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进气控制系统的检修奥迪AVS可变气门升程控制系统的检修
在气门交叠角控制方面一般是以VVT方式为主流,虽然各家公司叫法不同,但最早成熟推向市场的是丰田公司开发的VVT技术。在气门升程控制方面,目前分为升程全可控和阶段可控两种,由于专利限制、研发困难且成本较高,所以投入市场应用的种类并不多。全可控技术比较有代表性的是宝马公司的Valvetronic技术,日产公司的VVEL可变气门升程技术。而阶段性可控最著名的就是本田公司的VTEC技术,Audi的气门升程控制也属于这一类。
Audi公司推出的气门升程阶段可控技术简称AVS,该系统通过进气凸轮轴上低速和高速两种凸轮实现升程的控制,达到低速时良好的经济性及平顺性,高速时拥有更好的动力性。该系统已经应用在多款大众与奥迪车型上。
结构在进气凸轮轴前部是用于可变气门正时控制的凸轮轴相位调节器,与其他发动机的结构和功能类似,而气门升程控制依靠可在凸轮轴上滑动的凸轮块来实现。每个凸轮块上都有对应气门所需的大小凸轮,以实现对气门升程的控制。
传统型的凸轮与凸轮轴由于没有可调能力,凸轮与凸轮轴是过盈配合连接或是整体加工而成。为了要实现大小凸轮的切换,凸轮块必须能够移动,所以凸轮块与凸轮轴表面采用了花键连接,以使凸轮块在凸轮轴上滑动从而实现气门升程的切换。在该款发动机上凸轮块可移动约7.0mm。后部三角形凸轮则是FSI发动机的高压油泵驱动凸轮。
凸轮块结构和大小凸轮凸轮块的移动是依靠两个金属导销来实现的,这两个金属导销布置在气门室盖上,导销的伸出是由电磁阀来控制的,导销与电磁阀一体构成完整的电动控制器。对应两个金属导销,凸轮块上有两条螺旋形滑槽,在某一时刻只有一个导销能够对准滑槽起始端,电磁阀不通电时两个导销均在缩回状态,凸轮块保持一个稳定运行状态。
工作原理当需要切换大小凸轮时,初始状态为左侧导销对准滑槽(左侧滑槽起始端图上不可见,右侧导销对准的是滑槽后半段,所以图示是大凸轮工作状态),发动机ECU控制左侧电磁阀通电,左侧导销弹出,插入到螺旋形滑槽中。由于导销是固定的,而凸轮轴在旋转,导销对螺旋滑槽产生推力,从而迫使凸轮块向左侧移动,螺旋滑槽在接近末端时是逐渐变浅直至消失的,最终与滑槽外沿直径相同。旋转至滑槽末端时将导销推回原位(此时电磁阀已断电),从而完成了一次凸轮块移动,此时右侧导销对准了右侧滑槽,为下一次向右移动做好了准备,而左侧导销则无法对准滑槽。通过两个导销和凸轮块上的滑槽的配合,从而实现凸轮块的左右移动,完成大小凸轮的切换。从导销插入到被推回,只有在非工作状态时才能完成凸轮切换,所以AVS系统需要精确的转角控制,否则会导致金属销撞击凸轮块,干扰正常的气门工作,或导致移位时机械撞击甚至锁死,损坏调节机构。
凸轮块锁定与凸轮块在凸轮轴内有一个弹簧加载的钢球,配合凸轮块内侧的凹洞来锁定凸轮块,在凸轮块左右移动时,压迫钢球下沉,移动到位后钢球顶起实现锁定。凸轮块上的轴向轴承同时也有限位作用。
每个气门分别对应两个凸轮,如图4所示一个凸轮块上有两对凸轮,分别对应一个缸的两个气门,通过切换,能够在中低负荷时使用小升程凸轮实现平稳性和经济性,大负荷时使用大升程凸轮实现大功率。两组凸轮的型线也分别是针对两种工况设计的,以满足不同工况的需求。
这款发动机有一个特点,在小升程时两个气门的开启是不对称的,两个气门升程分别是5.7mm和2.0mm,同时两个气门的开启时间也不相同,两个小凸轮的工作角度也存在不同,而较小升程的凸轮与较大升程凸轮的开启时刻是一致的,但关闭时刻较大行程的晚一些,所以两者型线也不同。小凸轮之所以要这样设计,是可以在中低负荷时使吸入燃烧室的气体呈高流速和旋转运动状态,通过与FSI活塞顶面的特殊形状配合,可以形成圆筒状运动(滚流进气),使喷出的燃油获得更好的混合效果。这款发动机通过这种设计,取消了进气歧管翻板,简化了进气歧管结构。从大小凸轮型线也可以看出,大小凸轮的切换只是改变了气门升程而没有改变气门交叠角,气门交叠角的改变是依靠凸轮轴顶端的相位调整器来实现的,这也是该系统与本田VTEC系统在功能上的区别。
通过不同的凸轮设计,可以使AVS在不同场合发挥不同的功能。比如在涡轮增压发动机上,AVS被首先使用在排气侧,通过大小凸轮转换可以提高低转速时的排气速度,使涡轮增压器能够有更好的低转速响应性。在大排量发动机上,可以使用AVS系统的切换来实现闭缸技术,从而减少排放、提高经济性。由于采用了凸轮块滑动切换凸轮,总行程只有7.0mm左右,造成凸轮的宽度变小,所以相应的摇臂滚子宽度也变小,但气门驱动负荷并没有变。所以必须对摇臂滚子进行加强,增大滚针轴承直径和滚针直径,加厚轴承外圈的厚度,以应对增加的负荷。
凸轮块的调节机构凸轮块在凸轮轴上的滑动是依靠导销插入凸轮块上
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