内容发布更新时间 : 2024/12/23 12:36:14星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第2单元

课文B 配气机构

1.配气机构的工作原理

你已经看到，对进气行程，进气门必须打开。在压缩和作功行程，两个气门都必须保持关闭。在排气行程，排气门开启。设计师们必须设计一种在适当的时刻能将气门打开和关闭的装置。轴上带有被称为凸轮凸起的蛋形的隆起处。凸轮凸起经过机械加工而成，作为该轴的一个整体构成部分。这根轴叫做凸轮轴。

气门升起的距离、气门保持开启的时间长短以及气门开、闭的快慢，全都收凸轮凸起的高度和外形的控制。

正像你后面所见，让凸轮凸起与气门杆本身的末端接触是不实际的，因为凸轮轴在气门上方，离气门杆末端有一定距离。

当凸轮轴转动时，凸轮凸起甚至会够不着气门杆。因此，在凸轮凸起与气门杆之间安装了气门挺杆。挺杆的上端与凸轮凸起接触，下端几乎与气门杆接触。气门挺杆在气缸盖上镗出的一个孔中上、下运动，它将气门杆与凸轮轴隔开。

你已经研究了一种开启和关闭气门的方法。下一个问题是怎样来驱动和以怎样的速度驱动凸轮轴。每个气门都必须在以一个行程中开启。进气门在进气行程中开启，而在压缩、作功和排气行程中保持关闭。这表明，凸轮凸起必须必须转动足够快，每到第四个行程就要将气门提升一次。

你会发现，活塞每转动四个行程，凸轮凸起就要转动一整圈。不要忘记，活塞的四个行程需要曲轴转两圈。也可以说，曲轴每转两圈，凸轮轴必须转一圈。如果说到凸轮轴的转速，可以说凸轮轴的转速是曲轴转速的一半。

如果曲轴在转动中，凸轮轴的转速必须是曲轴转速的一半，用旋转的曲轴来带动凸轮轴似乎是合乎逻辑的。驱动凸轮轴的一种简单的方法就是用齿轮传动或带传动。一个齿轮固定到曲轴的端部，另一个固定到凸轮轴的端部。较小的曲轴齿轮通过传动带驱动较大的凸轮轴齿轮。

例如，如果曲轴上的小齿轮油10个齿，凸轮轴上的大齿轮有20个齿，曲轴驱动凸轮轴转动时，凸轮轴的速度正好是曲轴速度的1/2。

2.VVT——丰田的连续可变的气门定时

对雷克萨斯GS系列轿车来说，最重要的和最令人满意的变化发生在动力装置方面。就GS300车型来说，雷克萨斯通过引入VVT（连续可变的气门定时）系统，给去年的3.0L直列六缸发动机赋予了新的生命。在测功机上，VVT仅仅显示出功率增加5hp，转矩增加10 lbf·ft，但是这却意味着燃油经济性提高了1.6英里/小时（mpg）、怠速更加平稳、加利福尼亚TLEV（过渡低排放汽车）认证和0~60英里/小时的加速时间快了半秒钟。

通过采用VVT，丰田公司消除了传统气门定时的折衷问题。通过连续可变进气门定时（高达60°曲轴转角），丰田公司优化了低速到中速的转矩，提高了燃油经济性，降低了排放，而对怠速没有不利影响。

实际上，该系统控制着气门重叠期。这就意味着该系统能够完全消除气门重叠期来获取极为平稳的怠速，或者使气门重叠期达到最大，以便增加容积效率和降低泵气损失——在所有的发动机转速下，这将转变成功率、经济性和低排放。

该系统的核心部件就是进气凸轮轴带轮。此带轮由内、外两个部分组成。里面的部分固定到凸轮轴上，比国内通过螺旋花键齿套在带传动的外带轮的内部。一个电子控制液压活塞使两个带轮半件相对运动，结果与凸轮轴相连的半件在外带轮内转动。

这种转动使进气门定时或提前或推迟。一个受来自ECU信号控制的滑阀对油压进行控制。

3.VTEC——本田可变气门定时与升程电子控制系统

通过将气门升程设计的更大，将气门定时范围设计的更宽，将气门直径设计的更大，就可能获得更高的容积效率，从而能够适应高输出发动机的转速。VTEC用于改善从低速到高速的容积效率。使用VTEC，在发动机低速时可以调整气门定时和升程，以便增加发动机转矩和防止空气倒流回进气道。

