VVT可變氣門正時組成工作原理和優(yōu)點 VVT可變氣門正時圖解
vvt是VariableValveTiming的縮寫,意指可變正時氣門系統(tǒng)。vvt發(fā)動機(jī)是近些年來被逐漸應(yīng)用于現(xiàn)代汽車上的新技術(shù)中的一種,發(fā)動機(jī)采用可變氣門正時技術(shù)可以提高進(jìn)氣充量,使充量系數(shù)增加,發(fā)動機(jī)的扭矩和功率可以得到進(jìn)一步的提高。
變氣門正時(VVT, Variable Valve Timing)可以控制發(fā)動機(jī)氣門開啟時間,是一種用于汽車活塞式發(fā)動機(jī)中的技術(shù)。VVT技術(shù)可以調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣排氣系統(tǒng)的重疊時間與正時(其中一部分或者全部),降低油耗并提升效率。
VVT的主要組成部件有:
發(fā)動機(jī)電腦
vvt相位器
進(jìn)排氣凸輪軸位置傳感器
曲軸位置傳感器
進(jìn)排氣VVT電磁閥
進(jìn)排氣凸輪軸位置執(zhí)行器
油路油道
vvt控制閥濾網(wǎng)
vvt發(fā)動機(jī)工作原理:
當(dāng)發(fā)動機(jī)由低速向高速轉(zhuǎn)換時,電子計算機(jī)就自動地將機(jī)油壓向進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動齒輪內(nèi)的小渦輪,這樣,在壓力的作用下,小渦輪就相對于齒輪殼旋轉(zhuǎn)一定的角度,從而使凸輪軸在60度的范圍內(nèi)向前或向后旋轉(zhuǎn),從而改變進(jìn)氣門開啟的時刻,達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時的目的。
VVT可變氣門正時工作原理
雖然可變氣門正時技術(shù)在各個廠商的稱謂略有不同,但是實現(xiàn)的方式卻大同小異。以豐田的VVT-i技術(shù)為例,其工作原理為:該系統(tǒng)由ECU協(xié)調(diào)控制,發(fā)動機(jī)各部位的傳感器實時向ECU報告運轉(zhuǎn)情況。由于在ECU中儲存有氣門最佳正時參數(shù),所以ECU會隨時對正時機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,從而改變氣門的開啟和關(guān)閉時間,或提前、或滯后、或保持不變。
簡單的說,VVT系統(tǒng)就是通過在凸輪軸的傳動端加裝一套液力機(jī)構(gòu),從而實現(xiàn)凸輪軸在一定范圍內(nèi)的角度調(diào)節(jié),也就相當(dāng)于對氣門的開啟和關(guān)閉時刻進(jìn)行了調(diào)整。
目前,可變氣門正時技術(shù)幾乎已成為當(dāng)今發(fā)動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置,為了進(jìn)一步挖掘傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的潛力,工程人員又在此基礎(chǔ)上研發(fā)出可變氣門升程技術(shù),即可以控制氣門開啟角度。當(dāng)二者有效的結(jié)合起來時,則為發(fā)動機(jī)在各種工況和轉(zhuǎn)速下提供了更高的進(jìn)、排氣效率。進(jìn)一步提升動力和降低油耗。
VVT系統(tǒng)的的所有工作均需通過機(jī)油完成,為保證VVT及時、準(zhǔn)確的工作,必須保證油壓在工作范圍內(nèi),為此,一般VVT發(fā)動機(jī)均有單獨的VVT油路,如圖4所示。機(jī)油從油底殼被機(jī)油泵輸送到凸輪軸,然后經(jīng)過OCV機(jī)油控制閥,然后由控制閥控制進(jìn)入相位器內(nèi)部空腔中的機(jī)油量和機(jī)油流入/流出方向。OCV按照ECU的指令,通過Spool Valve(閥芯)的軸向位置來調(diào)節(jié)機(jī)油的流向,使葉片相對殼體轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)對配氣相位的調(diào)節(jié)及控制如圖5所示。
進(jìn)排氣凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器不僅僅用于點火和噴油的正時信號,還是VVT可變氣門正時技術(shù)的參考信號,識別凸輪軸和曲軸的相對位置從而對凸輪軸進(jìn)行精確控制。
