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大众EA111和EA112系列1.4L燃油分层直喷式汽油机(五)
来源:本站整理  作者:佚名  2013-03-14 07:14:28


 

六、具备汽缸切断功能的1.4L--TSI直喷式汽油机

    在部分负荷工况下切断部分汽缸是一种非常有前景的节能减排的途径,但现在仍然应用的很少。大众公司最新一代1.4L-TSI增压直喷式汽油机首次在直列4缸发动机上选用了这种技术,在适合使用这种技术的发动机特性曲线场范围内切断第2和第3汽缸进排气门的操纵,同时相应地停止喷油。

    新一代1.4TSI引汽油机选择汽缸切断技术的主要原因是,汽油缸内直接喷射有利于汽缸的切断,与进气道喷射不同,它能将换气和混合汽清晰地分开,因而避免了两者转换过程中的麻烦。另外,这种新机型具有良好刚性的铝汽缸体曲轴箱和轻量化的曲柄连杆机构(活塞、连杆和曲轴),为新技术的应用提供了极其有利的前提条件。与此同时,这种新机型在大众集团内的应用很广因此这种新技术能够被广泛地运用,而且能够在生产制造中达到最佳的组合效果。这种具备汽缸切断功能的最新一代1.4L-TSI增压直喷式汽油机首先应用于Polo运动型乘用车和Audi-A1乘用车上。

    这种新机型在设计过程中的要求是十分苛刻的,主要包括以下几个方面:①燃油耗达到2缸机的水平,而又要具备4缸机的运转的平稳性和相应的性能;②新欧洲行驶循环燃油耗要降低0.4L/100km;③城市交通的行驶燃油耗要降低1 L/100km,相当于降低了20%;④技术转换的成本能够被认可。

    1.4 L-TSI汽油机汽缸切断功能的应用标志着大众公司已经进入了一个新的技术领域。由于汽缸切断技术对控制振动激励提出了很高的要求,因此之前这种新技术在欧洲还从未在4缸机型上使用过。这种新机型的开发目标是发动机在每个运转工况点的振动水平要与大TSI汽油机相当,为此必须进行极其精细的工作。

1.结构转换和工作原理
    奥迪气门升程系统(AVS)作为气门机构可调技术已应用于各种不同的4缸和6缸发动机上,这种技术已按需要用来分两级改变进气门或排气门的升程。

    最新一代1.4L-TSI增压直喷式汽油机为了实现汽缸切断功能,应用了奥迪气门升程系统技术的工作原理,但必须应用一个双销执行器对其进行进一步开发,以便能够在最新一代1.4 L-TSI 4缸机型的结构空间中集成可调的控制功能(见图77)。零部件是由德国Wolfsburg的动力总成开发部门与Salzgitter制造厂的零部件开发部门共同设计的,并确定了制造工艺。除了制造成本低之外,高的机械可靠性和耐久性以及较轻的质量也是十分重要的,通过不断地减轻质量,并运用先进的模拟技术,能将过大的质量减轻到2kg左右。

    用于切断第2和第3汽缸的凸轮组件被设计成长度为68.65mm的可移动的内花键轴套(见图 78),并灵活地套在由C35R级调质钢制成的外花键心轴上,能够轴向移动6.25mm。这种具有24个齿的渐开线花键由齿侧面承载,凸轮组件上的内花键由拉削工艺制造成型,而花键轴则由加工成型。第1和第4汽缸的固定凸轮组件同样也是用花键啮合,组装时在花键轴上推入到位后,用1个圆柱销进行轴向定位。

    每个凸轮组件上有两组凸轮,各驱动两个进气门。每组凸轮中的两个凸轮片紧挨着并列排列,其中一个凸轮片具有常规的凸轮廓线,它可获得与标准发动机相同的气门升程曲线,而另一个凸轮片则具有360°基圆的零升程凸轮,它们的材料均采用1000r6类滚动轴承钢。转换滑环连接在凸轮组件的端部,它由42CrMo4合金钢制成。

      在转换滑环的外表面上铣削出Y形螺旋槽,集成在汽缸盖罩上的双销执行器的两个销嵌入螺旋槽中,这种结构型式是在奥迪气门升程系统的基础上发展而来的,而后者则是将分开的单销执行器分别作用于凸轮组件前后端的S形槽中,因此新的结构型式能够缩短凸轮组件的结构长度,这对于小型化的4缸1.4L汽油机十分必要。

      缩小的空间状况使Y形销槽的结构形式更紧凑,同时两个转换销之间的距离缩短,这是大众公司汽缸切断装置的另一个结构设计特点。对执行器的另一个要求是线圈组件的模块化结构型式。

    每个圆柱形转换销的直径为4mm,同样也是由滚动轴承钢制成,它的轴向行程为4.2mm。转换滑环外表面上的Y形螺旋槽轮廓确保了转换销始终单侧接触,这样就避免了转换销在槽中来回摆动。执行器被设计成双稳定系统,无论转换滑环的推入终端还是推出终端都是很可靠的,并且能牢固地定位,这样通过衔铁组件的电磁止点就能可靠地停止在两个终端位置上。

    机械转换过程发生在凸轮轴旋转半圈内,为了切断第2和第3汽缸,控制实施切断功能的转换销在槽中沿着斜面移动,将凸轮组件上的零升程凸轮推入,而将零升程凸轮的推出则由线圈的惯性转换来实现。机械转换过程的控制时间非常短,在72ms(1400r/min时)和28ms(4000r/min时)之间,取决于发动机的转速,这对衔铁组件脱离终端位置已经足够,此时转换销处于前端位置。

      当凸轮组件轴向移动结束时,转换销又被推回到推入端,这是通过位于螺旋槽末端的止推斜面发生的,同时在执行器内产生了一个止推力,它被发动机电控单元采集用来进行评估,并被用于汽缸切断系统的诊断,这样的设计方案能够取消附加的用来证实转换过程成功的传感器。

      一旦第2和第3汽缸的凸轮组件抵达其切断汽缸的终端位置,它就被弹簧力控制的钢球锁定。系统处于该状态时,零升程凸轮廓线在滚轮摇臂上转动,气门弹簧使进排气门保持关闭状态,此时气门机构的驱动力矩大约减小一半。

    为了结束部分汽缸切断状态以恢复所有汽缸的正常工作,控制转换销退出切断汽缸的位置,使凸轮组件向其原始位置返回移动。一旦这种轴向移动结束,转换销就被螺旋槽末端的止推斜坡恢复到执行器的原始位置,此时滚轮摇臂又重新按照正常凸轮的完整廓线运动。

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