配气相位与可变配气相位机构
第三章 配气机构
概述 配气相位 配气机构的组成和零件 可变配气相位
§3.1
功用
概
述
按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求， 定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或 空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。
配气结构的要求
1、配气机构要保证进气充分，进气量尽可能的多。 2、废气要排除的干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量就 会越少。 3、 配气机构应有利于减少进气和排气的阻力，进、排气门的 开启时刻和持续开启时间很恰当，使近期充分和排气彻底。 4、配齐机构的运动件应具有较小的质量和较大的刚度，使其具 有良好的动力性能。
边缘应保持一定 的厚度，1～3mm。 装配前应将密 封锥面研磨。
2） 气门锥角的作用
就向锥形塞子可以塞紧瓶口一样， 能获得较大的气门座合压力，以提高 密封性和导热性； 气门落座时有自动定位作用； 避免气流拐弯过大而降低流速； 气门落座时能挤掉接触面的沉积物， 即有自洁作用。
3） 进、排气门锥角的大小 进气门锥角较小，多用300。因锥角越小， 进气通道截面越大，进气量越多。 排气门锥角较大，通常为450。因锥角越 大，气门头部边缘的厚度大，不易变形。 排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加 强散热和避免受热变形。且锥角越大，座 合压力越大，自洁作用越大。
特点： A、气门行程大，结构 较复杂，燃烧室紧凑。 B、曲轴与凸轮轴传动 比为2:1。
2、气门侧置式
进排气门都布置在气缸 的一侧，结构简单、零件数 目少。
气门布置在同一侧导致 燃烧室结构不紧凑、热量损 失大、进气道曲折、进气阻 力大，使发动机性能下降， 已趋于淘汰。
二、凸轮轴的布置型式
四种形式的可变配气机构 2
汽车新技术
27
汽车新技术
ECU是用不同的电流值，调节滑阀的位置，随发动机工况的变 化，有“保持〞、“提前〞、“迟后〞等状态。例如：“提前状态 〞时，控制油道使油腔1、3、5、7充油；油腔2、4、6、8泄油， 转子和进气凸轮轴右旋转动一定角度，进气门即早开启。又如： “迟后状态〞时，控制油道转换，油腔充油和泄油那么按相反顺 序工作。
汽车新技术
6
试验证明： 两种进气迟后角的充气效率 〔ηv〕和功率〔Ne〕变化 规律是： 〔1〕升高迟后。 〔2〕高速时—越过2300~ 2500r/min后，晚关60°的 ηv和Ne，明显优于40o的相 位角。 〔3〕有一个转折点α，这 就是可变配气相位的控制点 〔VTEC起作用的始点〕。
汽车新技术
11
汽车新技术
３．3个摇臂靠近气门一侧制有柱塞孔，孔中有靠油压控制滑动柱 塞，以便锁止联动。 ４．控制油压由ECM的电磁阀控制，其线圈的电阻值为14～30Ω， 投入工作时，油压为250kPa以上，使柱塞移动锁止摇臂。
12
汽车新技术
５．VTEC机构投入工作时，在油压作用下，压力开关断开，给 ECM一个反响信号，确认凸轮已转换工作。如油压低于标准值 49kPa时，压力开关闭合，5v搭铁电压信号即报警。 6.在大负荷、低转速工况工作时，如 VTEC机构不及时投入工作， 充气效率和进气涡流速度降低，会发生轻微爆燃〔如爬坡时〕。
19
汽车新技术
