可根据发动机的运行状况,改变气门的正时、延续期及升程的配气机构,称为可控式配气机构,也称为可变气门机构。传统固定式配气机构气门的正时、延续期及升程,在发动机任何运行状况,始终是与曲轴转角保持不变的。因此两者的零件结构及工作原理也有所不同。
可控式配气机构其目的:通过改变气门的正时、延续期及升程,来增大发动机的扭矩,提高发动机的输出功率及改善燃油经济性,同时满足越来越严格的排放法规要求。目前,各中高轿车均广泛采用可控式配气机构。如大家比较熟悉的丰田车的VVT-i、本田车的VTEC、宝马车的VANOS和Valvefronic、奥迪的可变凸轮正时张紧器等等均属于可控式配气机构。随着汽车工业的发展,未来,可控式配气机构将最终取代固定式配气机构,成为汽车发动机配气机构主流。
1、按照控制参数的不同,可控式配气机构技术分为以下四类:
a 可变气门相位式可控配气机构:即在气门开启持续期和升程曲线不变的前提下,只改变气门的开启时刻和关闭时刻,如图6-13所示
图6-13
b 可变气门相位与持续期式可控配气机构:即在改变气门正时的同时也改变了气门开启持续期,如图6-14所示
图6-19 BMW 叶片式双Vanos机构结构图
Vanos的工作过程:转子7通过螺栓与凸轮轴固定在一起,壳体1通过链条与曲轴连接。停机时,锁止销6以无压力的方式嵌入凹口锁止槽中,保证每次启动时凸轮轴随壳体1一起运动,使凸轮轴有确定的初始相位。调节相位时,润滑油首先进入凹口锁止槽中,将锁止销压回并释放转子。供油油路与液压腔11相通,向该腔中供油,回油油路与液压腔12相通,向外泄油,转子叶片9在压力差的作用下带动凸轮轴相对于壳体1转动,从而改变相位。反向调节时,供油及泄油与上述方向相反。由电磁阀控制供、泄油的方向,可在60°曲轴转角范围内连续调节凸轮轴相位。
图6-20与图6-21中以排气凸轮的VANOS机构为例,通过油压分布说明工作过程。油压分布用粉色箭头走向表示,回流管路(无压区域)用兰色的虚箭头表示。
图6—23 BMW Valvetronic气门升程调节机构
该机构在凸轮轴与气门之间增加了一个控制摇臂,并且在缸盖上增加了偏心轴,在偏心轴上设计了偏心轴齿轮,回位弹簧使得控制摇臂的小滚轮与偏心轴齿轮始终保持接触、大滚轮与进气凸轮始终保持接触,这样控制摇臂的运动由凸轮轴与偏心轴共同控制。凸轮轴通过控制摇臂的弧线面驱动滚轮-摇臂,进而控制气门运动。当偏心轴相位不变时,控制摇臂在进气凸轮轴的驱动下围绕某一个中心支点运作,控制摇臂弧线面发生作用的为弧线面的某一段区域。当伺服电机通过涡轮蜗杆机构驱动偏心轴旋转一定角度后,控制摇臂中心支点的位置就会发生变化,从而改变了控制摇臂弧线面发生作用的区域,进而改变了气门升程。
偏心轴可在0°-170°内连续调节,并且在偏心轴上安装了位置传感器,因此Valvetronic能准确地控制偏心轴的旋转角度,可在0.3-9.85mm范围内连续调节气门的升程。同时,可以用升程的变化实现对负荷的控制,实现无节气门的负荷控制方式,降低泵吸损失。
目前,宝马公司已经把这套机构年装备到了他的主流发动机机上,如以宝马745i,530i,330i为代表的直列6缸发动机及V型8缸发动机都装备了该机构,并与宝马双Vanos相互配合,成为以组合的方式对进气门正时和升程都可连续调节的可控式配气机构。新款本田的I –VTEC和新款丰田、凌志的VVTL-I也是以组合的方式,既可改变气门升程又可连续改变气门正时的,但i-VTEC和VVTL-I对气门升程的改变也只有两级变化,不能做到连续可变。
b 无凸轮轴的可变气门机构
b.1电磁驱动气门机构
图6-24为FEV公司的电磁驱动气门机构示意,该机构主要由电磁铁线圈1、2以及衔铁组成。线圈1、2均不通电时,气门在上、下弹簧的作用下保持半开半闭;如果线圈2通电而线圈1不通电,衔铁就会在线圈2电磁力的作用下带动气门克服弹簧的作用力向下运动,实现气门的开启;当线圈2断电后,气门在弹簧力的作用下向上运动,接近落座位置时,线圈1通电,以实现快速落座,此后线圈1继续通电,以保持气门的关闭。如此循环往复。该机构能实现气门正时、持续期和升程的独立控制,控制自由度较大。