大众公司对V型发动机进行了改进,推出了最新的奥迪气门升程系统( Audi ValvelifAVS),从而大大降低了油耗(可降低7%)。新款大众直喷车型也采用此气门升程系统。AVS与本田可变气门VTEC系统相似通过排气凸轮轴上的电子气门升程切换以及进气和排气凸轮轴上的可变气门正时,实现了对每个气缸气体交换的优化控制。较小的凸轮轮廓仅用于低转速,何时使用凸轮轮廓以及使用哪个凸轮轮廓,均存储在图谱中,其气门升程的变化如图3-42所示。
此功能有以下好处:优化气体交换:防止废气回流到之前的180°排气缸;入口打开时间更早,填充程度更佳;通过燃烧室内的正压差减少余气;提升响应性;在较低转速和较高增压压力下达到更高的扭矩。
1.AVS的结构(图3-43）。
为了在排气凸轮轴上两个不同的气门升程之间相互切换,此凸轮轴有4个可移动的凸轮件(带有内花键)。每个凸轮件上都装有两对凸轮,其凸轮升程是不同的。通过电执行器对两种升程进行切换。电执行器接合每个凸轮件上的滑动槽,并移动凸轮轴上的凸轮件。这表明,每个凸轮件有两个执行器用于在两种升程之间来回切换。凸轮轴中的弹簧加载式球体将凸轮件锁定在其各自的端部位置。凸轮轴的滑动槽和轴向推力轴承会限制凸轮件的移动。因为设计包含了凸轮轴上的一对凸轮,所以滚轮摇臂棘爪的接触面更窄小。
2凸轮块(图3-44)。
用于气门升程切换的执行器在两个电执行器(气缸1~4的排气凸轮执行器A/B)的辅助下,每个凸轮件在排气凸轮轴上在两个切换位置之间被来回推动。每个气缸的一个执行器切换到更大的气门升程,另一个执行器切换到更小的气门升程。每个执行器由发动机控制单元(J623)的接地信号启动。通过主继电器(J271)提供电压。执行器的电流消耗约为3A。
3.气门升程调节执行元件(图3-45)设计每个执行器(气缸1~4的排气凸轮执行器A/B)都包含一个电磁线圈。金属销通过导管被向下移。在收缩位置和伸展位置,金属销通过一个永磁铁被固定在执行器壳体中的相应位置。
功能:当电流通过执行器电磁线圈时,金属销在18-2ms内被移动。伸展的金属销接合到排气凸轮轴上凸轮件的相关滑动槽中,并通过凸轮轴旋转推动滑动槽到相应的切换位置。销通过机械方式在滑动槽(相当于一个复位斜面)的作用下缩进去。凸轮件的两个执行器被启动时,总是只有一个执行器上的金属销移动,如图3-46所示。
发动机控制单元根据重置信号得知金属销的当前位置。当复位斜面推动执行器的金属销回到元件的导管中时,生成一个重置信号。发动机管理系统可根据哪个执行器发出重置信号来确定相关滑动装置的当前位置,如图3-47所示。
4.气门切换工作原理。
①在较低发动机转速范围内的凸轮轴位置如图3-48所示。
为了使这个负载范围内的气体交换性能更佳,发动机管理系统通过凸轮轴调节器将进气凸轮轴提前,将排气凸轮轴延迟。气门升程切换至更小的排气凸轮轮廓,而且右侧执行器移动金属销。它接合滑动槽,并将凸轮件移至小凸轮轮廓,如图3-49所示。
气门沿着较小的气门轮廓上下移动。两个小凸轮的位置在某种程度上是交错的,确保气缸两个排气门的开启时间是错开的。这两项措施会导致在废气被从活塞中排到涡轮增压器中时,废气气流的脉动减小,从而可在低转速范围内达到较高的增压压力。
②部分负载和全负载下的凸轮轴位置如图3-50所示驾驶员踩加速踏板,并从部分负载改变为全负载,气缸内的气体交换必须适应更高的性能需求。发动机管理系统通过凸轮轴调节器将进气凸轮轴提前,将排气凸轮轴延迟。为达到最佳的气缸填充性能,排气门需要最大的气门升程。为了实现此目的,左执行器被启动,由左执行器移动其金属销,如图3-51所示。
金属销通过滑动槽将凸轮件移向大凸轮,排气门以最小的升程打开和关闭。凸轮件也通过凸轮轴中的弹簧加载式球体被固定在此位置。
5.出现故障时系统的表现。
如果一个或多个执行元件失效了,那么发动机控制单元首先会多次试图去切换到另一个凸轮轮廓形状。如果无法实现这个调整,那么这个无法调节的凸轮件就保持原位。
其他的凸轮件都会切换到较大的凸轮轮廓上,在发动机的整个工作过程中,这些凸轮件都保持在这个位置上。
针对出故障的执行元件,会有一个相应的故障记录。在下次启动发动机时,仍会试图调整所有的凸轮件。
需要检查和评估两个切换状态,可以听到系统的这个检查过程。每次发动机启动后都会执行这个检查过程,如果该系统失效了,会有一个相应的故障记录。根据故障的性质情况,敏感的”驾驶员可能会觉察出发动机息速有轻微抖动,或者在加速时发动机的响应特性发生了变化。
由于该系统出故障时废气排放情况并未变差,且也未出现真正影响行驶性能方面的缺陷,所以电子油门故障指示灯K132和废气警告指示灯K83都不会亮起,但是会有相应的故障记录。
6.AVS两级气门升程系统实现(图3-52)。
在发动机高负载的情况下,AVS将凸轮向右推动使角度较大的凸轮得以推动气门顶杆;在此情况下,气门升程可达到11mm,以提供燃烧室最佳的进气流量和进气流速,实现更加强劲的动力输出。而在发动机低负载的情况下,为了追求发动机节油性能,此时AVS则将凸轮推至左侧,以较小的凸轮推动气门顶杆。此时气门升程可在2-5.7mm之间进行调整,由于采用不对称的进气升程设计,因此空气以螺旋方式进入燃烧室;在搭配特殊外廓的燃烧室和活塞头设计时,可让气缸内的油气混合状态进一步优化,AVS可以在700~4000r/min转速之间工作,AVS的最大优点在于可降低7%的油耗。特别是以中转速域进行定速巡航时,AVS的节油效果最为明显。在AVS的辅助下,气缸的进气流量控制程度较以往更为精准。一般发动机仅由节气门来控制进气流量,在低负载的情况下,节气门不完全开启所形成的空气阻力,往往会造成不必要的损失。而应用AVS后,即便在低负载的情况下,节气门也能维持全开,由AVS精确控制进气流量。