VVT—i〔Variable Valve Timing intelligent〕智能 可变气门正时系统，用来控制进气凸轮轴在40°角范 围内，自动保持最正确的气门正时，以适应发动机工 作状况的需要，实现了在所有速度范围内，使配气相 位智能化的变化〔保持、提前、迟后〕。从而，提高 了发动机的扭矩和燃油经济性及净化性。
配气相位
（三）进气门的配气相位 • 1.进气提前角α
• 2.进、排气错乱的问题：
气门叠开不会产生废气倒 排回进气管和新鲜气体随 废气排出的问题。其原因 是由于叠开时气门的开度 较小，且新鲜气体和废气 流的惯性要保持原来的流 动方向，所以只要叠开角 适当，就不会产生废气倒 排回进气管和新鲜气体随 废气排出的问题。发动机 的结构不同、转速不同， 配气相位也就不同。
汽修专业许平
上节回顾
• 配气机构功用 • 组成 • 充气效率
课题引入
• 发动机转速 • 燃油价格 • 排放标准
一、配气相位
• 1、概念
• 用曲轴转角表示的进 排气门从开启到关闭 时刻和开启持续的时 间, 称为配气相位。 • 配气相位的各个角度 可用配气相位图来表 示。
（一）理论上的配气相位分析
配气相位演示
• 进排气的配气相位演示图 →
10°~30 °
40°~80 °
40°~80 ° 10°~30 °
配气相位对发动机性能的影响
• 1、气门叠开角
• 进气提前角增大或排气迟后角增大使气门重 叠角增大时，会出现废气倒流、新鲜气体随废气 排出的现象，不但影响废气的排出量和进气的充 气量大小，对于汽油机来说，还会造成燃料的浪 费。相反，若气门重叠角过小，又会造成排气不 彻底和进气量减少。
排气门配气相位的目的
• 1.排气门早开： • ①利用气缸内的废气压力 提前自由排气：恰当的排 气门早开，气缸内还有大 约300kPa~500kPa的压力， 作功作用已经不大，可用 它使气缸内的废气迅速地 自由排出。 • ②减少排气消耗的功率： 提前排气，等活塞到达下 止点时，气缸内只剩约 110kPa~120kPa的压力，使 排气冲程所消耗的功率大 为减小。 • ③高温废气的早排，还可 以防止发动机过热。
汽车智能技术专业《配气相位4》
任务配气相位认知与检查1 配气相位配气相位为用曲轴转角表示的发动机进、排气门实际关闭时刻和开启持续时间。
通常用相对于上、下止点曲轴位置的曲轴转角的环形图来表示，此图即为配气相位图，如图5-27所示。
理论上，四冲程发动机的进气门应在曲轴处于上止点位置时开启，到下止点位置时关闭，排气门应在曲轴处于下止点位置时开启，到上止点位置时关闭。
但由于现代发动机转速很高，一个行程经历的时间很短〔如上海桑塔纳的四冲程的发动机，在最大功率时的发动机转速达5600r/min，那么一个行程的时间只有〕。
这样短时间的进气和排气过程将使发动机充气缺乏或者排气不彻底，使发动机功率下降。
为保证发动机气缸的进气充分和排气彻底，要求气门有尽可能大的通过能力，故气门的实际开启时间、关闭时间不是恰好在曲轴位于上、下止点，而是适当的提前或延迟。
图5-27 配气相位图2 进气门与排气门的配气相位发动机实际工作过程中，在活塞上行到排气行程上止点之前，进气门便开始开启，从进气门开始开启到活塞移动到排气行程上止点所对应的曲轴转角，称为进气提前角。
进气门提前开启的目的是保证进气行程开始时气门开度能足够大，减小进气阻力，新鲜混合气能够顺利充分的进入气缸。
发动机在实际工作时，活塞在进气行程下止点过后又上行一段，进气门才关闭。
从活塞位于进气行程下止点到进气门完全关闭所对应的曲轴转角，称为进气迟后角。
进气门延迟关闭的目的是，当活塞到达气缸上止点时，能利用气流的惯性和压力差继续进气，使进气充分。
发动机在实际工作时，活塞到达做功行程下止点之前，排气门便开始开启。
从排气门开始开启到活塞移动到做功行程下止点所对应的曲轴转角，称为排气提前角。
