1、配氣相位,一、配氣機(jī)構(gòu),（一）功用： 配氣機(jī)構(gòu)是進(jìn)、排氣管道的控制機(jī)構(gòu)，它按照氣缸的工作順序和工作過(guò)程的要求，準(zhǔn)時(shí)地開(kāi)閉進(jìn)、排氣門(mén)、向氣缸供給可燃混合氣（汽油機(jī)）或新鮮空氣（柴油機(jī)）并及時(shí)排出廢氣。另外，當(dāng)進(jìn)、排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，保證氣缸密封。進(jìn)飽排凈，四行程發(fā)動(dòng)機(jī)都采用氣門(mén)式配氣機(jī)構(gòu)。 （二）充氣效率： 新鮮空氣或可燃混合氣被吸入氣缸愈多，則發(fā)動(dòng)機(jī)可能發(fā)出的功率愈大。新鮮空氣或可燃混合氣充滿(mǎn)氣缸的程度，用充氣效率hv表示。hv越高，表明進(jìn)入氣缸的新鮮氣越多，可燃混合氣燃燒時(shí)可能放出的熱量也就越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率越大。,（三）類(lèi)型： 1、按氣門(mén)的布置： 氣門(mén)頂置式；氣門(mén)側(cè)置式 2、按凸輪軸的布置位置：

2、 下置式；中置式；上置式 3、按曲軸與凸輪軸的傳動(dòng)方式： 齒輪傳動(dòng)；鏈條傳動(dòng)；齒帶傳動(dòng) 4、按每氣缸氣門(mén)數(shù)目： 二氣門(mén)式；四氣門(mén)式等,二、 配氣相位,（一）配氣相位：用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)刻和開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間，稱(chēng)為配氣相位。,通常用環(huán)形圖表示-配氣相位圖。,原因： 氣門(mén)的開(kāi)、閉有個(gè)過(guò)程, 氣體慣性的影響 隨著活塞的運(yùn)動(dòng),同樣造成進(jìn)氣不足、排氣不凈, 發(fā)動(dòng)機(jī)速度的要求 實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速很高，活塞每一行程歷時(shí)都很短，當(dāng)轉(zhuǎn)速為5600r/min時(shí)一個(gè)行程只有60/（56002）=0.0054s，就是轉(zhuǎn)速為1500r/min，一個(gè)行程也只有0.02s，這樣短的進(jìn)氣或排氣過(guò)程，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣不足，

3、排氣不凈。 可見(jiàn)，理論上的配氣相位不能滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)飽排凈的要求，,實(shí)際配氣相位演示,上止點(diǎn),下止點(diǎn),（二）進(jìn)氣門(mén)的配氣相位 1.進(jìn)氣提前角 (1)定義：在排氣沖程接近終了，活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前，進(jìn)氣門(mén)便開(kāi)始開(kāi)啟。從進(jìn)氣門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟到上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱(chēng)為進(jìn)氣提前角(或早開(kāi)角)。進(jìn)氣提前角用表示，一般為1030。 (2)目的：進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)，使得活塞到達(dá)上止點(diǎn)開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，因進(jìn)氣門(mén)已有一定開(kāi)度，所以可較快地獲得較大的進(jìn)氣通道截面，減少進(jìn)氣阻力。,2.進(jìn)氣遲后角 (1)定義：在進(jìn)氣沖程下止點(diǎn)過(guò)后，活塞重又上行一段，進(jìn)氣門(mén)才關(guān)閉。從下止點(diǎn)到進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱(chēng)為進(jìn)氣遲后角(或晚關(guān)角)。進(jìn)氣遲后

