B /辆助 进汽出轮A囲步括毎日同步活塞昭样苗塞hUl辅刚 进摇骨图 1-4 低转速时摇臂传动情况(2)发动机高转速时。当发动机高转速时，发动机电子控制单元(ECU)令VTEC 电磁阀开启，接通液压油工作油道，使液压油通过摇臂中心油道进入正时 柱塞左方的油腔内，有油压推动正时柱塞，克服阻挡柱塞中回位弹簧的作用力， 是同步柱塞A和B向右移动一段距离，如图1-5所示，同步柱塞A跨越主摇臂和 中间摇臂的柱塞孔，同步柱塞B则跨越中间摇臂和次摇臂的柱塞孔，将三个摇臂 栓为一体。当中间凸轮推动中间摇臂摆动时，会带动主摇臂、次摇臂一起绕轴摆 动。此时，主次进气门的变动规律为大幅度地同步开闭，完全由中间凸轮确定， 而与主次凸轮无关。此时发动机处于“双进”工作状态。气门开气相位提前、关 闭相位推迟、气门