当做功行程活塞接近下止点时，排气门提前开启，利用气缸内的较高气压使大局部废气迅速排出，减少排气阻力，降低排气过程中的功率消耗。
高温废气的迅速排出，还可以防止发动机过热。
发动机运转时，活塞在排气行程上止点过后又下行一段，排气门才关闭。
配气机构的组成和配气相位
配气相位
配气相位
配气相位的必要性： （1）因发动机转速高，气门开启的理论持续时间极短。例如四冲 程发动机转速3000r/min时，一个行程时间只有0.01s。
（2）气门开启需要一个过程，气门全开时间就更短。在这样短的 时间内，难以做到进气充分和排气干净，因此实际发动机的进、 排气门都要早开和晚关，气门开启的持续角都大于1800。
维持气门关闭。
配气机构的组成
气门传动组
摇臂 调整螺钉及锁紧螺母 摇臂轴 摇臂轴支架 推杆
气门挺柱 凸轮轴 凸轮轴正时齿轮
驱动气门使气门打开。
配气机构的组成
摇臂轴
凸轮
凸轮轴正 时齿轮
凸轮轴
斜齿轮
摇臂
推杆 挺柱
配气机构的类型
配气机构的类型
按凸轮轴位置不同可分为凸轮轴下置式，凸轮轴中置式及凸轮上置式三种。
齿轮传动
张紧装置
导链板
链条传动
齿形带传动
配气机构的驱动方式
齿轮传动： 用于凸轮轴下置式配气机构中； 一对正时齿轮传动，距离较远时 加入惰轮；
正时齿轮上有正时记号，保证配气 正时，装配时应对齐；
正时齿轮多为斜齿轮，传动平稳。
正时记号
齿轮传动
配气机构的驱动方式
凸轮轴正时齿轮 曲轴正时齿轮
曲轴正时齿轮→凸轮轴正时齿轮
配气相位
为了能提高充气效率，实际发动机都采用延长进、排气时间，使气门早开
晚关，以改善进、排气状况，提高发动机的动力性。
上止点
配气相位：用曲轴转角表示的进、 排气门开闭时刻和开启持续时间， 称为配气相位。
配气相位图：表示进、排气门 的实际开闭时刻的环形图称为 配气相位图
下止点
配气相位
四种形式的可变配气机构 2
三、工作原理：
1、怠速工况—转速较低，混合气流速慢，进气提前 角应较小，使进气重叠角减小，以防止发动机回火。 为此，电磁阀的控制电流较小，磁吸力较小，使滑 阀应处于“保持状态”，油道内无油压，锁销处于 锁止状态，进气门不提前开启，保证怠速平稳运转。
2、中等负荷工况—转速较高，混合气流速加快，惯性 能量较大，进气门应早开，加大重叠角，可使废气排 出量加大，提高容积效率。滑阀应处于“提前状态”， 以加大发动机的扭矩值。为此，电磁阀的电流随之加 大，滑阀在较大的磁吸力作用下，可左移到极限位置， 出油孔和回油孔随动开启。使转子右旋转，进气门开
（一）构造—它是在液压紧链器的基础上，加装了用ECU 控制的电磁阀，形成了一个“配气相位调节总成”部件。
只能对进气凸轮轴进行调 整。排气凸轮轴被曲轴正 时齿带驱动，不能调整。 进气凸轮轴通过正时链条 被排气凸轮轴驱动。 凸轮轴调整是通过电控液 压活塞将油压作用于链条 张紧器来完成的。凸轮轴 调整机构的工作油路与气 缸盖上的油道相通。
启程度随之加大，最大可达40° 曲轴转角。
3、大负荷工况—转速相对降低，混合气流速变慢，应使进气门早 开程度减小，以防止发动机回火，用加大晚关程度来加大扭矩值。 为此，电磁阀不通电，不产生磁吸力，滑阀在其弹簧的作用下，被 推到右端极限位置。其出油道和回油道反向转换，转子反向左转， 进气门早开程度减小，滑阀应处于“迟后状态”，保证了发动机扭
丰田车系
智能可变气门正时系统(VVT—i系 统)
VVT—i（Variable Valve Timing intelligent）
智能可变气门正时系统，用来控制进气凸轮轴在 40°角范围内，自动保持最佳的气门正时，以适应 发动机工作状况的需要，实现了在所有速度范围内， 使配气相位智能化的变化（保持、提前、迟后）。从 而，提高了发动机的扭矩和燃油经济性及净化性。