4、角用表示，一般為4080。 (2)目的： 利用壓力差繼續(xù)進(jìn)氣：活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，由于進(jìn)氣阻力的影響，氣缸內(nèi)的壓力仍低于大氣壓，進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)，利用壓力差可繼續(xù)進(jìn)氣。 利用進(jìn)氣慣性繼續(xù)進(jìn)氣：活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣氣流還有相當(dāng)大的慣性，進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)，仍能繼續(xù)進(jìn)氣。 下止點(diǎn)過(guò)后，隨著活塞的上行，氣缸內(nèi)壓力逐漸增大，進(jìn)氣氣流速度也逐漸減小，至流速等于零時(shí)，進(jìn)氣門(mén)便關(guān)閉的角最適宜。若過(guò)大便會(huì)將進(jìn)入氣缸內(nèi)的氣體重新又壓回進(jìn)氣管。,由上可見(jiàn)，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角，即進(jìn)氣持續(xù)角為：+180+。,（三）排氣門(mén)的配氣相位 1.排氣提前角 (1)定義：在作功行程的后期，活塞到達(dá)下止點(diǎn)前，排氣門(mén)便開(kāi)始開(kāi)啟。從排氣

5、門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟到下止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱(chēng)為排氣提前角(或早開(kāi)角)。排氣提前角用表示，一般為4080。 (2)目的： 利用氣缸內(nèi)的廢氣壓力提前自由排氣：恰當(dāng)?shù)呐艢忾T(mén)早開(kāi)，氣缸內(nèi)還有大約300kPa500kPa的壓力，作功作用已經(jīng)不大，可利用此壓力使氣缸內(nèi)的廢氣迅速地自由排出。 減少排氣消耗的功率：提前排氣，等活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)只剩約110kPa120kPa的壓力，使排氣沖程所消耗的功率大為減小。 高溫廢氣的早排，還可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。,2.排氣遲后角 (1)定義：在活塞越過(guò)上止點(diǎn)后，排氣門(mén)才關(guān)閉。從上止點(diǎn)到排氣門(mén)關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱(chēng)為排氣遲后角(或晚關(guān)角)。排氣遲后角用表示，一般為1030。

6、 (2)目的： 利用缸內(nèi)外壓力差繼續(xù)排氣：活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力仍高于大氣壓，利用缸內(nèi)外壓力差可繼續(xù)排氣。 利用慣性繼續(xù)排氣：活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，廢氣氣流有一定的慣性，利用慣性可繼續(xù)排氣。所以排氣門(mén)適當(dāng)晚關(guān)可使廢氣排得較干凈。,由此可見(jiàn)，氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角，即排氣持續(xù)角為+180+。,1.定義：由于進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)和排氣門(mén)晚關(guān)，就出現(xiàn)了一段進(jìn)排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的現(xiàn)象，稱(chēng)為氣門(mén)疊開(kāi)。同時(shí)開(kāi)啟的角度，即進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)角與排氣門(mén)晚關(guān)角的和(+)，稱(chēng)為氣門(mén)疊開(kāi)角。 2.廢氣倒排回進(jìn)氣管和新鮮氣體隨廢氣排出的問(wèn)題： 由于疊開(kāi)時(shí)氣門(mén)的開(kāi)度較小，且新鮮氣體和廢氣流的慣性要保持原來(lái)的流動(dòng)方向，所以只要疊開(kāi)角

7、適當(dāng)，就不會(huì)產(chǎn)生廢氣倒排回進(jìn)氣管和新鮮氣體隨廢氣排出的問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)不同、轉(zhuǎn)速不同，配氣相位也就不同。,（四）氣門(mén)疊開(kāi),從上面的分析，可以看出實(shí)際配氣相位和理論上的配氣相位相差很大，實(shí)際配氣相位，氣門(mén)要早開(kāi)晚關(guān)，主要是為了滿(mǎn)足進(jìn)氣充足，排氣干凈的要求。但實(shí)際中，究竟氣門(mén)什么時(shí)候開(kāi)？什么時(shí)候關(guān)最好呢？這主要根據(jù)各種車(chē)型，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法確定，由凸輪軸的形狀、位置及配氣機(jī)構(gòu)來(lái)保證。 氣門(mén)疊開(kāi)角過(guò)大:小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于進(jìn)氣管壓力很低，易出現(xiàn)廢氣倒流 增壓柴油機(jī)氣門(mén)疊開(kāi)角一般很大，因進(jìn)氣壓力大，掃氣時(shí)甚至有一部分新鮮空氣從排氣門(mén)排出。,發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位參數(shù)一覽表,汽油機(jī)可變配氣相位,其特性參數(shù)主要是三

