李曉娜

摘 要：為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，現(xiàn)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用了可變配氣正時(shí)和升程技術(shù)。大眾的AVS技術(shù)就是非常典型的可變配氣正時(shí)和升程技術(shù)。本文通過對(duì)此技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，找出其具體結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)、升程可變的方法，并對(duì)AVS技術(shù)在奧迪FSI發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣凸輪軸上的使用和大眾TSI發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凸輪軸上使用的現(xiàn)狀做出了對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；可變氣門升程；可變配氣正時(shí)；AVS技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.232

1 引言

用曲軸轉(zhuǎn)角表示的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣門開閉時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣正時(shí)，也稱配氣相位。如圖1所示，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，在進(jìn)氣、排氣行程中，進(jìn)、排氣門都是要早開晚關(guān)的。其中進(jìn)氣提前角是α、進(jìn)氣遲后角是β；排氣提前角是γ、排氣遲后角是δ，如圖1所示。

氣門升程是氣門開啟過程中被凸輪頂起的高度，如圖2所示。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣正時(shí)和升程可變的原因和實(shí)現(xiàn)方法分析

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，每個(gè)氣缸一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)留給吸氣和排氣的絕對(duì)時(shí)間也越短，因此要達(dá)到更高的充氣效率，就需要延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣和排氣時(shí)間。顯然，當(dāng)轉(zhuǎn)速越高時(shí)，要求的氣門重疊角度越大。但在低轉(zhuǎn)速工況下，過大的氣門重疊角則會(huì)使得廢氣過多的瀉入進(jìn)氣端，吸氣量反而會(huì)下降，氣缸內(nèi)氣流也會(huì)紊亂，此時(shí)ECU也會(huì)難以對(duì)空燃比進(jìn)行精確的控制，從而導(dǎo)致怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機(jī)構(gòu)只對(duì)低轉(zhuǎn)速工況進(jìn)行優(yōu)化，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的就無法在高轉(zhuǎn)速下達(dá)到較高的峰值功率。所以發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)都會(huì)選擇一個(gè)折衷的方案，不可能在兩種截然不同的工況下都達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下，要求的氣門正時(shí)和氣門升程也是不同的。發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)，為了獲得更大的功率，要求：氣門升程大；氣門開啟持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，進(jìn)氣遲后角要大。發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，要求：氣門升程?。粴忾T開啟持續(xù)時(shí)間短，進(jìn)氣遲后角要小。

發(fā)動(dòng)機(jī)配氣正時(shí)和升程可變的實(shí)現(xiàn)方法有：

（1）改變凸輪的形狀，進(jìn)而改變氣門升程和氣門開啟的持續(xù)時(shí)間。

（2）改變凸輪軸與曲軸的相位，進(jìn)而改變氣門開啟的時(shí)刻。

3 大眾AVS技術(shù)的特點(diǎn)

可變配氣正時(shí)的實(shí)現(xiàn)方法有很多種，各大汽車公司的技術(shù)手段都不盡相同，但主要目的是為了改變發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣正時(shí)和升程。

大眾的AVS技術(shù)首先用在奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣凸輪軸上，為了使進(jìn)氣凸輪軸上兩個(gè)不同的氣門升程之間能相互切換，凸輪軸上有 4 個(gè)可移動(dòng)的凸輪件 （帶有內(nèi)花鍵），如圖3所示。每個(gè)凸輪件上都裝有兩對(duì)凸輪，通過兩個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器對(duì)兩種升程進(jìn)行切換，電動(dòng)執(zhí)行器接合每個(gè)凸輪件上的滑動(dòng)槽，并移動(dòng)凸輪軸上的凸輪件，如圖4所示。

每個(gè)凸輪段使用兩個(gè)執(zhí)行器。一個(gè)執(zhí)行器使凸輪件從大凸輪調(diào)節(jié)到小凸輪，另一個(gè)執(zhí)行器以相反方向調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)槽的螺旋輪廓迫使凸輪段移動(dòng)到另一個(gè)位置，通過彈簧加壓球來進(jìn)行鎖緊，凸輪件的鎖止方法如圖5所示。

在低轉(zhuǎn)速時(shí)，氣門升程切換至小的進(jìn)氣凸輪輪廓，右側(cè)執(zhí)行器移動(dòng)金屬銷，它接合滑動(dòng)槽，凸輪件左移7mm，移至小凸輪輪廓，如圖6所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)，為達(dá)到最佳的充氣效率，進(jìn)氣門需要最大的氣門升程。為了實(shí)現(xiàn)此目的左執(zhí)行器被啟動(dòng)，凸輪件右移，移至大凸輪輪廓，如圖7所示。

AVS的一組小凸輪和一組大凸輪，都不是對(duì)稱的。小氣門升程是2mm和5.7mm；大的氣門升程是9mm和11mm，如圖8所示。氣門開啟是不對(duì)稱的。一方面是因?yàn)橥馆喌男螤钍沟靡粋€(gè)進(jìn)氣門比另一個(gè)進(jìn)氣門開啟得大（2mm和5.7mm），另一方面另一方面是因?yàn)檩^小凸輪外形的氣門開啟時(shí)間也是不同的。另外氣門小升程的凸輪形狀是按照讓進(jìn)氣門同時(shí)打開這一原則來設(shè)計(jì)的。但第二個(gè)氣門的關(guān)閉卻稍晚。再加上缸蓋中進(jìn)氣門特殊的遮蔽形狀，就可使得吸入燃燒室的氣體呈高流速和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。另外這些新吸入的氣體通過FSI-專用活塞形狀就形成了圓筒狀運(yùn)動(dòng)（滾流進(jìn)氣）。這種特殊的組合就使得噴射出的燃油獲得了極佳的混合效果。

4 結(jié)論

AVS技術(shù)通過移動(dòng)用滑動(dòng)花鍵安裝在凸輪軸上的凸輪件，可以實(shí)現(xiàn)大小兩組凸輪對(duì)兩個(gè)進(jìn)氣門的控制，進(jìn)而就改變了氣門升程和進(jìn)氣持續(xù)角。

在奧迪車上AVS技術(shù)是用在進(jìn)氣凸輪軸上的，通過產(chǎn)生進(jìn)氣渦流使混合和燃燒更充分；而在大眾邁騰、高爾夫、速騰等TSI的發(fā)動(dòng)機(jī)上，是用在排氣凸輪軸上的。在這些帶廢氣渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)上，由于進(jìn)氣采用了增壓技術(shù)，因此通過改變氣門升程來提高充氣效率變得意義不大。但是廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，由于廢氣流速低，而不能盡快帶動(dòng)同軸連接的壓氣機(jī)，這就是 “渦輪遲滯”現(xiàn)象。為了讓渦輪機(jī)盡快達(dá)到工作狀態(tài)，對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行加壓，所以在排氣凸輪軸上用了AVS技術(shù)，通過改變排氣的流通橫截面積，增大排氣流速，讓渦輪機(jī)盡快達(dá)到能讓壓氣機(jī)工作的轉(zhuǎn)速。所以一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速只有達(dá)到1500r/min才能使增壓器進(jìn)入工作狀態(tài)，但是使用了AVS技術(shù)的大眾發(fā)動(dòng)機(jī)在1200r/min時(shí)就可以讓壓氣機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，很好地改善了“渦輪遲滯”現(xiàn)象。

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