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- 本田可變氣門相位及升程控制系統(tǒng)VTEC技術(shù)分析
- 來源:CHE168 發(fā)表于 2011/2/18
VTEC系統(tǒng)全稱是可變氣門正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng),是本田的專有技術(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)和氣門升程,使發(fā)動(dòng)機(jī)在高、低速下均能達(dá)到最高效率。+在VTEC系統(tǒng)中,其進(jìn)氣凸輪軸上分別有三個(gè)凸輪面,分別頂動(dòng)搖臂軸上的三個(gè)搖臂,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低轉(zhuǎn)速或者低負(fù)荷時(shí),三個(gè)搖臂之間無(wú)任何連接,左邊和右邊的搖臂分別頂動(dòng)兩個(gè)進(jìn)氣門,使兩者具有不同的正時(shí)及升程,以形成擠氣作用效果。此時(shí)中間的高速搖臂不頂動(dòng)氣門,只是在搖臂軸上做無(wú)效的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速在不斷提高時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的各傳感器將監(jiān)測(cè)到的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、車速以及水溫等參數(shù)送到電腦中,電腦對(duì)這些信息進(jìn)行分析處理。當(dāng)達(dá)到需要變換為高速模式時(shí),電腦就發(fā)出一個(gè)信號(hào)打開VTEC電磁閥,使壓力機(jī)油進(jìn)入搖臂軸內(nèi)頂動(dòng)活塞,使三只搖臂連接成一體,使兩只氣門都按高速模式工作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低達(dá)到氣門正時(shí)需要再次變換時(shí),電腦再次發(fā)出信號(hào),打開VTEC電磁閥壓力開頭,使壓力機(jī)油泄出,氣門再次回到低速工作模式。 普通的發(fā)動(dòng)機(jī)在制造出來后,配氣相位和氣門升程就固定不變了,無(wú)法適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)排氣的需求。因此,傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員在考慮凸輪軸型線時(shí)都采用折衷方案,既要照顧高速也要考慮低速。但是這種綜合考慮的設(shè)計(jì)方案在某種程度上限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在車用發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。因此,人們希望能夠有這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī),其凸輪型線能夠適應(yīng)任何轉(zhuǎn)速,不論在高速還是低速都能得到最佳的配氣相位。于是,可變配氣相位控制機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。在可變配氣相位控制機(jī)構(gòu)中比較有代表性的便是本田公司的VTEC系統(tǒng)。
VTEC控制系統(tǒng)由控制部分、執(zhí)行部分和傳感器組成。其中控制部分包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU和VTEC電磁閥;執(zhí)行部分包括凸輪、搖臂和各個(gè)活塞等;傳感器包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器和冷卻液溫度傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),控制單元ECU根據(jù)各傳感器的信號(hào),判斷是否需要改變配氣相位和氣門升程。
本田公司在1989年推出了自行研制的“可變氣門正時(shí)和氣門升程電子控制系統(tǒng)”,英文全“Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System”,縮寫就是“VTEC”,是世界上第一個(gè)能同時(shí)控制氣門開閉時(shí)間及升程等兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。本田的VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)一直是享有“可變氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的代名詞”之稱,它不只是輸出馬力超強(qiáng),它還具有低轉(zhuǎn)速時(shí)尾氣排放環(huán)保、低油耗的特點(diǎn),而這樣完全不同的特點(diǎn)在同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)上面出現(xiàn),就因?yàn)樗谝恢馆嗇S上有多種不同角度的凸輪。
