大眾AVS技術解析

李曉娜

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

關鍵詞：發動機；可變氣門升程；可變配氣正時；AVS技術

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

1 引言

用曲軸轉角表示的發動機進排氣門開閉時刻和持續時間，稱為發動機的配氣正時，也稱配氣相位。如圖1所示，為了提高發動機的充氣效率，進而提高發動機的功率，在進氣、排氣行程中，進、排氣門都是要早開晚關的。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 發動機配氣正時和升程可變的原因和實現方法分析

發動機轉速越高，每個氣缸一個工作循環內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，就需要延長發動機的吸氣和排氣時間。顯然，當轉速越高時，要求的氣門重疊角度越大。但在低轉速工況下，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，從而導致怠速不穩，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機構只對低轉速工況進行優化，那么發動機的就無法在高轉速下達到較高的峰值功率。所以發動機的設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狀態。

發動機不同工況下，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；氣門開啟持續時間長，進氣遲后角要大。發動機低速時，要求：氣門升程小；氣門開啟持續時間短，進氣遲后角要小。

發動機配氣正時和升程可變的實現方法有：

（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技術的特點

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

大眾的AVS技術首先用在奧迪發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，通過兩個電動執行器對兩種升程進行切換，電動執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行器。一個執行器使凸輪件從大凸輪調節到小凸輪，另一個執行器以相反方向調節。調節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。

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

發動機高轉速時，為達到最佳的充氣效率，進氣門需要最大的氣門升程。為了實現此目的左執行器被啟動，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計的。但第二個氣門的關閉卻稍晚。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運動狀態。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 結論

AVS技術通過移動用滑動花鍵安裝在凸輪軸上的凸輪件，可以實現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角。

在奧迪車上AVS技術是用在進氣凸輪軸上的，通過產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動機上，由于進氣采用了增壓技術，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動機低速運轉的時候，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”現象。為了讓渦輪機盡快達到工作狀態，對進氣進行加壓，所以在排氣凸輪軸上用了AVS技術，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速。所以一般情況下，發動機轉速只有達到1500r/min才能使增壓器進入工作狀態，但是使用了AVS技術的大眾發動機在1200r/min時就可以讓壓氣機進入工作狀態，很好地改善了“渦輪遲滯”現象。

參考文獻：

[1]史文庫，姚為民.汽車構造[M].人民交通出版社，2015（08）.

[2]文森淼.汽油機可變配氣正時機構的數值模擬[J].現代制造技術與裝備，2016（11）.