[发明专利]汽车发动机的气门无级升程控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机，具体是一种发动机的可变气门升程控制系统。

背景技术

发动机配气机构的功用是按照发动机每一汽缸内所进行的工作的循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进排气门，使新鲜充量得以及时进入汽缸，而废气得以及时排出。在发动机运转过程中，理论上当活塞运行到做功行程末端下死点的时候，排气门开启，废气开始排出汽缸，运行到排气行程末端上死点的时候，进气门开启，新鲜充量开始进入汽缸。但在实际情况中，由于气门并不能瞬间完全打开或关闭，在整个过程中存在着气门开启很小的情况，由于节流作用，会使进排气的阻力增加，使进排气不完全，从而影响发动机的工作状况。所以为了解决这个问题，进排气门必须提前开启一段时间和推迟关闭一段时间，以此来使进排气更充分。排气门在膨胀行程到达下死点前的某一曲轴转角位置提前开启，这一角度成为排气提前角；同理排气门在上死点后关闭的角度较排气门迟闭角；进气门提前开启的角度称为进气提前角；活塞到达下死点时，进气门并未马上关闭，而是推迟到下死点后某一曲轴转角才关闭，这个滞后角称为进气门迟闭角。恰当的气门提前角和迟闭角可以使发动机工作在一个最佳工作点，但是这个最佳角度也并不是一成不变的，随着发动机转速的变化这个最佳角度也是变化的，因此为了使发动机工作在最佳的工作点，必须使气门提前角和迟闭角随发动机转速的变化而变化。不仅如此随着发动机转速的提高，为了以最大程度减小流动阻力充分利用过后充气提高充量系数，也应该具有较大的气门升程，即随着发动机转速的提高，气门升程也要增加。

由传统的配气机构结构可知，由于传统的配气机构的凸轮等机构是固定不动的，因此传统的配气机构是无法实现气门提前角迟闭角和气门升程随转速提高而变化这一目的的，这就在一定程度上限制了发动机的工作，影响了发动机的性能，为了解决这一问题，在上个世纪九十年代，出现了很多技术，并且已经相对成熟，最具有代表性的就是丰田公司的VVT-i和本田公司的VTEC。

活塞的内、外表面上有螺旋形花键。活塞沿轴向的移动，会改变内、外齿轮的相对位置，从而产生配气相位的连续改变。   VVT外壳通过安装在其后部的剪式齿轮驱动排气门凸轮轴。   凸轮轴正时控制阀根据ECU的指令控制阀轴的位置，从而将油压施加给凸轮轴正时带轮以提前或推迟配气正时。发动机停机时，凸轮轴正时控制阀处于最延迟的位置。VT－i系统视控制器的安装部位不同而分成两种，一种是安装在排气凸轮轴上的，称为叶片式VVT－i。另一种是安装在进气凸轮轴上的，称为螺旋槽式VVT－i。两者构造有些不一样，但作用是相同的。

“VTEC”为英文“Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System”的缩写，中文意思为“可变气门正时及升程电子控制系统”。VTEC通过改变进气门开度来改变进气量，提高发动机扭矩。整个VTEC系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，及时调整进气门的开度和时间。在VTEC系统中，其进气凸轮轴上分别有三个凸轮面，分别顶动摇臂轴上的三个摇臂，当发动机处于低转速或者低负荷时，三个摇臂之间无任何连接，左边和右边的摇臂分别顶动两个进气门，使两者具有不同的正时及升程，以形成挤气作用效果。此时中间的高速摇臂不顶动气门，只是在摇臂轴上做无效的运动。当转速在不断提高时，发动机的各传感器将监测到的负荷、转速、车速以及水温等参数送到电脑中，电脑对这些信息进行分析处理。当达到需要变换为高速模式时，电脑就发出一个信号打开VTEC电磁阀，使压力机油进入摇臂轴内顶动活塞，使三只摇臂连接成一体，使两只气门都按高速模式工作。当发动机转速降低达到气门正时需要再次变换时，电脑再次发出信号，打开VTEC电磁阀压力开头，使压力机油泄出，气门再次回到低速工作模式。

    以上两种技术都可以有效的改善不同发动机转速下气门的开度和时间，从而改善发动机的性能，但是，这两种技术也有他们的不足之处，对于VVT-I来说，他只能控制气门开启的时刻，而无法改变气门的升程，所以效果有限；对于VTEC来说，它既控制了气门的开启时刻与持续时间也控制了气门的升程规律，但是，由于VTEC系统的气门升程和正时的变换动作明显将发动机的状态划分为两个阶段，它们之间的转换不够平滑，在VTEC系统启动前后发动机的表现截然不同，连发出的声音也不一样。