任务十五 可变进气控制系统

1、项目十五：可变进气项目十五：可变进气 控制系统控制系统 项目十五 可变进气控制系统 1 1、掌握可变气门正时系统的作用、结构及工作原理掌握可变气门正时系统的作用、结构及工作原理； 2 2、掌握掌握可变气门升程系统的作用、结构及工作原理可变气门升程系统的作用、结构及工作原理； 3 3、掌握、掌握可变进气系统的作用、结构及工作原理可变进气系统的作用、结构及工作原理； 4 4、掌握涡轮增压系统、掌握涡轮增压系统的作用、结构及工作原理。的作用、结构及工作原理。 项目十五 可变进气控制系统 在现在的轿车发动机上，我们经常可以看见像在现在的轿车发动机上，我们经常可以看见像VVT-iVVT-i、VTEC-i

2、VTEC-i、 VVLVVL、VVTL-iVVTL-i等技术标号。这些显赫的标号都代表发动机采用等技术标号。这些显赫的标号都代表发动机采用 了可变配气的技术。了可变配气的技术。 可可变配可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门升程两 有些发动机有些发动机 只匹配可变只匹配可变 气门正时，气门正时， 如丰田的如丰田的 VVT-VVT-i i发动机；发动机； 有些发动机只匹有些发动机只匹 配了可变气门升配了可变气门升 程，如本田的程，如本田的 VTECVTEC； 有些发动机既匹配有些发动机既匹配 的可变气门正时又的可变气门正时又 匹配的可变气门升匹配的可变气门升 程，如丰田的程，如丰田

3、的 VVTL-VVTL-i i，本田的，本田的 VTEC-VTEC-i i 可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门升程两大类可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门升程两大类 项目十五 可变进气控制系统 一、可变气门正时一、可变气门正时 在普通的发动机上，进气门和排在普通的发动机上，进气门和排 气门的开闭时间是固定不变的，气门的开闭时间是固定不变的， 这种固定不变的正时很难兼顾到这种固定不变的正时很难兼顾到 发动机不同转速的工作需求。采发动机不同转速的工作需求。采 用可变气门正时（用可变气门正时（variable variable valve timing ,VVTv

4、alve timing ,VVT）技术，改）技术，改 善了发动机在低、中转速下的扭善了发动机在低、中转速下的扭 矩输出，大大增强驾驶的操纵灵矩输出，大大增强驾驶的操纵灵 活性，发动机的转速也能够设计活性，发动机的转速也能够设计 得更高。得更高。 例如，日产的例如，日产的2 2升升VVLVVL发动机发动机 比没有配备比没有配备VVTVVT的相同结构的的相同结构的 发动机，可以提供超过发动机，可以提供超过2525的的 动力输出。动力输出。 为什么要进行可变气门正时为什么要进行可变气门正时 项目十五 可变进气控制系统 简单的可变气门正时系统只有简单的可变气门正时系统只有 两段或三段固定的相位角可供两

5、段或三段固定的相位角可供 选择，通常是选择，通常是0 0或或3030中的中的 几个几个 更高性能的可变气门正时系统能够更高性能的可变气门正时系统能够 连续可变相位角，根据转速的不同，连续可变相位角，根据转速的不同， 在在0 03030之间线性调控配气相之间线性调控配气相 位角位角 项目十五 可变进气控制系统 有一些设计，有一些设计， 像奔驰的双可像奔驰的双可 变气门正时系变气门正时系 统，它能同时统，它能同时 改变进气凸轮改变进气凸轮 轴和排气凸轮轴和排气凸轮 轴的相位角，轴的相位角， 从而获得与转从而获得与转 速更匹配的气速更匹配的气 门叠加角，因门叠加角，因 此其拥有效率此其拥有效率 更高

6、的配气效更高的配气效 率。率。 项目十五 可变进气控制系统 ECUECU根据发动机转速和负荷等传感器信号来控制凸轮轴根据发动机转速和负荷等传感器信号来控制凸轮轴 调整机构的机油压力，从而改变进、排气门的开启和关调整机构的机油压力，从而改变进、排气门的开启和关 闭时刻，这样的系统称为智能可变气门正时（闭时刻，这样的系统称为智能可变气门正时（variable variable valve timing-valve timing-intelligent,VVTintelligent,VVT- -i i）。）。 VVT-i VVT-VVT-i i系统主要包括系统主要包括VVT-VVT-i i控制器、凸

