为新发动机新气门可变动作角与升程（VVEL）机构开发的新粉末冶金零件.pdf

第 2 8卷第 4期 2 0 1 0年 8月 粉末 冶金 技术 Po w d er M e t a l l ur g y Te c hn ol o gy V0 l _ 2 8． NO ． 4 Aug ．2 01 0 编者 按 这 2个粉 末 冶金 零 件是 日产 汽 车公 司藤 木 章教 授 等 新 近 研 发 的 用 于 V 6发 动机 的 重 要零 件 。 曾荣获 日本粉 体粉 末 冶金 协会 第二 次 2 0 0 9年度 新技 术新制 品 奖 ， 承 蒙 日本粉 体 粉 末 冶 金协 会 准予 本刊译 为 中文刊载 ， 特 向 日本粉 体粉 末 冶金协 会 致谢 ， 并 向相 关业 者 予以介 绍。 为新发动机新气 门可变动作角与升程 V V E L 机构 开发 的新 粉末 冶金零件 藤木章 山田雄 一 鹤 田诚 次 阿部微雄 ’ 川濑欣也 1 日产 自动车 株 ， 千 2 3 0 0 0 5 3横浜市鹤见 区大黑町 61 2 株 日立制作所 ， 亍 2 4 3 8 5 1 0厚木 市恩 名 4 71 3 三菱7 于 1 J ／ P P MG 株 ， 亍 9 5 0 8 6 4 0新 涡市东区小金町 31 1 De v e l o p e d n e w P M p a r t s f o r n e w v a r i a b l e v a l v e e v e n t a n d l i f t VVE L s y s t e m i n n e w e ng i ne s Ak i r a Fu j i k i ”， Yu u i c h i Ya ma d a ， S e i j i Ts u r u t a ， Te r s n o Ab e ， Ki n y a Ka wa s e 1 N I S S AN Mo t o r Co ． ， L t d， 61 Da i k o k u e h o ， Yo k o h a ma 2 3 00 0 5 3， J a p a n 2 HI T ACHI L t o ．， 471 On n a， At s u g i 2 4 38 5 1 0， J a p a n 3 Mi t s u b i s h i Ma t e r i a l s P MG C o ．， 311 K o g a n e c h o ， Ni i g a t a 9 5 08 6 4 0， J a p a n l 开发的背景与 目的⋯ 近 年来 ， 为 了使 汽车 的燃 料费 与性 能并 存 ， 致使 名称 为 V T C 日产 ， V V T 丰 田 等 的发 动 机 凸 轮轴 相 位与 发动 机转 数 对 应 变 化 的装 置成 为 比较 标 准 。 为了使 气 门升程 量 与动作 角 气 门 打开 期 间 改 变 ， 转 换 凸 轮 与 摇 臂 组 合 的 凸 轮 轮 廓 转 换 装 置 正 在 V V L 日产 、 V V E C 本 田 实用 化 。 进 一 步 ， 已将使 气 门动作 角 、 气 门升程 量 及相 位 都 无 阶段差 别 、 变化 的 ， 叫做 “ 气 门控 制 ” ， ， L ， - 7 -, 卜 口二 、 、／夕 的 B MW 装 置 实 用 化 。 这 一 次 介 绍 的 V V E L ， L ， 也 是能 够 连 续 可 变控 制 发 动 机 气 门动作 角 、 气 门升程量 二 者 的机构 ， 更 可谋 求宽 量 程 、 高 敏 感 、 低 摩擦 力 、 低 消费 电流 化 ， 并 且 ， 通 过 与 V T C组 合 ， 能全 面控 制 气 门升 程 、 动 作 角及 相位 ， 从 而实 现最 适合 、 自如 的配气 相位 升程 控制 ， 从 而大 幅 度提升发动机性能 。