豐田花冠發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理分析

1、豐田花冠發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理分析2. 1豐田花冠發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖(2-1)：缸孔中心曲軸中心圖2-2此發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的行程設(shè)計(jì)的很長，是一臺(tái)長行程發(fā)動(dòng)機(jī), 此類發(fā)動(dòng)機(jī)在屮低速扭力充沛，駕駛性良好，燃燒也完全，能降低hc的污染， 也能節(jié)省燃油，曲軸采用偏心放置，相對(duì)于曲軸屮心來說，缸孔屮心向進(jìn)氣側(cè)偏 移8mm （圖2-2左）。從而在最大壓力作用時(shí)側(cè)壓力減小，同時(shí)也能改善燃油經(jīng) 濟(jì)性。凸輪軸采用止時(shí)鏈條來驅(qū)動(dòng)（圖2-2右）。正時(shí)鏈條的壽命長，在正常的使 用狀況下，發(fā)動(dòng)機(jī)用到報(bào)廢都不需要調(diào)整與更換，可靠度比正時(shí)皮帶高很多。氣 門采用新的技術(shù)，不使用氣門調(diào)隙片，而以直

2、接選配的方法來控制氣門間隙，輕 量化使得此發(fā)動(dòng)機(jī)使用彈簧系數(shù)較低的氣門彈簧，進(jìn)而降低摩擦損失，行駛起來 更加省油。2. 1. 1進(jìn)氣系統(tǒng)：圖2-3此發(fā)動(dòng)機(jī)氣門采用較小的氣門夾角，且沒冇采用傳統(tǒng)的氣門座，而是以激光 在汽缸頭鍍上一層較薄的耐濟(jì)耗合金來取代氣門座（圖2-3）,使得整個(gè)汽缸蓋 的體積顯得特別的緊湊、燃燒室空間增大，從而能夠使用較大的氣門，讓進(jìn)排氣 量更大，高速性能得以充分捉高。凸鬼鈾左圖2-4圖2-5氣缸蓋采用垂直的進(jìn)氣道，以增加進(jìn)氣效率。噴油器安裝在氣缸蓋上，防止 燃油附在進(jìn)氣道壁上，同時(shí)減少廢氣排放量。氣缸蓋上水套通路使冷卻性能最優(yōu), 此外，冷卻水旁通道設(shè)置在進(jìn)氣道下而，以減少部

3、件數(shù)量，同時(shí)達(dá)到減輕重量的 口的。進(jìn)氣門和排氣門的角度小并設(shè)置在29度，以獲得一緊湊型氣缸蓋。采用 錐形擠壓式燃燒室，使發(fā)動(dòng)機(jī)抗爆燃性和燃油利用率得到提高（圖2-4）o液壓間隙調(diào)節(jié)器位于滾針式搖臂的支點(diǎn)，主要由柱塞、柱塞彈簧、單向球和 單向球彈簧組成，通過氣缸蓋和內(nèi)置彈簧提供的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油使液壓間隙調(diào)節(jié)器工 作。機(jī)油壓力和彈簧力作用在柱塞上，推動(dòng)滾針式搖臂抵住凸輪，以調(diào)整開啟和 關(guān)閉氣門期間產(chǎn)生的氣門間隙，從而降低了配氣機(jī)構(gòu)的工作噪音（圖2-5）。最關(guān)鍵的vvt-i系統(tǒng)是通過凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感、節(jié)氣門位 置傳感器、空氣流量計(jì)和水溫傳感器將信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)ecu,再由發(fā)動(dòng)機(jī)ecu 控制凸

