发动机可变配气机构的研究进展

1、发动机可变配气机构的研究进展0引言由于环境保护和人类对持续发展的要求，低能耗和低污染己成为汽车发动机的发展h标。要求发动机 既要保证良好的动丿j性又要降低油耗满足排放法规的规定。在各种现代技术手段中，可变配气技术已 成为新技术发展方向之-1。这一技术能通过改变发动机的供气來达到降低油耗和满足排放耍 求。1可变配气机构的分类1. 1按控制参数的分类按,照控制参数的不同，可变配气技术可分为可变气门正时(vvt)和可变气门升程(wl)两类。可变气 门正时即气门开启与关闭时刻可变，根据气门开用持续期的变化乂分为可变气门相位(汕)和可变气门 相位与持续期(vet)两类；可变气门升程主要是改变了气门开启的

2、最人升程，按照气门止时与持续期 的变化情况又可分为可变气门升程与正时(vlt)和气门升程单独可变两类f2】°1-2按可变配气实现途径的分类实现可变配气有多种途径,按照有无凸伦轴可分为基于凸轮轴的可变配气机构和无凸伦轴 的可变配气机构两类。基于凸轮轴的可变配气机构主要可分为可变凸轮型线、可变凸轮轴相位角、可 变凸轮从动件三类；无凸轮轴的对变呢气机构根据气门驱动形式主要可分为电磁驱动气门、电液驱动 气门、电气驱动气门、电机驱动气门以及其他气门驱动形式儿人类圆。2发动机可变配气机构的国内外研究与发展现状2. 1发动机町变配气机构在国外的研究与发展现状配气控制技术早期的研究进展比较缓慢，主要

3、成果是在1985年以后収得的，其发展先后顺序大致如 下：优化凸轮型线一可变凸轮相位一可变凸轮型线一机械式全可变气门机构一无凸轮轴电磁(电 液、电气及其他)驱动配齐机构-无凸轮轴全可变配气机构。迄今为止，具有代表性的可变配气机构 主要有toyota公司的vvti、bmw 公司的vanos> honda公司的vtec、mitsubishi公司的mivec、porsche 公司的vario am、bmw 的vaivotronics等。下面将分类介绍国外可变配气机构的研究及发展现状。2. 1. 1基于凸轮轴的可变配气机构1) 可变凸轮型线的可变配气机构此类可变配气机构能同时改变气门止时、持续期及

4、升程.改变方式h前主要有阶段式为连续式两种。a) 阶段式改变凸轮型线的可变配气机构honda公司的v rec、mit subishi公司的m1vec以及porsche公司的variocam等均属于阶段式改变凸轮 型线的可变配气机构。下曲以honda公同的vtec为例，介绍阶段式改变凸轮型线的可变配气机构。 vtec在2个进气门上釆用了3个凸轮及3个摇辞，如图1所示，其中3个摇臂可独立运动也可连成一体运 动。转速较低时，通过液压机构使主、次摇慘分别由主凸轮和次轮驱动，中间摇恃随中间凸轮运动。 但是对气门不起作用，这样主、次进气门的升程曲线不同，可以形成涡流。转速较高时，通过液压机 构使3个摇臂连

5、成一体，并受中间凸轮驱动.以满足发动机高速的耍求。这类机构优点是可以提供两 种以上凸轮型线，在不同转速和负荷下，采用不同的凸轮型线驱动气门m；缺点是只能优化某些工 况，不能实现全工况性能的优化21。b) 连续式改变凸轮型线的可变配气机构fiat公司早期开发了凸轮型线在轴向可连续变化的3d凸轮机构。如图2所示，一个带有锥度外廓的 凸轮和装有可倾斜式垫块的挺柱相接触，凸轮轴的轴向移动使得凸轮的不同部分和挺林相接触， 导致气门升程和配气相位发生变化。基鬪半径沿凸轮轴的轴向是不变的，但凸轮升程沿轴向改变, 故热块必须随凸轮轴旋转变化它的倾斜角。凸轮轴端部安装一机械式调速器，当凸轮轴转速发牛变 化时，调

6、速器拖动凸轮轴产生轴向移动，使得气门升程和配气相位同时发生改变。该机构优点是可以在气门升起、冋落特性上进行控制11;缺点是凸轮与从动件之问会产生点接触。磨损较严重，所以 日前应用并不广泛21。图1 honda公司的vtec机构图2 fiat三维凸轮机构2）改变凸轮轴相位角的可变配气机构可变凸轮轴相位配气机构利用凸轮轴调相原理，凸轮型线是固定的，而凸轮轴相对illi轴的转角是可变 的。该类机构发展到现在，先后出现了螺旋齿式和叶片式两种结构，日前叶片式结构已经逐步取代了 螺旋式结构21。螺旋齿式结构主要有nissan a轮轴对变和位机构：叶片式结构主要有bmw公司的 vanos机构、toyota公

7、司的vvti机构、honda公司的i-vtec机构、ford公司的vct机构、delphi公司 的vcp机构等。下面介绍bmw公司的vanos机构（图3）。转了7通过螺栓与凸轮轴固定在一起，壳体1通过链条与|11|轴连 接。停机吋，锁止销6以无压力的方式嵌入凹口锁止槽屮，保证每次启动时凸轮轴随壳体1 一起运动， 使凸轮轴有确左的初始相位。调节相位时，润滑油首先进入卩i口锁止槽屮，将锁止销压冋并释放转子。 供油油路与液压腔11相通，向该腔屮供油，回油油路与液压腔12相通，向外泄油，转子叶片9在压力 差的作用卜带动凸轮轴相对于壳体1转动，从而改变相位。反向调节时.供油及泄油与上述方向相反l21。

8、这类机构优点是是可以对进气门关闭角和进排气重叠角进行控制，而且机构原理简单，可以保 持原发动机气门系不变，只用一套额外的机构來改变凸轮轴相角，对原机改动较小。便于采用，应用 较广泛；缺点是不能改变气门升程和持续期口】。3）可变凸轮从动件的可变配气机构这类机构保持凸轮型线不变，通过改变凸轮轴与气门之间从动件（如推杆，摇臂等）的运动规律，实现 气门运动的可变。按照从动件的类型分为液压式和机械式两类。a）液压式可变凸轮从动件的可变配气机构20世纪90年代中期,siemens/hvundaijjf发了evt系统,并且已应用于hyundai2. 0ldhc发动机上，该系 统屈于液压式对变口轮从动件的町变配气机构，其结构如图4所示。当