可变配气相位
三、宝马（BMW's variable valve travel）
宝马的控制机构是由电机 驱动的，电机通过蜗杆传 动齿轮，然后由齿轮上的 凸轮带动摇臂运动来改变 摇臂的控制角，然后在凸 轮轴的驱动下由摇臂带动 气门运动。所以通过改变 摇臂的角度就可以改变气 门的行程了。由于是通过 电机控制的，所以可以在 一定区域内做无段级调节 气门开度。
方法：排气门早开是为了在气压较大时排干净，而排 气门晚关也是为了利用惯性排气。
由于进气门早开和排气门晚关，致使活塞在上止点附 近出现进、排气门同时开启的现象，称其为气门重叠。
气门重叠大小对发动机带来的影响
气门重叠角小：发动机在低速的时候可以获得较大的进气量， 能在低速时发挥出较大的扭矩。而在高速时发动机无法获 得较大的充气量，导致无法获得较大的功率，气门重叠角 过小时，发动机在高速时会熄火。
气门重叠角大：发动机在低速时无法获得较大的进气量，而 导致在低速运转时无法获得较大的转矩。而在高速时发动 机却能获得较大的充气量，使发动机能够发挥出较大的功 率. 配气相位使得气门开启和关闭时间成为一个定值，无法 改变，这也就意味着发动机只能在低速或者高速时发出较 大的转矩或者较大的功率。
新技术
近几十年来，基于提高汽车发动机动力性、经济性和降 低排污的要求，许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大 量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技 术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展 和完善阶段，有可能成为未来内燃机技术的发展方向。
二、本田（VTEC）
结构：
VTEC不工作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂缸内，和 中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂油缸内，次同步活 塞和弹簧一起则位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和液力油 道相通，液力油来自工作油泵，油道的开启由ECM通过VTEC 电磁阀控制。
配气相位名词解释
配气相位名词解释配气相位是内燃机中配气机构的一种工作状态，指进、排气阀门的开启和关闭时间以及进、排气阀的开启程度。
具体来说，配气相位包括进气相位和排气相位。
进气相位是指进气阀门打开和关闭的时间以及进气阀门的开启程度。
在内燃机的工作循环中，进气相位的目标是在适当的时间点打开进气阀门，使气缸内形成适当的吸气压力，以保证燃油能够完全燃烧。
进气相位的调整可以影响进气道温度、压力和流速，从而改变气缸内的气体组成和运动状态，进而影响燃烧过程和发动机的性能。
排气相位是指排气阀门打开和关闭的时间以及排气阀门的开启程度。
在内燃机的工作循环中，排气相位的目标是在适当的时间点打开排气阀门，使已燃烧的废气能够及时排出气缸，为新鲜的燃料-空气混合物的进入创造条件。
排气相位的调整可以影响排气道温度、压力和流速，从而影响气缸内废气的排除能力和排放污染物的成分。
配气相位的调整是通过改变凸轮轴的凸轮形状和凸轮轴与曲轴的相对位置来实现的。
凸轮形状的改变可以影响进、排气阀门的开启时间和开启程度，进而改变气缸内的气体组成和运动状态。
凸轮轴与曲轴的相对位置的改变可以改变进气相位和排气相位的相对位置，进而影响气缸内的气体流动和压力变化。