7、轮轴正时机油控制控制器、凸轮轴正时机油控制 阀、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器。阀、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器。 项目十五 可变进气控制系统 VVT-iVVT-i系统利用曲轴位系统利用曲轴位 置传感器和置传感器和VVTVVT传感器传感器 （凸轮轴位置传感器）（凸轮轴位置传感器） 感知凸轮轴转动变化感知凸轮轴转动变化 量，来获知凸轮轴转量，来获知凸轮轴转 动方向及转动量。动方向及转动量。 1.凸轮轴凸轮轴/曲轴位置传感器曲轴位置传感器 项目十五 可变进气控制系统 VVT-iVVT-i控制器有叶片式、螺旋齿轮式、链式三种类型。控制器有叶片式、螺旋齿轮式、链式三种类型。 （1 1）叶片式）叶

8、片式 VVT-VVT-i i控制器控制器 叶片式叶片式VVT-VVT-i i 控制器由定时控制器由定时 链条驱动的外链条驱动的外 壳、固定在凸壳、固定在凸 轮轴上的叶片轮轴上的叶片 等组成。等组成。 叶片式叶片式VVT-i控制器的结构控制器的结构 2.VVT-i2.VVT-i控制器控制器 项目十五 可变进气控制系统 （2 2）螺旋齿轮式）螺旋齿轮式VVT-VVT-i i控制器控制器 由螺旋齿轮、直齿轮（内齿为螺旋齿轮）、活塞、回位弹簧、齿毂（外壳）由螺旋齿轮、直齿轮（内齿为螺旋齿轮）、活塞、回位弹簧、齿毂（外壳） 组成，螺旋齿轮与凸轮轴固连，如下图所示：组成，螺旋齿轮与凸轮轴固连，如下图所示：

9、 当机油压力作用在活当机油压力作用在活 塞上，克服弹簧力推塞上，克服弹簧力推 动直齿轮轴向运动，动直齿轮轴向运动， 与之内啮合的螺旋齿与之内啮合的螺旋齿 轮则会旋转，同时带轮则会旋转，同时带 动凸轮轴转动一定角动凸轮轴转动一定角 度，改变了凸轮轴的度，改变了凸轮轴的 位置。位置。 项目十五 可变进气控制系统 （3）链式）链式VVT-i控制器控制器 链式链式VVT-VVT-i i控制器是在进、排气凸控制器是在进、排气凸 轮轴之间安装的一个链传动机构。轮轴之间安装的一个链传动机构。 排气凸轮轴由曲轴通过皮带直接排气凸轮轴由曲轴通过皮带直接 驱动，进气凸轮轴通过链轮和链驱动，进气凸轮轴通过链轮和链

10、条由排气凸轮轴驱动。机油压力条由排气凸轮轴驱动。机油压力 作用在活塞上推动链条张紧器上作用在活塞上推动链条张紧器上 下的移动时，改变进气凸轮轴的下的移动时，改变进气凸轮轴的 转动角度。这种调整结构只改变转动角度。这种调整结构只改变 进气凸轮轴的正时，大众和奥迪进气凸轮轴的正时，大众和奥迪 车型即采用该种类型的结构车型即采用该种类型的结构。 项目十五 可变进气控制系统 凸轮轴正时机油控制阀是由发动机凸轮轴正时机油控制阀是由发动机ECUECU进行占空比控制的，用进行占空比控制的，用 于控制滑阀位置和分配流到于控制滑阀位置和分配流到VVT-iVVT-i控制器提前侧或延迟侧的油压。控制器提前侧或延迟侧