4、輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常工作。下而我們來詳細(xì)的了解一下 它的控制o圖2-6 vvt-i te時(shí)控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)vvt-i系統(tǒng)控制器與進(jìn)氣凸輪軸耦合的葉片和從動(dòng)正時(shí)鏈的殼體組成。與進(jìn) 氣凸輪軸上的提前或滯后油路傳送機(jī)油壓力，使vvt-i控制器實(shí)行控制。主正時(shí) 鏈驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣側(cè)的vvtt控制器外殼的鏈輪，外殼上的另一鏈輪驅(qū)動(dòng)副正吋鏈，并 同時(shí)驅(qū)動(dòng)排氣側(cè)vvt-i控制器外殼。vvt-i控制器(圖2-6)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 控制器外殼、葉輪、鎖銷、葉輪冋位彈簧、端蓋及螺栓等組成。葉輪與凸輪軸是 固定的，即為“硬連接”，而控制器外殼與葉輪之間不是硬連接，它們之間可以 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這一相對(duì)運(yùn)動(dòng)是由氣門

5、正時(shí)提前室和滯后室的容積決定，顯然容積 改變即改變了葉輪與控制器外殼之間的相對(duì)角度，也就改變了氣門的配氣相位。 因此，當(dāng)提前室容積增大，滯后室容積減小，葉輪相對(duì)于控制器外殼的轉(zhuǎn)動(dòng)方向 與外殼的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，則凸輪軸的相位也就提早，反之亦然。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí) 進(jìn)氣凸輪軸多處在滯后狀態(tài)，以確保啟動(dòng)性。(b)工作時(shí)如杲液壓沒有傳遞至vvt-i控制器緊接著就啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，這時(shí)候會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng) 機(jī)vvt-i系統(tǒng)造成損壞。因此，就必須有一個(gè)控制元件來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，這 就是鎖銷（圖2-7）,鎖銷就相當(dāng)于一個(gè)單向閥，在發(fā)動(dòng)機(jī)某種情況下不需要vvti 系統(tǒng)工作時(shí)，就鎖止葉片。而在發(fā)動(dòng)機(jī)需要系統(tǒng)工作時(shí)，則耍開啟鎖銷，使葉

6、片 能自由轉(zhuǎn)動(dòng)?；匚粡椈傻淖饔檬鞘谷~輪回到最滯后的位置，這一位置是發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)位 置，此時(shí)提前室容積最小，鎖止銷在彈簧力作用卜被推入控制器外殼的銷孔內(nèi)， 于是外殼與葉輪處于“硬連接”，這有利于發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后, 由于系統(tǒng)建立了油壓，鎖止銷在油壓的作用下使彈簧被壓縮，隨z鎖止銷從控制 器外殼銷孔內(nèi)脫出，于是外殼與葉輪z間就可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)提前室 和滯后室容積的控制，能同時(shí)對(duì)進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉正時(shí)進(jìn)行控制，也就是 能控制進(jìn)、排氣門打開和關(guān)閉的最大提前角和最大遲閉角。這一系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的工作狀態(tài)，連續(xù)地調(diào)節(jié)進(jìn)、排氣門的閉合角度， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)凸輪軸相位進(jìn)行實(shí)時(shí)智能調(diào)節(jié)，

7、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)大致分為4個(gè)區(qū)域 （如圖2-8右所示），vvt-i系統(tǒng)根據(jù)不同的區(qū)域（如圖所示的a、b. c及d區(qū) 域）可以完全實(shí)現(xiàn)對(duì)配氣相位進(jìn)行智能調(diào)整。*qrtt«氣門在不同工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的正時(shí)功能:上止點(diǎn)下止點(diǎn)圖2-9a區(qū)域工況（圖2-9）：怠速、輕載、低溫和啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，進(jìn)氣量 少，為防止出現(xiàn)缸內(nèi)新鮮充量向進(jìn)氣管內(nèi)的倒流，vvt-i控制進(jìn)氣門相位滯后， 排氣門相位提前，即減少了進(jìn)排氣門的疊開角，以便穩(wěn)定燃燒，增加低速轉(zhuǎn)矩， 提高燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。圖 2-10b區(qū)域工況（圖2-10）：中等載荷，發(fā)動(dòng)機(jī)屬于正常工況，為了降低nox排 放，vvt-i控制提早進(jìn)氣門開啟角，

