相位调节VCP介绍-无logo.ppt
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1、2022/12/14Page 1连续可变凸轮相位调节器及其控制阀连续可变凸轮相位调节器及其控制阀(CVCPOCV)2022/12/14Page 2名词解释:名词解释:可变气门正时可变气门正时 (VVT,Variable Valve Timing)(VVT,Variable Valve Timing)连续可变凸轮相位调节器(连续可变凸轮相位调节器(CVCPCVCP,Continue Variable Cam Phaser)Continue Variable Cam Phaser)可变凸轮正时可变凸轮正时 (VCT,Variable Cam Timing)机油控制阀机油控制阀 (OCV,Oil C
2、ontrol Valve)2022/12/14Page 3CVCPCVCP知识介绍:知识介绍:一、功能及任务一、功能及任务 二、结构特点二、结构特点 三、三、工作原理工作原理 四、四、GN3 VCT介绍介绍2022/12/14Page 4一、功能及任务一、功能及任务 连续可变凸轮相位调节器(连续可变凸轮相位调节器(CVCP 或或VCP)用来改变配气机构的正)用来改变配气机构的正时。它可以根据控制系统的需要连续调节凸轮轴与曲轴间的相对相位关时。它可以根据控制系统的需要连续调节凸轮轴与曲轴间的相对相位关系,实现对配气相位的控制。根据发动机的具体结构和应用的不同,所系,实现对配气相位的控制。根据发动
3、机的具体结构和应用的不同,所使用使用VCP及其机油控制阀(及其机油控制阀(OCV)进行相位调节的策略也各不相同,具)进行相位调节的策略也各不相同,具体安装的位置和数量也各不相同。目前主要存在四种结构:进气凸轮相体安装的位置和数量也各不相同。目前主要存在四种结构:进气凸轮相位调节(位调节(ICP);排气相位调节();排气相位调节(ECP);进排气双等相位调节);进排气双等相位调节(DECP)和进排气双独立相位调节()和进排气双独立相位调节(DICP)。对于这四种策略而言,)。对于这四种策略而言,所获得的效果也是不同的。所获得的效果也是不同的。综合而言,通过综合而言,通过VCP及其及其OCV改变配
4、气相位,将有助于提升发动机改变配气相位,将有助于提升发动机效率、改进怠速稳定性并可提供更大的扭矩及功率,同时有助于提高燃效率、改进怠速稳定性并可提供更大的扭矩及功率,同时有助于提高燃油经济性并降低碳氢化合物(油经济性并降低碳氢化合物(HC)以及氮氧化物()以及氮氧化物(NOx)的排放。)的排放。2022/12/14Page 5系统概况图2022/12/14Page 61.1 相位调节的策略相位调节的策略 VCP功能的关键在于通过改变凸轮正时,进而实现对气门重叠角的控制。下面了解一下什么是气门提前角、滞后角和重叠角。u进气门或排气门在上止点或下止点后 到关闭时所对应的曲轴转角被称为气 门滞后角滞
5、后角。u进气门或排气门在上止点或下止点前 开启,所对应的曲轴转角被称为气门 提前角提前角。u在上止点范围内,进气门和排气门同 时开启,期间所对应的曲轴转角就是 气门重叠角重叠角。2022/12/14Page 7 根据发动机负荷状态对气门开关时机进行调节,从而达到最佳运动状态,增加输出功率,改善油耗。2022/12/14Page 81.2 CVCP对排放的改善对排放的改善1.2.1 改善NOx 的排放 氮氧化物的形成主要与以下三方面的因素有关:温度因素:高温环境促使混合气中通常比较稳定的氧分子和氮分子分解,有利于氮氧化物的生成。在高温中反应的时间:较长的燃烧过程为氮氧化物的生成提供了更多的时间。
6、氧气浓度:稀空燃比的混合气可以为氮氧化物的形成提供充分的氧气和氮气。在凸轮相位调节过程中,通过调节气门重叠角大小,可以控制吸入每缸中的废气再循环量,从而控制对新鲜混合气的稀释作用。稀释作用是一种在燃烧室内减少NOx生成的有效方法。2022/12/14Page 9 通过稀释作用,在未燃混合气中加入一定的废气量,废气是惰性的,只含有极少量的可燃物质,这样就增加了混合气的总热容量。当热容量提高时,使充入的混合气很难被加热,降低了燃烧的峰值温度。因为Nox的生成直接与燃烧温度相关,因此,进气稀释作用可以减少Nox的产生。在发动机中,用作进气稀释控制的废气主要有三种来源:稀释总量残余废气量内部稀释总量残