配气相位的调整可以根据发动机需要来进行优化。
比如，通过适当提前进气相位，可以增加进气道流速和进气压力，有利于增强气缸内的搅拌效应，提高燃烧效率和动力输出；通过适当延迟排气相位，可以延长排气过程，增加废气排出时间，有利于排除废气和降低排放污染物。
总之，配气相位是内燃机中配气机构的一种工作状态，通过调整进、排气阀门的开启和关闭时间以及开启程度，可以改变气缸内的气体组成和运动状态，进而影响燃烧过程和发动机的性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
⑦气门重叠：在某一时间内，进气门、排气门同时开启的现 象。
⑧气门重叠角α+δ ：气门重叠时的曲轴转角。
气门重叠与气门重叠角
1.气门重叠：当进气门早开和排气门迟关时，出现的进排气 门同时开启的现象。
2.气门重叠角：气门同时开启的角度（+ ）。
气门重叠角
排气过程
进气过程
配 气 相 位 示 意 图
位，增大进气 地利用高转速时的气流惯
迟闭角；提前 性，充分进行过后充气，
排气门相位， 提高充气效率；排气门相
增大排气提前 位提前，满足发动机高速
角
时动力性的要求
适当推迟排气 推迟排气相位，充分利用 相位，减小排 燃烧压力；进气门相位提 气提前角；提 前，提高充气效率，减小 前 进 气 门 相 位 ，泵气损失，使发动机获得 减 小 进 气 迟 闭 最大转矩。 角
进气侧凸轮正时提前示意图
配气相位保Hale Waihona Puke 示意图进气侧凸轮正时延迟示意图
（4）Dual VVT-i机构在不同工作情况下实现的正时功能
怠速、轻 载、低温 和起动
中等负荷 时
进气门相位延迟，排 防 止 出 现 缸 内 气门相位提前，减小 新 鲜 充 量 向 进 进排气门的重叠角， 气 管 的 倒 流 ，
配气相位动态演示
二、 可变配气相位机构
1.发动机双智能可变气门正时机构（Dual VVT-i） （1）Dual VVT-i机构组成及控制原理
Dual VVT—i机构控制原理
（2）Dual VVT-i机构的结构
VVT-i控制器
进气侧凸轮轴正时机油控制阀
（3）Dual VVT-i机构工作原理
配气相位与可变配气相位机构
发动机的配气相位
配气相位角：
①进气提前角α ：一般为：10º-30º ②进气迟后角β ：一般为：40º-80º ③进气持续角：进气门开启持续时间的曲轴转角。
180º+α+β ④排气提前角γ ：一般为：40º-80º ⑤排气迟后角δ ：一般为：10º-30º ⑥排气持续角：排气门开启持续时间的曲轴转角。
2. 发动机的可变气门控制机构（VTEC）
（1）VTEC机构的结 构
1.正时板；2.中间摇臂；3.次摇臂；4. 中间同步活塞；5.主同步活塞；6.正时 活塞；7.进气门；8.主摇臂；9.凸轮轴
1.正时活塞；2.正时活塞弹簧；3.主 同步活塞；4.中间同步活塞；5.次摇
臂；6.中间摇臂；7.主摇臂
摇臂组件
气门可变驱动机构结构
（2）VTEC机构的工作原理 VTEC机构的控制原理
1.主凸轮；2.中间凸轮；3.次凸轮；4.主 摇臂；5.中间摇臂；6.次摇臂；7.正时 活塞；8.主同步活塞；9.中间同步活塞 10.次同步活塞；11. 次同步活塞弹簧
VTEC机构低速工作
1.中间摇臂；2.中间凸轮
VTEC机构高速工作
使混合气稳定 燃烧，增加低 速转矩，提高 燃油经济性和 环保性
进气门相位提早， 让部分废气 排气门相位延迟， 倒流入进气管， 使气门重叠角增大 降低NOX 排放，
另外能降低发 动机泵气损失， 提高了发动机 的动力，改善 了燃油经济性
高速、 重载工 况时
中转速、 大负荷 时
推迟进气门相 增大进气迟闭角最大程度