可变气门机构在轿车发动机上应用及其检修.docVIP

可变气门机构在轿车发动机上应用及其检修 　　[摘要] 可变气门机构能使发动机的配气相位和气门升程随发动机运转工况变化，在提高发动机的燃料经济性、动力性、运转稳定性，减少排放污染等方面效果明显，因此目前被广泛应用在轿车发动机上。本文从可变气门机构的作用原理出发，归纳和分析了常见可变气门机构的类型、结构和特点，并重点介绍了可变气门机构的主要检修内容和方法。 　　[关键词] 可变气门机构 配气相位 检修 　　 　　在传统的发动机上，进气门和排气门的配气相位和气门升程都是固定不变的，是根据发动机的常用工况由试验确定的。然而发动机转速和负荷不同时，其进排气量、进排气流的流速、进气及排气行程的持续时间、气缸内燃烧过程等都不一样，对配气相位和气门升程的要求也不同。因此，传统发动机所采用的固定配气相位和气门升程的设置无法让发动机在所有工况下都具有良好的性能，只能根据其匹配车型的需求，选择最优化配置。 　　可变气门机构就是通过技术手段，使发动机的配气相位和气门升程能随发动机转速和负荷的变化而变化，始终保持最佳，从而保证发动机在任意转速和负荷都有良好的燃料经济性、动力性、运转稳定性，减少排放污染。 　　可变气门机构有多种结构型式，不同厂家、不同发动机的可变气门机构往往有很大的不同。按其控制内容，有可变配气相位机构和可变气门升程机构2大类；按是否同时控制进、排气门，有只控制进气门的单可变气门机构和同时控制进、排气门的双可变气门机构2种；按其控制过程，有分段可变和连续可变2种；按其结构，有变换凸轮式、变换凸轮轴转角式和变换摇臂支点式等几种。 　　目前在技术上较为成熟并在轿车上应用最为广泛有变换凸轮式分段可变气门机构和变换凸轮轴转角式连续可变气门机构，本文主要分析这2种机构的构造和工作原理。 　　1变换凸轮式分段可变气门机构 　　变换凸轮式分段可变气门机构是在一根凸轮轴上布置2～3组凸轮，每组凸轮的大小、形状、配气相位和气门升程都各不相同。其工作原理是：当发动机处于不同的运转工况时，发动机的ECU利用液压控制方式，通过摇臂上??液压执行机构来改变驱动气门的凸轮，从而实现配气相位和气门升程的改变。采用这种方式的有本田汽车发动机的VTEC机构、三菱发动机的MIVEC机构等。 　　1.1 本田汽车发动机三段式VTEC可变气门机构 　　图1为本田汽车发动机上采用的三段式VTEC（Variable valve Timing lift Electronic Control system）可变气门机构。这是一种四气门、单上置凸轮轴（SOHC）的可变进气门驱动机构。 　　图1 本田VTEC可变配气机构[1] 　　这种发动机的凸轮轴上对应于每个气缸有3个大小和形状各不相同的进气凸轮：中间为高速凸轮，是以满足按发动机高速、大负荷运转需要而设计的，升程最大，并有较大的进气门迟后角和气门叠开角；右边为中速凸轮，是以满足按发动机最常用工况的中速、中小负荷运转需要而设计的，所以又称为主凸轮，其升程次之，进气门迟后角和气门叠开角也较小；左边的凸轮升程最小，称为次凸轮。 　　与3个进气凸轮相对应的3个摇臂分别称为中摇臂、主摇臂、次摇臂，3个摇臂内有二组受油压控制的插销（上面一组插销分为二段；下面一组插销则分成三段），插销的移动可控制3个摇臂是各自独立运动或互相连成一体运动。控制插销移动的油压来自发动机润滑系统，并由发动机ECU通过电磁阀控制。 　　1.2 三段式VTEC可变气门机构的控制方式 　　当发动机处于低转速或者低负荷时，3个摇臂互相分离。主凸轮和次凸轮分别驱动两个进气门，使两者具有不同的正时及升程（左边由次凸轮驱动的气门基本上没有打开，只是有个微小的动作，以防止气门在高温下不动作而卡死，同时防止进气歧管壁上凝结的汽油聚集在进气门背面）。此时只有1个气门进气，以形成挤气作用效果，使进气气流在汽缸内产生涡流效果，促使燃烧完全。此时中摇臂没有驱动气门，只是在摇臂轴上做无效的运动。 　　当发动机处于中速、中负荷运转工况时，ECU通过电磁阀使发动机润滑系统的压力机油进入摇臂中上面一组插销的油压室，推动插销移动，将左右两边的主、次摇臂相连，2个进气门同时受最右边的主凸轮控制，都按中速模式开启（图2b）。此时中凸轮仍没有起作用。 　　当发动机转速升高到需要变换为高速模式时，ECU通过电磁阀使压力机油同时进入摇臂上、下面两组的插销的油压室，下面一组插销的移动将3个摇臂连接成一体，由于中间的凸轮较大，使其它两个凸轮碰不到摇臂，故此时两个气门都受中间的高速凸轮轴控制（图2(c)），气门开启的升程和时间都比中速模式大。 　　同理，当发动机转速降低时，ECU通过电磁阀将摇臂中油压室内的压力机油泄出，使气门回到中速或低速工作模式[2]。 　　 　　1.气门