11、的油压。 发动机停止时，进气门正时是处于最大延迟角度位置。发动机停止时，进气门正时是处于最大延迟角度位置。 凸轮轴正时机油控制阀凸轮轴正时机油控制阀 3.3.凸轮轴正时机油控制阀凸轮轴正时机油控制阀 项目十五 可变进气控制系统 智能可变气门正时系统的工作原理智能可变气门正时系统的工作原理 项目十五 可变进气控制系统 丰田进气门智能可变气门正时系统的工作过程丰田进气门智能可变气门正时系统的工作过程 图示工作过程 凸轮轴正时机油 控制阀的占空比 工作过程说明 正时提前 当由发动机ECU发送给凸 轮轴正时机油控制阀的占 空比变大，阀位置处于如 图所示位置，油压作用于 气门正时提前侧的叶片室， 使进气

12、凸轮轴向气门正时 的提前方向旋转。 正时推迟 当由发动机ECU发送给凸 轮轴正时机油控制阀的占 空比变小，阀位置处于如 图所示位置，油压作用于 气门正时延迟侧的叶片室， 使进气凸轮轴向气门正时 的推迟方向旋转。 项目十五 可变进气控制系统 图示工作过程 凸轮轴正时机油 控制阀的占空比 工作过程说明 正时保持 发动机ECU根据各传感器 的信息进行处理，并计算 出气门正时角度，当达到 目标气门正时以后，凸轮 轴正时机油控制阀通过关 闭油道来保持油压。如图 所示是保持现在的气门正 时的状态。 项目十五 可变进气控制系统 项目十五 可变进气控制系统 二、可变气门升程二、可变气门升程 发动机的气门升程是

13、受凸轮发动机的气门升程是受凸轮 轴转角长度控制的，在普通轴转角长度控制的，在普通 的发动机上，凸轮轴的转角的发动机上，凸轮轴的转角 长度固定，气门升程也是固长度固定，气门升程也是固 定不变的。在高转速时，采定不变的。在高转速时，采 用长升程来提高进气效率，用长升程来提高进气效率， 让发动机的进气更顺畅；在让发动机的进气更顺畅；在 低速时，采用短升程，能产低速时，采用短升程，能产 生更大的进气负压及更多的生更大的进气负压及更多的 涡流，让空气和燃油充分混涡流，让空气和燃油充分混 合，因而提高低转速时的扭合，因而提高低转速时的扭 力输出。力输出。 智能可变气门升程系统（智能可变气门升程系统（VVT

14、L-iVVTL-i） 项目十五 可变进气控制系统 基于基于VVTVVT机构，机构，VVTLVVTL采用凸轮转换机构，从而使发动机在不同的转速工况下由采用凸轮转换机构，从而使发动机在不同的转速工况下由 不同的凸轮控制，及时调整进、排气门的升程和开启持续时间。为了更好地提高发不同的凸轮控制，及时调整进、排气门的升程和开启持续时间。为了更好地提高发 动机转速和获得更高的输出，可变气门升程系统对气门开启和关闭时刻进行了优化，动机转速和获得更高的输出，可变气门升程系统对气门开启和关闭时刻进行了优化， 大大提高了燃油经济性。当发动机低大大提高了燃油经济性。当发动机低- -中转速时，由凸轮轴上的低中转速时，

15、由凸轮轴上的低- -中速凸轮驱动中速凸轮驱动 摇臂，使进、排气门动作。一旦发动机高转速运行时，来自传感器的信号使摇臂，使进、排气门动作。一旦发动机高转速运行时，来自传感器的信号使ECUECU控控 制机油控制阀动作，调节摇臂活塞液压系统，使高速凸轮工作，这样进、排气门的制机油控制阀动作，调节摇臂活塞液压系统，使高速凸轮工作，这样进、排气门的 升程和开启持续时间增加，发动机的充气效率得以提高。升程和开启持续时间增加，发动机的充气效率得以提高。 结构原理结构原理 项目十五 可变进气控制系统 VVTLVVTL系统的组成与系统的组成与VVT-iVVT-i相似，控制系统也包括曲轴相似，控制系统也包括曲轴/