具体地说 ， 既保持 了发动机的 输 出 功 率 ， 而 且 实 现 了 低 燃 料 费 。 特 别 是 ， 由 于 V V E L这个类 型的可 变动 气 门 系是 唯 一 全部 由联 杆 机构 构 成 的 ， 对 于敏感 性高 的发动机 侧 的需要 ， 可使 气 门 的工作状 况 极快 地发 生变 化 。在这 个联 杆机 构 中 ， 这次 开 发 的 2个 粉 末 冶 金 零 件 起 着 重 要 作 用 。 本 文一 开始 先说 明 V V E L为基本 机 构 ， 然 后 ， 对 粉 末 冶 金零 件予 以说 明 。 2 技术 内容 ， V VE L特征 的基本构成 J 这 个装 置是 由开关气 门的机构 式 滑 阀系和使 这 个 滑 阀系位 置发 生 变 化 的 转换 气 门升 程 量 、 动 作 角 升程 的致 动 器 电 动 机 两 个 子 系统 组 成 的。 图 l 示 装有 这个 装置 的发 动机 的 剖面模 型 。对 于通 常的 发 动机 凸 轮轴 ， 可 以置换 安装 V V E L 。 2 ． 1 VV E L机械 式 滑 阀部 分 和粉 末冶 金零件 材料 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 1 4 粉末冶金技术 2 0 1 0年 8 月 图 1 V VE L装 置 结 构 不意 图 Fi g ．1 Co n f i g u r a t i o n o f VVEL s y s t e m 图 2示 V V E L的机 械式滑 阀系 部分 。对 于 以前 的发动 机 凸 轮轴 ， 可 将 V V E L置 换 按 装 在 吸气 侧 。 将 曲轴 的传输力 传递 到 驱 动轴 ， 而驱 动 轴 的转 数 是 曲轴转 数 的 1 ／ 2 。将 输 入 凸 轮 固定 在 这 个 驱 动 轴 上 。 一 方面， 在驱动轴上方， 将凸轮作为一体形成控 制轴时 ， 将其控 制 凸 轮作 为 支 点配 置 摇臂 。另一 方 面 ， 将 输 入 凸轮 与 摇 臂 一 端 用联 杆 A连 结 ， 将 回 转 运 动转换 为摇 动运动 。 摇臂 另一 端 使 输 出 凸轮 和 用 联 杆 B连 结 的 输 出凸轮摇动 。上 述 的驱 动 轴 穿过 输 出 凸轮 ， 将 驱 动 轴作 为支点 ， 压下驱 动摇 动的气 门挺杆 。 这 个机构 的特 征 是 ， 从 输入 凸轮 到输 出凸 轮全 部零 件都 是用联 杆 结合 强 制 驱 动 ， 所 以不 需要 复 位 弹簧 的反 转力 。因此 ， 不仅 可实现 简约零 件构成 、 尺 寸小 型化 ， 而且 ， 从 机 械摩擦方 面来 看也是 有利 的。 考虑 到这个 V V E L机 械机构 中粉 末冶金零 件 的 形状 、 材料 、 强度 、 摩 擦等 项要 求 高 的联 杆 A与 输入 凸轮， 从发动机与装置的初期就反复探讨， 谋求烧结 化。以前曾详细说明过这个零件 ， 简单说明了电动 机 的致动器 部 ， 也 说 明了可变 原理 。 2 ． 2可变原 理 图 2示气门升程量与动作可变原理。致动器是 由联杆机构部 、 减速机构部、 D C电动机 、 旋转角传感 器 构成 ， 用 E C M、 V V E L ． 电控制 装置 V V E L - E C U 对 气门升程 量与 动作角 进行 可变控 制。实际上 ， 是 E C M设定 目标 ， 用 V V E L 。 E C U与传感器控制控制轴 的角度 ， 进行 气 门升程量 与动作 角 的可变控 制 。 状态 输出凸轮摆动状态 a 基 园 b 到顶端升程 图 2 运转状态变化 Fi g ． 2 S a t e c ha n g e o pe r a t i o n 图 2 1 示 气 门大量程状 态 ， 使偏心 凸轮 的偏 心 方向控制在驱动轴一侧 ， 使摇臂的支点靠近驱动轴 一 侧。