與很多普通發(fā)動(dòng)機(jī)一樣,VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)每缸有4氣門(2進(jìn)2排)、凸輪軸和搖臂等,但與普通發(fā)動(dòng)機(jī)不同的是凸輪與搖臂的數(shù)目及控制方法。中、低轉(zhuǎn)速用小角度凸輪,在中低轉(zhuǎn)速下兩氣門的配氣相位和升程不同,此時(shí)一個(gè)氣門升程很小,幾乎不參與進(jìn)氣過程,進(jìn)氣通道基本上相當(dāng)于兩氣門發(fā)動(dòng)機(jī),但是由于進(jìn)氣的流動(dòng)方向不通過氣缸中心,故能產(chǎn)生較強(qiáng)的進(jìn)氣渦流,對(duì)于低速,尤其是冷車條件下有利于提高混合氣均勻度、增大燃燒速率、減少壁面激冷效應(yīng)和余隙的影響,使燃燒更加充分,從而提高了經(jīng)濟(jì)性,并大幅降低了HC、CO的排放;而在高轉(zhuǎn)速時(shí),通過VTEC電磁閥控制液壓油的走向,使得兩進(jìn)氣搖臂連成一體并由開啟時(shí)間最長(zhǎng)、升程最大的進(jìn)氣凸輪來驅(qū)動(dòng)氣門,此時(shí)兩進(jìn)氣門按照大凸輪的輪廓同步進(jìn)行。與低速運(yùn)行相比,大大增加了進(jìn)氣流通面積和開啟持續(xù)時(shí)間,從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)的動(dòng)力性。這兩種完全不同性能表現(xiàn)的輸出曲線,本田的工程師使它們?cè)谕粋(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了,并且形象地稱之為 “平時(shí)的柔和駕駛”與“戰(zhàn)時(shí)的激烈駕駛”。 但是VTEC系統(tǒng)對(duì)于配氣相位的改變?nèi)匀皇请A段性的,也就是說其改變配氣相位只是在某一轉(zhuǎn)速下的跳躍,而不是在一段轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)可變。為了改善VTEC系統(tǒng)的性能,本田不斷進(jìn)行創(chuàng)新,推出了i-VTEC系統(tǒng)。 簡(jiǎn)單地說,i-VTEC系統(tǒng)是在VTEC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了一個(gè)稱為VTC(Variable timing control“可變正時(shí)控制”)的裝置——一組進(jìn)氣門凸輪軸正時(shí)可變控制機(jī)構(gòu),即i-VTEC=VTEC+VTC。此時(shí),排氣閥門的正時(shí)與開啟的重疊時(shí)間是可變的,由VTC控制,VTC機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入使發(fā)動(dòng)機(jī)在大范圍轉(zhuǎn)速內(nèi)都能有合適的配氣相位,這在很大程度上提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 典型的VTC系統(tǒng)由VTC作動(dòng)器、VTC油壓控制閥、各種傳感器以及ECU組成。VTC作動(dòng)器、VTC油壓控制閥可根據(jù)ECU的信號(hào)產(chǎn)生動(dòng)作,使進(jìn)氣凸輪軸的相位連續(xù)變化。VTC令氣門重疊時(shí)間更加精確,保證進(jìn)、排氣門最佳重疊時(shí)間,可將發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高20%。
VTC機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入,使得氣門的配氣相位能夠“智能化地”適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的改變。VTC在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中配合VTEC系統(tǒng)的作用主要運(yùn)用在三個(gè)方面。通過VTC的控制,以最適當(dāng)?shù)臍忾T重疊角,同時(shí)配合VTEC系統(tǒng)的作用,使得發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩最大限度地提高。 另外,i-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)采用進(jìn)氣歧管在前,排氣歧管在后的布置。排氣歧管縮短了長(zhǎng)度,也就是縮短了與三元催化器之間的距離,使三元催化器更快進(jìn)入適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟,能有效控制廢氣排放。由于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后i-VTEC系統(tǒng)就進(jìn)入狀態(tài),不論低轉(zhuǎn)速或者高轉(zhuǎn)速VTC都在工作,也就消除了原來VTEC系統(tǒng)存在的缺陷。 綜上所述,由于i-VTEC系統(tǒng)中VTC機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入,使得發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位能夠柔性地與發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷相匹配,在發(fā)動(dòng)機(jī)的任何工況下,都能找到最佳的配氣相位,以最佳的氣門重疊角,實(shí)現(xiàn)中、低速時(shí)低油耗、低排放,高速時(shí)高功率、大扭矩,這就象按照人類大腦的要求那樣進(jìn)行控制,因此被形象地稱之為“智能化”VTEC。
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