16、 /凸轮凸轮 轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器和轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器和 空气流量计，而驱动部件则包括机油控制阀（空气流量计，而驱动部件则包括机油控制阀（OCVOCV），特殊），特殊 的凸轮轴和摇臂组件等。的凸轮轴和摇臂组件等。 VVTL-iVVTL-i系统的凸轮轴系统的凸轮轴 VVTL-i VVTL-i系统的摇臂系统的摇臂 项目十五 可变进气控制系统 机油压力控制阀中的机油压力控制阀中的 伺服阀是由伺服阀是由ECUECU进行占进行占 空比控制的。当发动空比控制的。当发动 机高速运转时，机油机高速运转时，机油 压力控制阀开启，机压力控制阀开启，机 油直

17、接通往凸轮转换油直接通往凸轮转换 机构，使高速凸轮起机构，使高速凸轮起 作用。作用。 项目十五 可变进气控制系统 当发动机低当发动机低- -中速运转中速运转 时，由低时，由低- -中速凸轮推动中速凸轮推动 摇臂滚柱，使两个气门动摇臂滚柱，使两个气门动 作，此时高速凸轮也会推作，此时高速凸轮也会推 动摇臂衬垫，但由于摇臂动摇臂衬垫，但由于摇臂 衬垫处于自由状态，不会衬垫处于自由状态，不会 影响摇臂和两个气门动作。影响摇臂和两个气门动作。 当发动机处于低、中转当发动机处于低、中转 速时，速时，ECUECU读取各传感器读取各传感器 信号，控制机油压力控制信号，控制机油压力控制 阀关闭，回油侧开启，机

18、阀关闭，回油侧开启，机 油回流。油回流。 项目十五 可变进气控制系统 当发动机高速运转时，机当发动机高速运转时，机 油压力推动摇臂销，摇臂销油压力推动摇臂销，摇臂销 插栓在摇臂衬垫下，使摇臂插栓在摇臂衬垫下，使摇臂 衬垫锁住。由于高速凸轮轮衬垫锁住。由于高速凸轮轮 廓比低速凸轮大，高速凸轮廓比低速凸轮大，高速凸轮 推动摇臂衬垫，此时由高速推动摇臂衬垫，此时由高速 凸轮驱动两个气门，气门的凸轮驱动两个气门，气门的 升程和开启持续时间得以延升程和开启持续时间得以延 长。长。 当发动机高速运转时，机当发动机高速运转时，机 油压力控制阀开启，机油直油压力控制阀开启，机油直 接通往在凸轮转换机构上，接通

19、往在凸轮转换机构上， 使高速凸轮起作用。使高速凸轮起作用。 项目十五 可变进气控制系统 1. VTEC机构的组成机构的组成 同一缸有主进气门和次进同一缸有主进气门和次进 气门，主摇臂驱动主进气气门，主摇臂驱动主进气 门，次摇臂驱动次进气门，门，次摇臂驱动次进气门， 中间摇臂在主次之间，不中间摇臂在主次之间，不 与任何气门直接接触。与任何气门直接接触。 1 1、正时板、正时板 2 2、中间摇臂、中间摇臂 3 3、次摇臂、次摇臂 4 4、同步活塞、同步活塞B B 5 5、同步活塞、同步活塞A 6A 6、正时活塞、正时活塞 7 7、进气门、进气门 8 8、主摇臂、主摇臂 9 9、凸轮轴、凸轮轴 VT

20、ECVTEC 项目十五 可变进气控制系统 1、同步活塞、同步活塞B 2、同步活塞、同步活塞A 3、弹簧、弹簧 4、正时活塞、正时活塞 5、主摇臂、主摇臂 6、中间摇臂、中间摇臂 7、次摇臂、次摇臂 与不同配气机构相比与不同配气机构相比 较，主要区别是：凸轮较，主要区别是：凸轮 轴上的凸轮较多，且升轴上的凸轮较多，且升 程不等，结构复杂。程不等，结构复杂。 进气摇臂总成进气摇臂总成: 项目十五 可变进气控制系统 2.VTEC2.VTEC机构的工作原理机构的工作原理 发动机低速运转时，电磁阀不通电使油道关闭，此时，三个摇臂彼此发动机低速运转时，电磁阀不通电使油道关闭，此时，三个摇臂彼此 分离，主凸