8、個(gè):氣門(mén)開(kāi)啟相位、氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)角度(指氣門(mén)保持升起持續(xù)的曲軸轉(zhuǎn)角)和氣門(mén)升程。這三個(gè)特性參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、油耗和排放有重要影響。通常將氣門(mén)開(kāi)啟相位和氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)角度統(tǒng)稱(chēng)為氣門(mén)正時(shí)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)角的改變，這三個(gè)特性參數(shù)(特別是進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟相位和開(kāi)啟持續(xù)角度)的最佳選擇是根本不同的。,進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟相位提前，一方面為進(jìn)氣過(guò)程提供了較多的時(shí)間，特別有利于解決高轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)氣時(shí)間不足的問(wèn)題;另一方面，氣門(mén)疊開(kāi)角增大，有更多的廢氣進(jìn)入進(jìn)氣管，隨后又同新鮮充量一起返回氣缸，造成了較高的內(nèi)部排氣再循環(huán)率，可降低油耗和NOX排放，但同時(shí)也導(dǎo)致啟動(dòng)困難、怠速不穩(wěn)定和低速工作粗暴。,進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉相位推遲，一方面在高轉(zhuǎn)

9、速時(shí)有利于利用高速氣流的慣性提高體積效率;另一方面在低轉(zhuǎn)速時(shí)又會(huì)將已經(jīng)吸人氣缸的新鮮充量重又推回到進(jìn)氣管中。,氣門(mén)升程增大，一方面在高負(fù)荷時(shí)有利于提高體積效率;另一方面在低負(fù)荷時(shí)又得不將節(jié)氣門(mén)關(guān)得更小，造成更大的泵氣損失和節(jié)流損失。 綜上所述可見(jiàn)，出于不同的考慮，對(duì)氣門(mén)特性參數(shù)提出了不同要求。為了提高標(biāo)定功率，要提早開(kāi)啟、推遲關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)，并提高進(jìn)氣門(mén)升程;為了提高低速扭矩，要提早關(guān)閉進(jìn)氣門(mén);為了改善啟動(dòng)性能并提高怠速穩(wěn)定性，則要推遲開(kāi)啟進(jìn)氣門(mén)，減小氣門(mén)疊開(kāi)。顯然，進(jìn)氣門(mén)特性參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響比排氣門(mén)特性參數(shù)更大，進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉相位的影響比開(kāi)啟相位大。,由于環(huán)境保護(hù)和人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的要求，低能耗和低

10、污染已成為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展目標(biāo)。要求發(fā)動(dòng)機(jī)既要保證良好的動(dòng)力性又要降低油耗滿(mǎn)足排放法規(guī)的規(guī)定，在各種現(xiàn)代技術(shù)手段中，可變配氣相位技術(shù)已成為新技術(shù)發(fā)展方向之一。,可變進(jìn)氣系統(tǒng)和可變配氣相位,一、概述,（1）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最常用轉(zhuǎn)速確定配氣相位，固定不變； （2）固定氣門(mén)升程。 （3）在其他轉(zhuǎn)速，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性下降，排放變差。,1.傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī),2.可變進(jìn)氣系統(tǒng)和配氣相位發(fā)動(dòng)機(jī),（1）能兼顧高速及低速不同工況，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； （2）降低排放。 （3）改善發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和低速時(shí)的性能及穩(wěn)定性。,2采用可變進(jìn)氣系統(tǒng)技術(shù),從獲得最大充量系數(shù)的角度出發(fā)，比較理想的配氣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)要滿(mǎn)足以下要求： 1)低速