7、余废气量内部EGR外部外部EGR残余废气量残余废气量是指在排气行程结束后,残存在燃烧室空间内的已燃废气。内部内部EGR指在气门重叠期间内从排气歧管和进气歧管内被再次吸入的已燃气体。外部外部EGR指从排气管或排气歧管中被控制引入到进气歧管内的废气量。外部EGR是普通固定配气正时发动机中,减少NOx排放的传统方法。2022/12/14Page 101.2.2 改善碳氢化物的排放 碳氢化物的形成主要来自未燃烧的燃料。一般使用排放后处理设备,如催化转化器,把CH转化成无害物质(H2O,CO2,N2)。在排气行程结束时,废气中的CH浓度最高,CVCP使得这部分废气更多的被重新吸入到汽缸内再氧化,从而减少
8、了CH的排放。2022/12/14Page 111.3 CVCP与与EGR技术的比较技术的比较 在固定配气相位正时的发动机中,良好的怠速质量和稳定性需要较小的气门重叠角,而这对提供减少NOx生成所需的内部EGR量来说远远不足;如果重叠角增大,以提供发动机在高负荷时所需的大量内部EGR时,在怠速时汽缸内则进入了过多的废气,导致怠速恶劣,同时也增加了HC排放。降低压缩比也可以减少NOx,因为这样可以降低汽缸的峰值压力和温度,就可以在做功行程中减少NOx的生成。但是,减小压缩比将降低燃油经济性。而在装备VCP系统的发动机中,气门重叠角可以根据发动机不同的工况调整以提供适量的内部EGR。在怠速时,重叠
9、角调到最小状态,以保证怠速稳定,而在高负荷工况下,重叠角增大以提供足够的内部EGR减少Nox的排放。2022/12/14Page 12 而且在使用VCP 增大重叠角来减少NOx的同时,通过吸入排气冲程末端HC浓度最高的废气,再次燃烧,HC的排放水平也得以降低。在发动机正常工作不同工况时,进气的稀释量,在排气相位调节中通过滞后凸轮正时,在进气相位调节中通过提前凸轮正时来调节变化。由于引入的废气量直接由气门来控制,并不存在在外部EGR控制中出现的通过歧管分配废气带来的损耗现象。而且废气是直接进入各个汽缸中,汽缸间的分配更为平均。因此,这种通过对稀释作用控制的方法可以改进对瞬时空燃比控制。这些优点可
10、以使特定的发动机能够容纳更多的稀释量,从而获得更多的对燃油经济性和排放性能的改进。2022/12/14Page 13 综上所述,使用VCP技术对进气进行稀释控制与传统的外部EGR技术相比可以获得更多的优点:传统外部EGR技术在降低Nox的同时会增加HC的排放,使用VCP来控 制稀释作用,这样就避免了标定过程中,在燃油经济性,HC和NOx的 排放中作出牺牲,带来某一项性能的降低。外部EGR技术的损耗作用和各缸间分配不均现象以及过渡状态限制了高 稀释率的应用,这样并不能完全发挥稀释控制的作用。VCP技术没有这 种问题,可以有更高的稀释率,而获得更多的性能改进。2022/12/14Page 1420
11、22/12/14Page 152022/12/14Page 162022/12/14Page 172022/12/14Page 181.4 应用类型及优点应用类型及优点 目前主要存在以下四种应用策略,分别具有各自不同的特点,可以有不同的性能改进效果。排气相位调节,排气相位调节,ECP ECP的主要目标就是取代EGR系统,既改进稀释控制又没有EGR阀所带来的耐久性问题。排气可变凸轮相位调节可以在改进相等的NOx排放性和燃油消耗率的前提下,降低HC的排放。通过排气凸轮相位调节改变重叠角的大小,可以影响残余废气的比例,降低燃烧温度减少NOx。另外由于吸入了行程结束时HC含量最高的废气进行再氧化,所以
12、还可以减少HC的排放。排气凸轮相位调节同时也增加了有效膨胀比,改进了燃油转化效率。而且,由于进气门晚关延长了膨胀循环,进一步减少了HC的排放。ECP系统的使用,在怠速时,可以通过减少重叠角减少内部的EGR,这样可以改善燃烧,改善怠速性能。在发动机刚启动时,这也有利于减少催化转换器的预热时间。通常调节范围为40度到50度曲轴转角的VCP可以提供足够的稀释量以取代外部EGR系统。在发动机全负荷工况,提前ECP相位,有助于改进排放同时可以增加少量的扭矩和功率。2022/12/14Page 192022/12/14Page 20进气凸轮相位调节,进气凸轮相位调节,ICP ICP的应用在获得排放改善的同
13、时还可以提高发动机的动力性能。通过控制进气门的关闭时刻,可以优化发动机的扭矩特性:在发动机低速时,在压缩行程中,ICP控制进气门晚关角,使之较早关闭,可以减少排出进气门的新鲜混合气,这样可以使汽缸内吸进更多的混合气,产生更高的低速扭矩;当发动机转速提高时,进气歧管的调谐效应需要进气门保持更长的开启状态以吸入更多的气,ICP可以增大进气门的晚关角,提高高速时最大功率。总而言之,VCP可以用来优化进气门的关闭时刻,这样可以在整个转速范围内得到更好的扭矩特性。另外进气相位调节也可以减少HC的排放,原理与排气相位调节类似,通过吸入浓度最高的排气行程末端废气进行再循环来实现。改变进气门的正时会影响到发动
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