21、轮通过摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆；次凸分离，主凸轮通过摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆；次凸 轮的升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量开启。轮的升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量开启。配气机构处于单进、配气机构处于单进、 双排气门工作状态，单进气门由主凸轮轴驱动。双排气门工作状态，单进气门由主凸轮轴驱动。 当发动机高速运转，电脑向当发动机高速运转，电脑向VTEC电磁阀供电，使电磁阀开启，来自电磁阀供电，使电磁阀开启，来自 润滑油道的机油压力作用在正时活塞一侧，此时两个活塞分别将主摇臂和润滑油道的机油压力作用在正时活塞一侧，此时两个活塞分别将主摇臂和 次摇臂与中间

22、摇臂接成一体，成为一个组合摇臂。此时，中间凸轮升程最次摇臂与中间摇臂接成一体，成为一个组合摇臂。此时，中间凸轮升程最 大，大，组合摇臂受中间凸轮驱动，两个进气门同步工作。组合摇臂受中间凸轮驱动，两个进气门同步工作。 当发动机转速下降到设定值，电脑切断电磁阀电流，正时活塞一侧油当发动机转速下降到设定值，电脑切断电磁阀电流，正时活塞一侧油 压下降，各摇臂油缸孔内的活塞在回位弹簧作用下，三个摇臂彼此分离而压下降，各摇臂油缸孔内的活塞在回位弹簧作用下，三个摇臂彼此分离而 独立工作。独立工作。 项目十五 可变进气控制系统 VTEC机构高、低速工作状态机构高、低速工作状态 VTEC机构高速工作状态机构高速

23、工作状态 1-中间凸轮中间凸轮 2-中间摇臂中间摇臂 VTEC机构低速工作状态机构低速工作状态 1-主凸轮主凸轮 2-次凸轮次凸轮 3-次摇臂次摇臂 4-阻挡活塞阻挡活塞 5-同步活塞同步活塞A 6-正时活塞正时活塞 7-主摇臂主摇臂 8-同步活塞同步活塞B 项目十五 可变进气控制系统 3. VTEC系统电路系统电路 发动机控制发动机控制ECUECU根据发动机转速、负荷、冷却液温度和车速信号控制根据发动机转速、负荷、冷却液温度和车速信号控制VTECVTEC 电磁阀。电磁阀通电后，通过压力开关给电脑提供一个反馈信号，以便监电磁阀。电磁阀通电后，通过压力开关给电脑提供一个反馈信号，以便监 控系统工

24、作。控系统工作。 项目十五 可变进气控制系统 三、可变进气系统三、可变进气系统 可变进气系统有两种类型：动力阀控制系统和进气谐振可变进气系统有两种类型：动力阀控制系统和进气谐振 系统（系统（ACISACIS） 1.动力阀控制系统动力阀控制系统 在进气量较少的低速、小负荷工况下：使进气道空气流通截面积减在进气量较少的低速、小负荷工况下：使进气道空气流通截面积减 小，提高进气流速、增大进气惯性、加强气缸内的涡流强度，以提小，提高进气流速、增大进气惯性、加强气缸内的涡流强度，以提 高发动机的充气效率，改善发动机低速性能。高发动机的充气效率，改善发动机低速性能。 而在进气量较多的高速、大负荷工况下：增

25、大进气空气流通截面积，而在进气量较多的高速、大负荷工况下：增大进气空气流通截面积， 以减小进气阻力，有利于改善发动机的高速性能。以减小进气阻力，有利于改善发动机的高速性能。 功能：控制发动机进气道的空气流通截面的大小，以适应发动机不功能：控制发动机进气道的空气流通截面的大小，以适应发动机不 同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。 项目十五 可变进气控制系统 动力阀控制系统的工作过程动力阀控制系统的工作过程 控制进气道空气流通截面积大控制进气道空气流通截面积大 小的动力阀安装在进气管上，小的动力阀安装在进气管上， 动力阀的开闭由真

