氣門機構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀和今后動向,一汽技術(shù)中心 發(fā)動機部 王魯生 2003年6月,汽油機氣門機構(gòu),多氣門可以提高氣門機構(gòu)運動速度，從而提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速。4氣門比2氣門的進(jìn)氣面積增大約3成，在高速區(qū)域可以提高充氣效率 80年代后半期，DOHC、4氣門結(jié)構(gòu)成為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機結(jié)構(gòu)。SOHC、3氣門、4氣門結(jié)構(gòu)因成本低也有采用。DOHC、5氣門結(jié)構(gòu)也有幾種用于賽車發(fā)動機。主流還是DOHC、4氣門 直推式間隙調(diào)整過去多用液壓間隙調(diào)節(jié)器。出于輕量、低摩擦、低成本，現(xiàn)在多用選擇挺柱厚度（無墊片挺柱）方式 搖臂式間隙調(diào)整已不用調(diào)整螺栓。搖臂頭處安裝微型液壓間隙調(diào)節(jié)器是主流,氣門機構(gòu)型式與凸輪摩擦功,用滾子作凸輪從動件有利于降低摩擦功 直推式DOHC、SOHC以外的OHV、搖臂式SOHC、DOHC都用滾針滾子,降低直推式凸輪和從動件之間的摩擦功,降低凸輪和從動件之間的摩擦系數(shù)：提高表面光潔度，進(jìn)行表面處理 潤滑油中添加鉬系減磨劑 減輕氣門彈簧載荷 氣門：縮小桿徑、中空、鈦合金 氣門彈簧座：鋁合金 氣門彈簧：圓錐小型化、高強度材料 挺柱：無墊片、鋁合金 搖臂：小型、鈑金化,潤滑油中添加鉬系減磨劑降低摩擦功效果,柴油機氣門機構(gòu),4氣門在直噴、高性能、低排放開發(fā)中發(fā)揮作用 從搖臂和氣門橋到滾輪搖臂式、直推式多種開發(fā) 和汽油機一樣，用滾輪降低摩擦功的結(jié)構(gòu)在增加,汽油機可變機構(gòu)的發(fā)展和現(xiàn)狀,可變機構(gòu)分類：可變相位式、可變升程、包角式、可變氣門停止式 可變機構(gòu)的要求，從過去提高全負(fù)荷功率到部分負(fù)荷降油耗、降排放 可變相位式從兩級可變很快普及到連續(xù)可變 可變相位式和可變升程、包角式的組合在增加,可變機構(gòu)的發(fā)展和現(xiàn)狀圖,可變相位式,進(jìn)氣凸輪相位連續(xù)可變式是主流 根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，進(jìn)氣門相位、重疊角連續(xù)變化，達(dá)到提高扭矩、控制內(nèi)部EGR量、減少泵吸損失、減少排放量的目標(biāo) 葉輪式結(jié)構(gòu)簡單、性能好、易安裝，廣為使用 驅(qū)動方法幾乎都用發(fā)動機油壓，少數(shù)用專用升壓泵 發(fā)動機低速時油壓不足，為確保可變響應(yīng)速度，也用電磁離合器 為進(jìn)一步改變氣門重疊角自由度，實現(xiàn)高性能、低排放、擴(kuò)大膨脹沖程節(jié)油的目標(biāo)，和排氣凸輪相位可變組合的傾向增加,可變升程、包角式,一直用凸輪轉(zhuǎn)換方法實現(xiàn)高性能和低油耗 和可變相位式組合的傾向增加 和氣門停止機構(gòu)組合，達(dá)到省油和排氣凈化目的,可變相位式和可變升程、包角式組合（豐田）,直推式可變相位式和可變升程、包角式組合（寶時捷）,凸輪轉(zhuǎn)換機構(gòu)適合于搖臂式，也適合于直推式氣門機構(gòu),氣門停止機構(gòu)（奔馳）,怠速和低負(fù)荷時，氣門停止，減缸運轉(zhuǎn)，降低泵氣損失 過去因機械振動問題不能持久，現(xiàn)在用電控技術(shù) 用于多缸發(fā)動機降 油耗,機械式連續(xù)可變升程、包角機構(gòu)（寶馬）,已批量生產(chǎn),技術(shù)引人注目 進(jìn)氣凸輪與搖臂之間設(shè)有調(diào)整桿，步進(jìn)電機通過蝸輪蝸桿驅(qū)動偏心觸發(fā)軸，調(diào)整桿的位置由偏心觸發(fā)軸決定 步進(jìn)電機由油門踏板決定，減少泵吸損失 0.3秒內(nèi)氣門升程調(diào)整范圍0.39.7mm 和連續(xù)可變 相位機構(gòu)組合,今后動向,氣門機構(gòu)低摩擦功的重要度增加 滾子氣門機構(gòu)增加 可變氣門機構(gòu)采用比例增加 進(jìn)氣凸輪相位連續(xù)可變進(jìn)一步普及，成為標(biāo)準(zhǔn)裝備，與其它可變機構(gòu)組合已很普通 排氣凸輪相位可變增加 升程、包角可變（凸輪轉(zhuǎn)換、進(jìn)而連續(xù)可變）增加,機械式升程、包角連續(xù)可變機構(gòu)-1,1,機械式升程、包角連續(xù)可變機構(gòu)-2,機械式升程、包角連續(xù)可變機構(gòu)-3,電磁驅(qū)動氣門機構(gòu)（寶馬）,開發(fā)活躍，不久的將來實用 無凸輪，與傳統(tǒng)氣門機構(gòu)完全不同 可變控制自由度大,連續(xù)可變包角、升程系統(tǒng),VEL（Continuous Variable Valve Event and Lift Control System） 氣門升程從極?。