其结果， 联杆机构全部姿态发生变化 ， 输出凸 轮 的摇动 角度增 大 ， 使 气 门达到大 量程 。图 2 2 示 气 门的小量 程状态 ， 和 上述 的相反 ， 将 摇 臂支点 控制 在离驱 动轴 远 的一 侧 ， 使 输 出凸轮 的摇动 角度变 小 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷第 4期 藤木章等 为新发动机新气 门可变 动作角与升程 V V E L 机构开发 的新粉末冶金零件 3 1 5 增大 空振 的量 ， 可得 到 气 门的小 量程 。 2 ． 3 在 V V E L 的机械 式滑 阀 系部 分 使 用 的粉 末 冶 金零 件 的详细 情况 2 ． 3 ． 1 关 于联 杆 A的零 件 图 3 这是 一 个 压 制 和精 密 冲裁 等竞 争 的零 件 ， 最 后 采用 了粉 末冶 金工 艺生 产 。在 对粉末 冶 金工 艺 的探 剖面 A A 讨 中 ， 鉴于 F e - C u C系烧 结 材 料 的强 度 难 以达 到 要 求 ， 选 择 了 F e M o C材 料 。通过 使 粉 末 充 填 与 热 处 理 最适 化 ， 确保 了强 度 与耐磨 性 ， 抑制 了端 面加工 余 量 ， 实现 了半 月 部成 形 。另 外 ， 由于 小 型 、 薄壁 及 高 强 度化 ， 使 发动 机转 数 达到 了 7 0 0 0 r ／ m i n以上 ， 实 现 了高转数化 。 ‘}_ A 。 ． 图 3 联杆 A的尺寸与外形 Fi g ． 3 Di me n s i o n a n d o ut e r f i g ur e o f l i n k A 2 ． 3 ． 2关 于输 入 凸轮 图 4 用 销 子将 这 个 输 入 凸轮 压 入 固定 在驱 动 轴 上 ， 变成 偏心 凸 轮 ， 从 而起 到将 和上 述 的联 杆 A一 起 进 行的旋转运动转换成摇动运动的作用。 在结 构 上 ， 在 和 联 杆 A 的滑 动 部 不 使 用 轴 承 ； G 2 7 i l l I L1 ∞ l I ‘昏 l l 电 I l 3 I 剖面 A ～ A 由于 通常 的 F e C u C系 粉 末 冶 金 材 料 滑 动 性 差 ， 通 过增 高含 C u量 ， 提 升 了滑 动 性 与耐 磨 性 ， 同 时还 确 保 了强度 。进 一 步 ， 通 过实施 磷 酸锰保 护 膜处理 ， 提 高 了初期 的磨 合性 ， 拉 平 了低油 压动作 ， 减 小摩 擦等 滑动 性 。 图 4输入 凸轮的尺寸与外形 F i g _ 4 Di me n s i o n a n d o u t e r fi g u r e o f i mp u t c a m 5 特许 3 用途 ， 适用范 围， 生产 实际 已申请特开 2 0 0 2 2 5 6 9 0 5 数十件。 ， 呈 用 三 的 V 6 发 动 机 中 ， 零 件 月 参 考 文 献 产 量 达 到 了 3 万 件 的 水 平 。 ’。 4今后 的发 展 预 计 ， 今 后 由于进 一 步改 进 ， 采用 的发 动机 会增 多 。 [ 1 ] T o m o g a n e K． D e v e l o p me n t o f n e w v a r i a b l e v a l v e e v e n t a n d l i f t VV E L s y s t e m． Ni s s a n T e c h n i c a l R e v ie w， 2 0 0 7， 6 0 4 7 5 2 韩凤麟 译 自 日 粉 体 招土 粉 末 冶金 ， 2 0 0 9 ， 5 6 8 28 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m