26、空控制阀控动力阀的开闭由真空控制阀控 制动作，制动作，ECUECU根据各传感器信根据各传感器信 号通过真空电磁阀（号通过真空电磁阀（VSVVSV）控）控 制真空罐和真空控制阀的真空制真空罐和真空控制阀的真空 通道通道 当发动机大负荷运转时，当发动机大负荷运转时， 进气量较多，进气量较多，ECUECU接通接通 真空电磁阀搭铁回路，真空电磁阀搭铁回路， 真空罐中的真空不能进真空罐中的真空不能进 入真空控制阀，控制动入真空控制阀，控制动 力阀开启，进气通道面力阀开启，进气通道面 积变大。积变大。 当发动机小负荷运转当发动机小负荷运转 时，进气量较少，时，进气量较少，ECUECU 断开真空电磁阀，真断

27、开真空电磁阀，真 空罐中的真空进入真空罐中的真空进入真 空控制阀，动力阀处空控制阀，动力阀处 于关闭位置，进气通于关闭位置，进气通 道面积变小。道面积变小。 项目十五 可变进气控制系统 2.2.进气谐振控制系统进气谐振控制系统 进气谐振控制系统（进气谐振控制系统（ACISACIS）通过分阶段改变进气歧管的长度，使发动机在）通过分阶段改变进气歧管的长度，使发动机在 整个转速范围内都能提高扭矩输出，尤其是在低转速范围内。对进气空气整个转速范围内都能提高扭矩输出，尤其是在低转速范围内。对进气空气 控制阀进行优化控制以实现进气歧管长度分阶段改变。控制阀进行优化控制以实现进气歧管长度分阶段改变。ECUE

28、CU控制进气空气控制进气空气 控制阀的动作主要参考发动机转速和节气门开度信号。控制阀的动作主要参考发动机转速和节气门开度信号。 进气谐振控制系统有两阶段和三阶段进气歧管长度的变化。进气谐振控制系统有两阶段和三阶段进气歧管长度的变化。 项目十五 可变进气控制系统 奥迪奥迪A4A4发动机进气谐振控制系统结构与工作原理发动机进气谐振控制系统结构与工作原理 在对可变进气系统进行在对可变进气系统进行 检测时，主要应检查检测时，主要应检查: :真真 空罐、进气室和真空管空罐、进气室和真空管 路有无漏气，真空电磁路有无漏气，真空电磁 阀电路有无短路或断路，阀电路有无短路或断路， 真空电磁阀电阻是否符真空电磁

29、阀电阻是否符 合标准。合标准。 两阶段变化的进气谐振控制系统两阶段变化的进气谐振控制系统 项目十五 可变进气控制系统 三阶段变化的进气谐振控制系统采用两个真空电磁阀三阶段变化的进气谐振控制系统采用两个真空电磁阀 丰田丰田1MZ-FE1MZ-FE三阶段进气谐振控制系统组成及工作原理三阶段进气谐振控制系统组成及工作原理 其他类型的进气谐振控制系其他类型的进气谐振控制系 统的结构如下图所示统的结构如下图所示: 项目十五 可变进气控制系统 1.1.机械式涡轮增压器机械式涡轮增压器 空气被由发动机驱动的压缩机空气被由发动机驱动的压缩机 压缩。压缩。 但是增大的输出功率会损失一但是增大的输出功率会损失一

30、部分，这是因为损失的部分需部分，这是因为损失的部分需 要用来驱动压缩机。要用来驱动压缩机。 用来驱动机械式涡轮增压器的用来驱动机械式涡轮增压器的 功率占增大功率的功率占增大功率的15%15%。 因此，与具有同样输出功率的因此，与具有同样输出功率的 不增压的发动机相比会燃料的不增压的发动机相比会燃料的 消耗量比较大。消耗量比较大。 这种方式不够经济。这种方式不够经济。 四缸机械式涡轮增压发动机的示意图四缸机械式涡轮增压发动机的示意图 由发动机驱由发动机驱 动的压缩机动的压缩机 压缩后的空气压缩后的空气 四、涡轮增压系统四、涡轮增压系统 项目十五 可变进气控制系统 2.废气涡轮增压器废气涡轮增压器 在废气涡轮增压器中，用在废气涡轮增压器中，用 来驱动涡轮的是排出的废来驱动涡轮的是排出的废 气。该涡轮驱动与它同轴气。该涡轮驱动与它同轴 的压缩机。压缩机将助燃的压缩机。压缩机将助燃 空气吸入，压缩后提供给空气吸入，压缩后提供