ɑ?升程）到最大升程（大包角）連續(xù)變化的機構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單、安裝性好,可變氣門機構(gòu)功能比較,可變氣門機構(gòu)現(xiàn)狀,凸輪相位連續(xù)變化的VTC型已普遍使用，確立為標(biāo)準(zhǔn)技術(shù) 在包角和升程可變方式中，凸輪轉(zhuǎn)換的VVL型在擴(kuò)大使用 把VVL型和VTC型組合，提高可變自由度的實例也已出現(xiàn) 可變氣門機構(gòu)高功能化已成為重要課題 可變氣門機構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)是包角和升程都連續(xù)大幅度可變的機構(gòu) VEL型和VTC型組合，升程、包角、相位均連 續(xù)可變，實現(xiàn)了自由控制氣門正時和升程,VEL的基本結(jié)構(gòu),機械式氣門開閉機構(gòu) 包角、升程變化執(zhí)行機構(gòu),VEL的工作原理,曲軸的旋轉(zhuǎn)運動通過四聯(lián)桿機構(gòu)變成輸出凸輪的搖動，驅(qū)動氣門 主動軸相當(dāng)于傳統(tǒng)的凸輪軸，和曲軸同步以1/2轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 主動軸上固定一驅(qū)動偏心凸輪 控制偏心凸輪和控制軸一體，外套搖動搖臂 驅(qū)動偏心凸輪和搖臂的一端由連桿A連接，將偏心運動變成搖臂搖動 搖臂的另一端由連桿 B和輸出凸輪連接， 使輸出凸輪搖動 輸出凸輪套在主動軸 上，其搖動通過挺柱 驅(qū)動氣門,VEL的可變原理,控制凸輪的偏心方向由ECU決定 搖臂中心接近主動軸時，通過四連桿機構(gòu)改變輸出凸輪搖動范圍，得到大升程 搖臂中心遠(yuǎn)離主動軸時， 輸出凸輪空搖范圍增加， 得到小升程,氣門升程特性,4條理論設(shè)計時（氣門間隙為0）的升程、加速度曲線 氣門間隙取0.3mm時,最大升程11.1mm(包角294),最小升程 1.4mm(包角120) 緩沖段變化穩(wěn)定 控制軸連續(xù)轉(zhuǎn)動時， 升程可無級變化,搖動輸出凸輪型線,和傳統(tǒng)凸輪相同：有基圓、緩沖段、正負(fù)加速度區(qū)間 不同之處：僅半周 加工方法和傳統(tǒng)凸輪相同（架空另半周）,氣門運動評價結(jié)果,落座時實測結(jié)果，7200rpm無反跳 氣門彈簧承受的慣性質(zhì)量無增加 改進(jìn)凸輪型線和連桿幾何形狀可以抑制最大升程附近的負(fù)加速度和下側(cè)的正加速度,驅(qū)動摩擦力矩,驅(qū)動主動軸摩擦力矩實測值 同樣升程 時和傳統(tǒng)直動式氣門機構(gòu)力矩幾乎相同 滑動部位增加，搖動凸輪與挺柱間的摩擦損失是旋轉(zhuǎn)凸輪的一半 小升程 時摩擦力矩銳減，實用時降低油耗 驅(qū)動偏心凸輪使用滾 針軸承可以大幅度降 低摩擦力矩 大升程低轉(zhuǎn)速 時摩擦 力矩增加，此區(qū)域?qū)?際上不使用，無問題,安 裝 性,主動軸及其同軸的輸出凸輪安裝在傳統(tǒng)凸輪軸位置 氣缸蓋的基本尺寸不須變更，鏈條和鏈輪的布置也不須變更 旋轉(zhuǎn)半徑最大的連桿A布置在氣缸之間的空間，避免與挺柱干涉 增加支撐控 制軸的支架,執(zhí)行機構(gòu),執(zhí)行機構(gòu)設(shè)在氣缸蓋后端，直流電機驅(qū)動型 減速機構(gòu)采用效率優(yōu)良的滾珠絲杠機構(gòu) 滾珠絲杠小型化，減少電機懸臂,轉(zhuǎn)換響應(yīng)性,最大功率100W（50、長100）電機的響應(yīng)性測試結(jié)果優(yōu)良 作用在控制軸的扭矩隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速和控制軸的相位變化 控制邏輯的 PID常數(shù)也可變 可以實現(xiàn)無節(jié) 氣門負(fù)荷控制,改進(jìn)發(fā)動機性能,VEL型和VTC型組合可以自由控制氣門正時、升程，對功率、油耗、排放有很大效果 小升程在冷機時可以降低排放，提高排溫,小升程促進(jìn)燃料微?；?小升程時，氣門處流速加快，促進(jìn)MPI燃料微?；?怠速時氣門前后壓差一定，缸內(nèi)燃料微?；癄顟B(tài) 冷機運轉(zhuǎn)時改善燃燒，減少HC,減少排放、提高排溫,冷機時減少排放、提高 排溫實測效果 水溫40時，小升程 （2.6mm）和標(biāo)準(zhǔn)升程 （8.3mm）的時面值比例 與渦流控制閥節(jié)流比例 幾乎相同 得到與渦流控制閥同等 的減少HC、提高排溫效 果,結(jié)束語,VEL開發(fā)成功的同時 BMW公司的連續(xù)可變氣門升程系統(tǒng)被實用化,