1）VTEC的布置 在图2-3中，给出了VTEC系统的结构。该发动机额外采用了一个用于高速的凸轮和摇臂（中间摇臂）。凸轮轴上每缸的进气和排气侧具有三个不同轮廓的凸轮。中间的凸轮用于高速，外侧的两个用于低速。

摇臂组件包括一个中间摇臂和位于两侧的主摇臂和副摇臂。这些摇臂内部有两只活塞、一个挡销和一个回位弹簧，这些部件构成了转换机构。

中间摇臂装有一个失运动弹簧，从而使气门在高速时能平稳工作，在低速时又能使摇臂停止运动。

整个系统有液压执行器进行控制，液压执行器又受发动机控制单元（ECU）的控制。 2）VTEC的工作原理

图2-4是VTEC机构在发动机低速工作时的工作情况。在低速模式时，3个摇臂相互分离，并仅使用凸轮A和B。这时，在失运动机构的弹簧力作用下，中间摇臂与高速凸轮接触。中间摇臂与主、副摇臂分离，因而不会驱动气门。图2-5是VTEC机构在高速模式的工作情况。在发动机高速工作期间，由于油压的增加，2只活塞香油运动，使3个摇臂连接在一起并一起运动。

4.MIVEC——三菱智能型气门定时电子控制系统

MIVEC双进气门凸轮轴能在高速和低速模式之间进行转换（图2-6），从而使发动机从低速到高速容易操作，改善了起步加速、进入高速公路和加速超车时的驾驶感受。为了纯粹追求驾驶乐趣，像燃油经济性、环境友好性和清洁驾驶这样的一些可能相互矛盾的目标，全都得到实现。

1）低速模式

双进气门生程（低升程和中升程）的差异和加强的缸内气流使燃烧进一步稳定，但并不损害燃油经济性、排放性能和转矩。

2）高速模式

延长喷油阀开启时间和扩大气门升程范围使进气量增加，并获得了最佳的理论输出。 格兰蒂斯（Grandis）汽车装有2.4L MIVEC发动机，小马（Colt）轿车装有1.3L和1.5L MIVEC发动机。

5.电子气门控制系统

电子气门控制（EVC）系统替代了机械凸轮轴，它用执行器来控制每个气门，以便获得相互独立的气门定时。EVC系统使用每个气门上的相互独立的执行器，来控制各个进气门和排气门的开、闭时刻和升程。从机械凸轮轴驱动的气门转变为独立控制的执行器气门，使发动机的控制策略具有极大的灵活性。采用EVC的汽车能够实现若干优点：

1）提高了发动机动力性和经济性；

2）使集中式EVC系统和分布式EVC系统能够发挥它们的最大潜能。 3）适合于缸数变化的发动机。

由于所有的这些提高效率和对用户的益处，汽车制造者们渴望着让他们的最早的EVC撞车使用。EVC系统的设计目标是，工作温度可达125℃，而执行器的目标是运行速度最高

可达6000r/min。执行器在集中式系统中可以用高速多路传输总线（可达10Mbps）进行控制，或者在分布式系统中用低速总线进行控制。

EVC系统必须尺寸紧凑，特别是执行器应小得足以装入发动机室内。一辆采用42V的系统的汽车对于EVC是理想的，因为EVC需要高电压来控制气门执行器。EVC系统的应用目标是V8和V12发动机。

6.智能气门

瓦莱奥（Valeo）公司正在积极开发用一种气缸盖设计来降低燃油消耗和排放的技术。这种气缸盖设计利用瓦莱奥公司的智能气门操纵（SVA）机构，来替代使用带传动、凸轮轴和液力气门挺杆的传统的机械式发动机气门操纵机构。在收购了约翰控制设备公司的发动机电子器件分公司（Johnson Controls′ Engine Electronics Division）之后，瓦莱奥为满足日益增长的提高燃油经济性和降低排放的需求而打算积极开发和销售的多种革新项目中的第一种就是SVA。在一台无凸轮发动机上，每个发动机气门都是由安装在气门导管上面的执行器来操纵。每个执行器都与安装在发动机上的气门控制单元相连，这个控制单元确保了气门的最佳定时，并完成电源驱动功能。

通过控制残余气体，减小泵气损失和关闭气缸和停止气门动作，这种SVA技术能使燃油消耗和污染物排放降低20%。用户将会从增加低速发动机转矩，提高发动机性能而获益。SVA开发计划得到了若干汽车制造厂家的支持，并计划在2009年投入批量生产。