11、時(shí)，采用較小的氣門(mén)疊開(kāi)角以及較小的氣門(mén)升程，防止出現(xiàn)缸內(nèi)新鮮充量向進(jìn)氣系統(tǒng)倒流，以增加轉(zhuǎn)矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。 2)高速時(shí)應(yīng)具有最大的氣門(mén)升程和進(jìn)氣門(mén)遲閉角，以最大限度地減小流動(dòng)阻力充分利用過(guò)后充氣，提高充量系數(shù)，以滿(mǎn)足動(dòng)力性要求。 3)配合以上變化，對(duì)進(jìn)氣門(mén)從開(kāi)啟到關(guān)閉的持續(xù)期也應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)氣定時(shí)。,可變進(jìn)氣系統(tǒng),日前較為常見(jiàn)的商品化系統(tǒng)可以分成兩大類(lèi) 可變凸輪機(jī)構(gòu)(VCS Variable Camshaft System) 可變氣門(mén)定時(shí)(VVT，Variable Valve Timing)。 除此之外，也有可變氣門(mén)升程、可變氣門(mén)作用角等其他形式，其原理基本相近，只是實(shí)現(xiàn)方式不同

12、而巳.,可變凸輪機(jī)構(gòu),可變凸輪機(jī)構(gòu)技術(shù)一般都是通過(guò)兩套凸輪或搖臂來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即在高速時(shí)采用高速凸輪，其升程與作用角都較大；而在低速時(shí)切換到低速凸輪，升程與作用角均較小。,可變氣門(mén)定時(shí),在進(jìn)、排氣門(mén)分別通過(guò)兩根凸輪軸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)時(shí) ，可以通過(guò)一套特殊的機(jī)構(gòu)將進(jìn)氣凸輪軸按要 求轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，從而達(dá)到改變進(jìn)氣相位的 目的。 根據(jù)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的不向，這種改變又可以分成分 級(jí)可變與連續(xù)可變 兩類(lèi)，調(diào)節(jié)范圍最 高可達(dá)60oCA，由于 技術(shù)上相對(duì)成熟， 很多汽油機(jī)均采用 這一技術(shù)。,可變氣門(mén)定時(shí),可變氣門(mén)定時(shí),可變氣門(mén)定時(shí),二、可變進(jìn)氣系統(tǒng),1、多氣門(mén)分別投入工作,（1）凸輪或搖臂控制氣門(mén)按時(shí)開(kāi)或關(guān)。,（2）氣道中

13、設(shè)置旋轉(zhuǎn)閥門(mén)。,氣缸數(shù)目可變機(jī)構(gòu),2.可變進(jìn)氣道系統(tǒng),根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速，使用不同長(zhǎng)度及容積的進(jìn)氣管向氣缸內(nèi)充氣。,（1）雙脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)：,（2）四氣門(mén)二階段進(jìn)氣系統(tǒng)：,（3）三階段進(jìn)氣系統(tǒng)：,可變式配氣機(jī)構(gòu),隨著發(fā)動(dòng)機(jī)各缸采用多氣門(mén)化，發(fā)動(dòng)機(jī)的高速動(dòng)力性有了很大的提高，同時(shí)卻帶來(lái)了中小負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性變差和低速扭矩的降低。為了解決此矛盾，近來(lái)高性能轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用了可變配氣相位與氣門(mén)升程電子控制(VTEC)機(jī)構(gòu)，從而使從高速到低速整個(gè)使用范圍性能得到提高.,VTEC機(jī)構(gòu)在本田轎車(chē)車(chē)系許多車(chē)上采用，VTEC是英文縮寫(xiě)，其全稱(chēng)為：Variable Valve Timing & Valve Lift

