第六章电控发动机其他控制系统(1)

1、Copy right by Zhangkui-kui 6.1可变配气相位控制系可变配气相位控制系 可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门升程两大类为什么要进行可变气门正时？在普通的发动机上，进气门和排气门的开闭时间是固定不变的，这种固定不变的正时很难兼顾到发动机不同转速的工作需求。采用可变气门正时（variable valve timing ,VVT）技术，改善了发动机在低、中转速下的扭矩输出，大大增强驾驶的操纵灵活性，发动机的转速也能够设计得更高。例如，日产的2升VVL发动机比没有配备VVT的相同结构的发动机，可以提供超过25的动力输出。又例如菲亚特1.8L VVT发动机，能在

2、2000rpm6000rpm之间输出90的扭力 简单的可变配气相位VVT只有两段或三段固定的相位角可供选择，通常是0或30中的一个更高性能的可变配气相位VVT系统能够连续可变相位角，根据转速的不同，在0度30之间线性调控配气相位角显而易见，连续可变气门正时系统更适合匹配各种转速，因而能有效提高发动机的输出性能，特别是发动机的输出平顺性有一些设计，像奔驰的双可变气门正时系统（见图6-1），它能同时改变进气凸轮轴和排气凸轮轴的相位角，从而获得与转速更匹配的气门叠加角，因此其拥有效率更高的配气效率图6-2 丰田进气门智能可变气门正时系统（VVT-i）ECU根据发动机转速和负荷等传感器信号来控制凸轮轴

3、调整机构的机油压力，从而改变进、排气门的开启和关闭时刻，这样的系统也称为智能可变气门正时（variable valve timing-intelligent,VVT-i），如图6-1、6-2所示。1.凸轮轴凸轮轴/曲轴位置传感器曲轴位置传感器VVT-i系统利用曲轴位置传感器和VVT传感器（凸轮轴位置传感器）来感知凸轮轴转动变化量，来获知凸轮轴转动方向及转动量。2.VVT-i控控制器制器VVT-i控制器有叶片式和螺旋齿轮式两种类型。叶片式叶片式VVT-i控制器控制器叶片式VVT-i控制器由定时链条驱动的外壳、固定在凸轮轴上叶片组成，见图6-3。螺旋齿轮式螺旋齿轮式VVT-i控制器控制器螺旋齿轮式

4、VVT-i控制器由螺旋齿轮、直齿轮（内齿为螺旋齿轮）、活塞、回位弹簧、齿毂（外壳）组成，螺旋齿轮与凸轮轴固连，如图6-4所示当机油压力作用在活塞上，克服弹簧力推动直齿轮轴向运动，与之内捏合的螺旋齿轮则会旋转，同时带动凸轮轴转动一定角度，改变了凸轮轴的位置。链式链式VVT-i控制器控制器链式VVT-i控制器是在进、排气凸轮轴之间安装的一个链传动机构，见图6-5。排气凸轮轴由曲轴通过皮带直接驱动，进气凸轮轴通过链轮和链条由排气凸轮轴驱动。机油压力作用在活塞上推动链条张紧器上下的移动时，改变进气凸轮轴的转动角度。这种调整结构只改变进气凸轮轴的正时，上海帕萨特B5和一汽奥迪A6汽车的VVT-i系统即采

5、用该种类型的结构。3.凸轮轴正时机油控制阀凸轮轴正时机油控制阀凸轮轴正时机油控制阀是由发动机ECU进行占空比控制的，用于控制滑阀位置和分配VVT-i控制器流到提前侧或延迟侧的油压。发动机停止时，进气门正时是处于最大延迟角度位置。凸轮轴正时机油控制阀的结构见图6-6所示。以丰田进气门智能可变气门正时系统（VVT-i）为例，说明智能可变气门正时系统的控制原理见下图6-7，智能可变气门正时系统的工作过程见表6-1。图示工作过程凸轮轴正时机油控制阀的占空比工作过程说明正时提前当由发动机ECU发送给凸轮轴正时机油控制阀的占空比变大（ 50%），阀位置处于如图所示位置，油压作用于气门正时提前侧的叶片室，使

6、进气凸轮轴向气门正时的提前方向旋转。正时推迟当由发动机ECU发送给凸轮轴正时机油控制阀的占空比变大（ 50%），阀位置处于如图所示位置，油压作用于气门正时延迟侧的叶片室，使进气凸轮轴向气门正时的推迟方向旋转。正时保持发动机ECU根据各传感器的信息进行处理，并计算出气门正时角度，当达到目标气门正时以后，凸轮轴正时机油控制阀通过关闭油道来保持油压。如图所示是保持现在的气门正时的状态。 表表6-1 丰田进气门智能可变气门正时系统的工作过程丰田进气门智能可变气门正时系统的工作过程发动机的气门升程是受凸轮轴转角长度控制的，在普通的发动机上，凸轮轴的转角长度固定，气门升程也是固定不变的。在高转速时，采用长