8、推遲排氣門關(guān)閉角，其口的是讓部分廢氣倒 流入進(jìn)氣管，降低了進(jìn)入到汽缸的氧含量和混合氣的燃燒溫度，起到提高內(nèi)部 egr率的效果，從而降低nox的排放；另一方面，這一配氣相位的好處也能降低 泵氣損失，改善燃油經(jīng)濟(jì)性。i:止點(diǎn)卜止點(diǎn)圖 2-11c區(qū)域工況（圖2-11）：高速、重載，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī) 的換氣吋間縮短，因此，vvt-i控制排氣門開啟角度提前，同時(shí)應(yīng)推遲進(jìn)氣門遲 閉角，以最大程度低利用高轉(zhuǎn)速時(shí)的氣流慣性，充分進(jìn)行過后充氣，提高充氣效 率，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高速吋動(dòng)力性的要求。l：ll：點(diǎn)卜51：點(diǎn)圖 2-12d區(qū)域工況（圖2-12）：低中轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷vvt-i控制排氣相位，使z適當(dāng)

9、 推遲，即排氣門開啟角推遲，同時(shí)控制進(jìn)氣門相位提前，即減小進(jìn)氣門遲閉角， 這樣可提高充氣效率，減小進(jìn)氣損失，使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最大轉(zhuǎn)矩。2. 12燃油系統(tǒng):圖 2-13采用了無回油系統(tǒng)，以減少燃油蒸氣排放量，與燃油泵合為一體的燃油濾清 器、壓力調(diào)節(jié)器、燃汕汕位傳感器和燃汕切斷閥，可以斷開發(fā)動(dòng)機(jī)部件的回汕， 并能防止燃汕箱內(nèi)部溫度升高，見圖(2-13)o燃汕泵使用快速連接器連接帶燃 油軟管的燃油管，以提高維護(hù)的方便性，噴油器為12孔型，以提高燃油霧化程 度。2. 1.3點(diǎn)火系統(tǒng):圖 2-14采用了直接點(diǎn)火系統(tǒng)(dis) ,dis能提高點(diǎn)火正時(shí)精度，減少高壓損失(見 圖2-14)。取消了分電器，增強(qiáng)了點(diǎn)

10、火系統(tǒng)的口j靠性，dis是一個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)火系 統(tǒng)，每個(gè)汽缸有一個(gè)點(diǎn)火線圈(帶點(diǎn)火器)。dis共提供4個(gè)點(diǎn)火線圈，每個(gè)汽 缸一個(gè)點(diǎn)火線圈，與點(diǎn)火線圈一體的火花塞帽與火花塞相接觸。同時(shí)，點(diǎn)火器是 封裝的，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。2. 1.4發(fā)動(dòng)機(jī)缸體：汽缸體圖(2-15)采用輕質(zhì)鋁合金制造，薄的鑄恢襯套和汽缸體作為-個(gè)部 件壓制而成，襯套較薄，汽缸體的汽缸孔間相距7mm,因此不能鎮(zhèn)缸，缸套有刺 狀突起，大而積的不規(guī)則鑄件外表而可加強(qiáng)缸套和鋁缸體間的附著力，利于散熱、 降低整體溫度及減小氣缸孔熱變形。在汽缸體上設(shè)置了水泵渦流室和進(jìn)氣道，進(jìn)氣道孔設(shè)置圖 2-15在汽缸體曲軸軸瓦區(qū)域，因此，空氣在汽缸體底部平穩(wěn)流過，