14、Electronic Control ，意思是可變氣門(mén)相位與升程電子控制。,三、 可變配氣相位,1、VTEC可變氣門(mén)控制機(jī)構(gòu),VTEC系統(tǒng)全稱(chēng)是可變氣門(mén)正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng)，是本田的專(zhuān)有技術(shù)，它能隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、水溫等運(yùn)行參數(shù)的變化，而適當(dāng)?shù)卣{(diào)整配氣正時(shí)和氣門(mén)升程，使發(fā)動(dòng)機(jī)在高、低速下均能達(dá)到最高效率。,本田VTEC機(jī)構(gòu),控制原理,本田汽車(chē)采用一種可變配氣相位與氣門(mén)升程電子控制(VTEC)機(jī)構(gòu)，來(lái)控制進(jìn)氣時(shí)間與進(jìn)氣量，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同的輸出功率。,氣門(mén)定時(shí)和升程可變的可變進(jìn)氣系統(tǒng)（VTEC),裝有VTEC機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸和常規(guī)的高速發(fā)動(dòng)機(jī)一樣配置有兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)和兩個(gè)排氣門(mén)。它的兩個(gè)

15、進(jìn)氣門(mén)有主次之分，即主進(jìn)氣門(mén)和次進(jìn)氣門(mén)。每個(gè)進(jìn)氣門(mén)均由單獨(dú)的凸輪通過(guò)搖臂來(lái)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)主次進(jìn)氣門(mén)的凸輪分別叫主、次凸輪，主、次搖臂。中間搖臂，不與任何氣門(mén)接觸，三搖臂并在一起，均可在搖臂軸上轉(zhuǎn)。中間凸輪；升程最大,中間凸輪升程最大是按發(fā)動(dòng)機(jī)雙進(jìn)雙排氣門(mén)工作最佳輸出功率的要求而設(shè)計(jì)的； 主凸輪升程小于中間凸輪，它是按發(fā)動(dòng)機(jī)低速工作時(shí)單氣門(mén)開(kāi)閉要求設(shè)計(jì)的； 次凸輪的升程最小，最高處只是稍微高于基圓，其作用只是在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行時(shí)，通過(guò)次搖臂稍微打開(kāi)次氣門(mén)，以免燃油集聚在次進(jìn)氣門(mén)口。中間搖臂的一端和中間凸輪接觸，另一端在低速時(shí)可自由活動(dòng)。三個(gè)搖臂在靠近氣門(mén)一端均有一個(gè)油缸孔。油缸孔中都安置有活塞。,由此

16、可見(jiàn)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、水溫及車(chē)速信號(hào)，由ECM進(jìn)行計(jì)算處理后將信號(hào)輸出給電磁閥來(lái)控制油壓，進(jìn)而使不同配氣定時(shí)和氣門(mén)升程的凸輪工作。,VTEC不工作時(shí)，正時(shí)活塞和主同步活塞位于主搖臂缸內(nèi)，和中間搖臂等寬的中間同步活塞位于中間搖臂油缸內(nèi)，次同步活塞和彈簧一起則位于次搖臂油缸內(nèi)。正時(shí)活塞的一端和液力油道相通，液力油來(lái)自工作油泵，油道的開(kāi)啟由ECM通過(guò)VTEC電磁閥控制。,在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，ECM無(wú)指令，油道內(nèi)無(wú)油壓，活塞位于各自的油缸內(nèi)，各搖臂均獨(dú)自上下運(yùn)動(dòng)。于是主搖臂緊隨主凸輪開(kāi)閉主進(jìn)氣門(mén)，以供給低速運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)所需混合氣，次凸輪則迫使次搖臂微微起伏，微微開(kāi)閉次進(jìn)氣門(mén)，中間搖臂雖然隨著中間凸輪大幅度運(yùn)動(dòng)，但是它對(duì)于任何氣門(mén)不起作用。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于單進(jìn)雙排工作狀態(tài)，吸人的混合氣不到高速時(shí)的一半。由于仍然是所有氣缸參與工作，所以運(yùn)轉(zhuǎn)十分平順均衡。,發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行，ECM就會(huì)向VTEC電磁閥供電開(kāi)啟工作油道，工作油道中的壓力油就推