大眾AVS技術(shù)解析

李曉娜

摘 要：為了提高發(fā)動機的充氣效率，進而提高發(fā)動機的功率，現(xiàn)在汽車發(fā)動機普遍采用了可變配氣正時和升程技術(shù)。大眾的AVS技術(shù)就是非常典型的可變配氣正時和升程技術(shù)。本文通過對此技術(shù)特點和應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，找出其具體結(jié)構(gòu)和發(fā)動機正時、升程可變的方法，并對AVS技術(shù)在奧迪FSI發(fā)動機進氣凸輪軸上的使用和大眾TSI發(fā)動機排氣凸輪軸上使用的現(xiàn)狀做出了對比分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機；可變氣門升程；可變配氣正時；AVS技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.232

1 引言

用曲軸轉(zhuǎn)角表示的發(fā)動機進排氣門開閉時刻和持續(xù)時間，稱為發(fā)動機的配氣正時，也稱配氣相位。如圖1所示，為了提高發(fā)動機的充氣效率，進而提高發(fā)動機的功率，在進氣、排氣行程中，進、排氣門都是要早開晚關(guān)的。其中進氣提前角是α、進氣遲后角是β；排氣提前角是γ、排氣遲后角是δ，如圖1所示。

氣門升程是氣門開啟過程中被凸輪頂起的高度，如圖2所示。

2 發(fā)動機配氣正時和升程可變的原因和實現(xiàn)方法分析

發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，每個氣缸一個工作循環(huán)內(nèi)留給吸氣和排氣的絕對時間也越短，因此要達到更高的充氣效率，就需要延長發(fā)動機的吸氣和排氣時間。顯然，當(dāng)轉(zhuǎn)速越高時，要求的氣門重疊角度越大。但在低轉(zhuǎn)速工況下，過大的氣門重疊角則會使得廢氣過多的瀉入進氣端，吸氣量反而會下降，氣缸內(nèi)氣流也會紊亂，此時ECU也會難以對空燃比進行精確的控制，從而導(dǎo)致怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機構(gòu)只對低轉(zhuǎn)速工況進行優(yōu)化，那么發(fā)動機的就無法在高轉(zhuǎn)速下達到較高的峰值功率。所以發(fā)動機的設(shè)計都會選擇一個折衷的方案，不可能在兩種截然不同的工況下都達到最優(yōu)狀態(tài)。

發(fā)動機不同工況下，要求的氣門正時和氣門升程也是不同的。發(fā)動機高速時，為了獲得更大的功率，要求：氣門升程大；氣門開啟持續(xù)時間長，進氣遲后角要大。發(fā)動機低速時，要求：氣門升程??；氣門開啟持續(xù)時間短，進氣遲后角要小。

發(fā)動機配氣正時和升程可變的實現(xiàn)方法有：

（1）改變凸輪的形狀，進而改變氣門升程和氣門開啟的持續(xù)時間。

（2）改變凸輪軸與曲軸的相位，進而改變氣門開啟的時刻。

3 大眾AVS技術(shù)的特點

可變配氣正時的實現(xiàn)方法有很多種，各大汽車公司的技術(shù)手段都不盡相同，但主要目的是為了改變發(fā)動機的配氣正時和升程。

大眾的AVS技術(shù)首先用在奧迪發(fā)動機的進氣凸輪軸上，為了使進氣凸輪軸上兩個不同的氣門升程之間能相互切換，凸輪軸上有 4 個可移動的凸輪件 （帶有內(nèi)花鍵），如圖3所示。每個凸輪件上都裝有兩對凸輪，通過兩個電動執(zhí)行器對兩種升程進行切換，電動執(zhí)行器接合每個凸輪件上的滑動槽，并移動凸輪軸上的凸輪件，如圖4所示。

每個凸輪段使用兩個執(zhí)行器。一個執(zhí)行器使凸輪件從大凸輪調(diào)節(jié)到小凸輪，另一個執(zhí)行器以相反方向調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)槽的螺旋輪廓迫使凸輪段移動到另一個位置，通過彈簧加壓球來進行鎖緊，凸輪件的鎖止方法如圖5所示。

在低轉(zhuǎn)速時，氣門升程切換至小的進氣凸輪輪廓，右側(cè)執(zhí)行器移動金屬銷，它接合滑動槽，凸輪件左移7mm，移至小凸輪輪廓，如圖6所示。

發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，為達到最佳的充氣效率，進氣門需要最大的氣門升程。為了實現(xiàn)此目的左執(zhí)行器被啟動，凸輪件右移，移至大凸輪輪廓，如圖7所示。

AVS的一組小凸輪和一組大凸輪，都不是對稱的。小氣門升程是2mm和5.7mm；大的氣門升程是9mm和11mm，如圖8所示。氣門開啟是不對稱的。一方面是因為凸輪的形狀使得一個進氣門比另一個進氣門開啟得大（2mm和5.7mm），另一方面另一方面是因為較小凸輪外形的氣門開啟時間也是不同的。另外氣門小升程的凸輪形狀是按照讓進氣門同時打開這一原則來設(shè)計的。但第二個氣門的關(guān)閉卻稍晚。再加上缸蓋中進氣門特殊的遮蔽形狀，就可使得吸入燃燒室的氣體呈高流速和旋轉(zhuǎn)運動狀態(tài)。另外這些新吸入的氣體通過FSI-專用活塞形狀就形成了圓筒狀運動（滾流進氣）。這種特殊的組合就使得噴射出的燃油獲得了極佳的混合效果。

4 結(jié)論

AVS技術(shù)通過移動用滑動花鍵安裝在凸輪軸上的凸輪件，可以實現(xiàn)大小兩組凸輪對兩個進氣門的控制，進而就改變了氣門升程和進氣持續(xù)角。

在奧迪車上AVS技術(shù)是用在進氣凸輪軸上的，通過產(chǎn)生進氣渦流使混合和燃燒更充分；而在大眾邁騰、高爾夫、速騰等TSI的發(fā)動機上，是用在排氣凸輪軸上的。在這些帶廢氣渦輪增壓的發(fā)動機上，由于進氣采用了增壓技術(shù)，因此通過改變氣門升程來提高充氣效率變得意義不大。但是廢氣渦輪增壓器的渦輪機在發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)的時候，由于廢氣流速低，而不能盡快帶動同軸連接的壓氣機，這就是 “渦輪遲滯”現(xiàn)象。為了讓渦輪機盡快達到工作狀態(tài)，對進氣進行加壓，所以在排氣凸輪軸上用了AVS技術(shù)，通過改變排氣的流通橫截面積，增大排氣流速，讓渦輪機盡快達到能讓壓氣機工作的轉(zhuǎn)速。所以一般情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速只有達到1500r/min才能使增壓器進入工作狀態(tài)，但是使用了AVS技術(shù)的大眾發(fā)動機在1200r/min時就可以讓壓氣機進入工作狀態(tài)，很好地改善了“渦輪遲滯”現(xiàn)象。

參考文獻：

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