凸輪軸位置電磁閥用于控制進(jìn)入執(zhí)行器的機(jī)油量,通過改變進(jìn)入執(zhí)行器的機(jī)油量,來改變執(zhí)行器調(diào)節(jié)的角度。而執(zhí)行器和凸輪軸鏈輪制成一體,這樣就可以改變凸輪軸的角度。發(fā)動機(jī)電腦獲取曲軸凸輪軸的位置信號,計算車子的負(fù)載和駕駛員需求。向電磁閥發(fā)出12V脈寬信號,控制凸輪軸改變角度。通過改變進(jìn)氣門和排氣門的氣門重疊角來增強(qiáng)發(fā)動機(jī)性能。
①降低尾氣排放
②增大輸出扭矩
③提高經(jīng)濟(jì)性能
④提高怠速穩(wěn)定
vvt發(fā)動機(jī)優(yōu)缺點:
優(yōu)點:省油,功升比大 缺點:中端轉(zhuǎn)速扭矩不足
VVT系統(tǒng)其最終的目的是實現(xiàn)對凸輪軸正時的實時調(diào)節(jié)和控制,和其他控制系統(tǒng)一樣,其最關(guān)鍵的技術(shù)特性也是如下三點:
(1)響應(yīng)速度:即VVT系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度,單位時間內(nèi)VVT系統(tǒng)能調(diào)節(jié)凸輪軸轉(zhuǎn)過的角度。其中,相位器本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)對該指標(biāo)影響最大,可以引入扭矩壓力比參數(shù)來衡量,該參數(shù)僅與相位器結(jié)構(gòu)有關(guān)。另外,OCV在油道中的安裝位置也對VVT系統(tǒng)的響應(yīng)速度有較大影響。
(2)控制精度:即VVT系統(tǒng)實際的相位角與ECU設(shè)定的目標(biāo)角之間的符合程度。在VVT系統(tǒng)功能試驗中,通常用跟隨性曲線來表征。
(3)控制穩(wěn)定性:即VVT系統(tǒng)在外界條件發(fā)生改變時(如發(fā)動機(jī)機(jī)油油壓,溫度等條件發(fā)生變化)對該系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,閉環(huán)控制系統(tǒng)是否能穩(wěn)定的工作,一般以某一控制位置時的調(diào)節(jié)角度波動量來衡量。
VVT系統(tǒng)工作過程
為了更好的說明VVT系統(tǒng)的工作過程,下面以進(jìn)氣VVT為例,分別概述其三個最基本的工作過程:
1、基準(zhǔn)位置:輸入OCV的PWM信號占空比通常為0%,閥芯沒有移動。相位器右側(cè)油腔油壓大于左側(cè)油腔油壓,葉片左側(cè)緊靠在定子臺肩上,轉(zhuǎn)子與定子之間沒有發(fā)生相對轉(zhuǎn)動,及凸輪軸相對于曲軸正時沒有調(diào)節(jié)。通常進(jìn)氣VVT基準(zhǔn)位置為進(jìn)氣配氣相位滯后位置,即進(jìn)氣門滯后打開和關(guān)閉。
2、工作位置:輸入OCV的PWM信號占空比逐漸加大,閥芯移動到最遠(yuǎn)的位置,相位器中左側(cè)油腔壓力逐漸加大,解鎖后,當(dāng)左側(cè)油腔中壓力大于右側(cè)油腔壓力,并克服凸輪軸摩擦轉(zhuǎn)矩以及相位器內(nèi)部摩擦轉(zhuǎn)矩等之后,轉(zhuǎn)子相對定子有順時針轉(zhuǎn)動,凸輪軸向正時提前方向調(diào)節(jié),即進(jìn)氣門將提前打開和關(guān)閉。
3、穩(wěn)定位置,也叫控制位置:即轉(zhuǎn)子相對定子順時針轉(zhuǎn)動一定角度后,輸入OCV的PWM信號占空比大約在50%左右,相位器左右兩側(cè)油腔同時供油,轉(zhuǎn)子和定子保持在該相對位置。通常VVT介入調(diào)節(jié)后,大部分時間工作在某一角度的動態(tài)穩(wěn)定位置。
VVT工作的狀態(tài)
通過不同的工況來改變氣門重疊角,怠速的時候,減小氣門重疊角,達(dá)到減小廢氣回流,穩(wěn)定怠速;中低負(fù)荷的時候,增重疊角,廢氣再循環(huán),減小碳排放,有利于進(jìn)氣效率,提升燃油經(jīng)濟(jì)性;大負(fù)荷高速行駛的時候,減少重疊角,延遲進(jìn)氣時間,增加進(jìn)氣效率。
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