7、升程来提高进气效率，让发动机的呼吸更顺畅，在低速时，采用短升程，能产生更大的进气负压及更多的涡流，让空气和燃油充分混合，因而提高低转速时的扭力输出。基于VVT机构，VVTL采用凸轮转换机构，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，及时调整进、排气门的升程和开启持续时间。为了更好地提高发动机转速和获得更高的输出，可变气门升程系统对气门开启和关闭时刻进行了优化，大大提高了燃油经济性。如图6-8，为智能可变气门升程系统（VVTL-i），当发动机低-中转速时，由凸轮轴上的低-中速凸轮驱动摇臂，使进、排气门动作。一旦发动机高转速运行时，来自传感器的信号使ECU控制机油控制阀动作，调节摇臂活塞液压

8、系统，使高速凸轮工作，这样进、排气门的升程和开启持续时间增加，发动机的充气效率得以提高。VVTL-i系统的组成与VVT-i相似，控制系统也包括曲轴/凸轮轴位置、节气门位置、冷却液温度传感器和空气流量计（见图6-11），而驱动部件则包括机油控制阀（OCV），特殊的凸轮轴和摇臂组件（如图6-9、6-10和6-11所示）等。VVTL-i系统的控制原理见图6-12所示。VVTL-i系统的工作过程见表6-2所示。机油压力控制阀中的伺服阀是由ECU进行占空比控制的。当发动机高速运转时，机油压力控制阀开启，机油直接通往在凸轮转换机构上，使高速凸轮起作用。当发动机低-中速运转时，由低-中速凸轮推动摇臂滚柱，使

9、两个气门动作，此时高速凸轮也会推动摇臂衬垫，但由于摇臂衬垫处于自由状态，不会影响摇臂和两个气门动作。当发动机处于低、中转速时，ECU读取各传感器信号，控制机油压力控制阀关闭，回油侧开启，机油回流。当发动机高转速运转时，机油压力推动摇臂销，摇臂销插栓在摇臂衬垫下，使摇臂衬垫锁住。由于高速凸轮轮廓比低速凸轮大，高速凸轮推动摇臂衬垫，此时由高速凸轮驱动两个气门，气门的升程和开启持续时间得以延长。当发动机高速运转时，机油压力控制阀开启，机油直接通往在凸轮转换机构上，使高速凸轮起作用。表表6-2 VVTL-i系统的工作过程系统的工作过程6.2 可变进气系统可变进气系统可变进气系统有两种类型：动力阀控制系

10、统和进气谐振系统（ACIS）功能控制发动机进气道的空气流通截面的大小，以适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性当发动机小负荷运转时 ， 进 气 量 较 少 ，ECU断开真空电磁阀，真空罐中的真空进入真空控制阀，动力阀处于关闭位置，进气通道面积变小。当发动机大负荷运转时 ， 进 气 量 较 多 ，ECU接通真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空不能进入真空控制阀，控制动力阀开启，进气通道面积变大。表表6-3动力阀控制系统的工作过程动力阀控制系统的工作过程控制进气道空气流通截面积大小的动力阀安装在进气管上，动力阀的开闭由真空控制阀控制动作，ECU根据各传感器信号通过真空电磁阀（

11、VSV）控制真空罐和真空控制阀的真空通道进气谐振控制系统（ACIS）通过分阶段改变进气歧管的长度，使发动机在整个转速范围内都能提高扭矩输出，尤其是在低转速范围内。对进气空气控制阀进行优化控制以实现进气歧管长度分阶段改变。ECU控制进气空气控制阀的动作主要参考发动机转速和节气门开度信号。进气谐振控制系统有两阶段和三阶段进气歧管长度的变化两阶段变化的进气谐振控制系统的工作原理如图6-13所示图6-13 丰田2JZ-FE发动机两阶段进气谐振控制系统组成ECU根据发动机转速和节气门开度信号控制真空电磁阀的开闭，从而控制真空罐内的真空经过真空电磁阀通往进气空气控制阀的驱动膜片气室内，驱动进气空气控制阀的开关，详细工作过程见表6-4低速时真空电磁阀开启，真空罐内的真空通过真空电磁阀进入进气空气控制阀的驱动膜片气室内，进气空气控制阀关闭，进气歧管的通道变长。 之一变化延伸了进气歧管的有效长度，改善了进气效率、提高了发动机在低-中转速范围内的扭矩输出。 高速时真空电磁阀关闭，真空罐内的真空不能经真空电磁阀进入进气空气控制阀的驱动膜片气室内，进气空气控制阀开启，进气歧管的通道变短，达到最大进气效率以提高转速范围内的功率输出。表表6-4 进气谐振控制