淺析雷克薩斯車系連續(xù)可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)控制基理(上)

◆文/江蘇 田銳

一、系統(tǒng)說明

VVT-i是根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、將凸輪軸控制在最佳氣門正時(shí)的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的氣門正時(shí)，在考慮做為發(fā)動機(jī)目標(biāo)的低中速扭矩、最高輸出、怠速時(shí)的穩(wěn)定性等相反特性的同時(shí)，僅能決定1項(xiàng)，但VVT-i能夠連續(xù)可變地控制氣門正時(shí)，因此能夠在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍設(shè)定最合適的氣門正時(shí)。VVT-i有2種類型，即只有進(jìn)氣門正時(shí)可變的類型，以及進(jìn)氣門與排氣門的氣門正時(shí)都可變的類型(Dual VVT-i)。此外，動作機(jī)構(gòu)有液壓動作類型與電動動作類型(VVT-iE) 2種，如圖1、圖2所示。

1.VVT-i的優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)VVT-i的動作，在發(fā)動機(jī)各運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)有以下優(yōu)點(diǎn)，如圖3所示。

VVT-i有2種類型，即只有進(jìn)氣的類型與Dual類型，但目標(biāo)效果相同。Dual類型，在排氣側(cè)也進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，因此該系統(tǒng)更能發(fā)揮出VVT-i的效果。圖4、5所示為對各范圍的動作進(jìn)行說明，圖中顯示的內(nèi)容是主要的動作狀態(tài)，實(shí)際上是根據(jù)行駛狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)地控制。

2.VVT-iE的動作區(qū)間

由于氣門正時(shí)控制是通過電子控制的，因此VVT-iE不會受到液壓的影響。能夠控制低溫時(shí)、低轉(zhuǎn)速時(shí)較難產(chǎn)生的液壓、啟動時(shí)的氣門時(shí)機(jī)，動作區(qū)間較VVT-i有所擴(kuò)展，如圖6所示。

二、系統(tǒng)零部件構(gòu)成

1.曲軸位置傳感器(電磁拾取式)

曲軸位置傳感器對曲軸位置與曲軸角速度進(jìn)行檢測。發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)信號計(jì)算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，如圖7所示。

如果曲軸旋轉(zhuǎn)，則曲軸正時(shí)轉(zhuǎn)子的突起部(34齒)與曲軸位置傳感器之間空氣間隙會發(fā)生變化，因此曲軸位置傳感器的線圈部分會產(chǎn)生電動勢。通過產(chǎn)生的電壓可以檢測出每10°的曲軸旋轉(zhuǎn)信號，如圖8所示。

2.凸輪位置傳感器(電磁拾取式)

凸輪位置傳感器對汽缸進(jìn)行判別并對實(shí)際凸輪軸角度進(jìn)行檢測。如果凸輪軸旋轉(zhuǎn)，則凸輪軸正時(shí)轉(zhuǎn)子的突起部與凸輪位置傳感器之間的空氣間隙會發(fā)生變化，因此凸輪位置傳感器的線圈部分會產(chǎn)生電動勢，如圖9所示。

3.液壓式VVT-i

VVT-i控制器有螺旋齒輪式與葉片式兩種，將對主流的葉片式進(jìn)行說明。葉片式的VVT-i控制器是由固定在正時(shí)齒輪上的殼體部與固定在凸輪軸上的葉片部分構(gòu)成的。通過將OCV產(chǎn)生的液壓作用于VVT-i控制器的提前室與延遲室，以旋轉(zhuǎn)葉片部，從而連續(xù)改變凸輪軸的位相。發(fā)動機(jī)停止時(shí)，由于鎖銷導(dǎo)致進(jìn)氣側(cè)固定于最大延遲狀態(tài)，排氣側(cè)固定于最大提前狀態(tài)，如果發(fā)動機(jī)起動，則液壓會導(dǎo)致鎖銷解除。排氣側(cè)設(shè)置了提前輔助彈簧，以便鎖銷在發(fā)動機(jī)停止時(shí)能夠切實(shí)地鎖上，如圖10所示。

根據(jù)發(fā)動機(jī)ECU發(fā)出的負(fù)荷信號，對滑柱閥的位置進(jìn)行控制，并調(diào)整VVT-i控制器的提前室與延遲室的燃油供應(yīng)。發(fā)動機(jī)停止時(shí)的滑柱閥會根據(jù)彈簧的彈力將進(jìn)氣側(cè)調(diào)整到最大延遲狀態(tài)，同時(shí)將排氣側(cè)(Dual VVT-i系統(tǒng))調(diào)整到最大提前狀態(tài)，以備下次的發(fā)動機(jī)起動，如圖11所示。

提前角時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖12所示。延遲角時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖13所示。保持時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖14所示。

VVT-iE控制器由凸輪軸控制電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，如圖15、16所示。

①凸輪軸控制電機(jī)

凸輪軸控制電機(jī)由DC無刷電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動器構(gòu)成。凸輪軸控制電機(jī)安裝于凸輪軸控制執(zhí)行器前端的正時(shí)鏈罩上，且與進(jìn)氣凸輪軸同軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)計(jì)算出目標(biāo)氣門正時(shí)，并向凸輪軸控制電機(jī)發(fā)送旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方向的指示信號。電機(jī)驅(qū)動器根據(jù)該信號驅(qū)動DC無刷電機(jī)，并根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度與凸輪軸旋轉(zhuǎn)速度之差運(yùn)轉(zhuǎn)凸輪軸控制執(zhí)行器，從而可連續(xù)改變進(jìn)氣凸輪軸的相位。電機(jī)驅(qū)動器總是監(jiān)視電機(jī)的驅(qū)動狀態(tài)，并向發(fā)動機(jī)ECU發(fā)送旋轉(zhuǎn)速度信號、旋轉(zhuǎn)方向信號、驅(qū)動確認(rèn)信號，如圖17、18所示。

②凸輪軸控制執(zhí)行器

凸輪軸控制執(zhí)行器是由可以改變進(jìn)氣凸輪軸的相位的連桿機(jī)構(gòu)與將凸輪軸控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳遞至連桿機(jī)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成。通過凸輪軸控制電機(jī)，經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)螺旋板，并經(jīng)由嵌入螺旋溝槽中的連桿控制銷運(yùn)轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)，以便對凸輪鏈輪體的殼體與凸輪板上固定的進(jìn)氣凸輪軸的位相進(jìn)行連續(xù)改變，如圖19所示。

(未完待續(xù))