11、脈動(dòng)損失減少，發(fā) 動(dòng)機(jī)輸出性能得到改善，曲軸軸瓦蓋采用梯形架結(jié)構(gòu)，以提高剛性，降低噪聲， 汽缸體的后部加工成圓錐形，以改善與變速驅(qū)動(dòng)橋的連接剛性。2. 1.5冷卻系圖 2-16冷卻系統(tǒng)（圖2-16）為全封閉、強(qiáng)制循環(huán)型。帶旁通閥的節(jié)溫器位于進(jìn)水 軟管上，以保持冷卻系統(tǒng)溫度分配適當(dāng)。采用鋁散熱芯，以減輕重量。在汽缸體 上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液采用u形回流，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液平穩(wěn)流動(dòng)。此外，汽缸蓋和 汽缸體上的旁通道是封閉的。熱水由發(fā)動(dòng)機(jī)送到節(jié)氣門以防止結(jié)冰。散熱器儲(chǔ)液 罐和風(fēng)扇護(hù)罩被組合成型，以減少部件數(shù)量。單冷卻風(fēng)扇（圖2-17）維持冷卻 系統(tǒng)和空調(diào)兩者的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。圖 2-172. 1.6控制系統(tǒng):初u

12、5 * i)f <uia .mu 卜dw、ahltku *|i sipttirnrawn斛lt wi h"丄、din."圖 218-mnsaini $11燃油泵電動(dòng)機(jī)圖 2-19發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)（圖2-18）包括以下部分：電子燃油噴射系統(tǒng)、智能節(jié)氣 門電控系統(tǒng)、esa電子點(diǎn)火提前角、雙vvt-1智能可變氣門正時(shí)、燃油泵控制、 加熱型氧傳感器和空燃比傳感器加熱器控制、燃油蒸汽排放、發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)系統(tǒng)、 冷卻風(fēng)扇控制。燃油泵控制系統(tǒng)接收來自srs傳感器的信號(hào)，當(dāng)汽車發(fā)生正而碰 撞氣囊展開時(shí)，采用燃油切斷控制停止燃油泵。發(fā)動(dòng)機(jī)ecu檢測(cè)到來口氣囊傳感 器總成的氣囊展開信號(hào)，并關(guān)閉

13、電路斷路繼電器。激活燃油切斷控制后，將點(diǎn)火 開關(guān)從off切換至on可取消燃油切斷控制，并可重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖2-19 屮氣囊傳感器總成與發(fā)動(dòng)機(jī)ecu之間采用can總線進(jìn)行通訊山o2. 2豐田花冠發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理分析2. 2. 1工作原理圖 2-20(“和圖 2-21vvt-t包含凸輪軸位置傳感器和凸輪軸正時(shí)液壓控制閥。發(fā)動(dòng)機(jī)ecu依據(jù)曲 軸位置傳感器、空氣流量計(jì)和節(jié)氣門位置傳感器的信號(hào)確定對(duì)葉輪正時(shí)的控制指 令，液壓控制電磁閥根據(jù)ecu來的控制信號(hào)推動(dòng)滑閥（如圖2-20）o壓力油在滑 閥的控制下冇兩個(gè)方向的流動(dòng)，一個(gè)方向是使提前室容積增加、滯后室容積減小, 另一個(gè)方向是提前室容積減小、滯后室容

14、積增加，前者配氣相位提早，后者配氣 相位推遲。當(dāng)ecu判斷不需要調(diào)整配氣相位時(shí)，發(fā)出保持信號(hào)，使滑閥處于中間 狀態(tài)，即壓力油不流動(dòng)，提前室與滯后室容積不變，凸輪軸相位也不變。由于各 種原因，vvt-1控制器對(duì)凸輪軸的控制不一定準(zhǔn)確地把凸輪軸位置調(diào)整到與氣門 相應(yīng)的理想位置。因此，凸輪軸位置傳感器的作用就是檢測(cè)凸輪軸的實(shí)際位置， 并把這一位置信號(hào)反饋給ecu,對(duì)目標(biāo)葉輪正時(shí)進(jìn)行控制，使凸輪軸的位置精確 地處于理想的相位。與此同時(shí)，ecu還把水溫傳感器和車速傳感器信號(hào)作為修正 信號(hào)，也對(duì)目標(biāo)葉輪進(jìn)行修正控制（如圖2-21）,以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)地 對(duì)正時(shí)相位進(jìn)行調(diào)整o提前狀態(tài)根據(jù)來口發(fā)動(dòng)機(jī)ec

15、u的提麗信號(hào)，凸輪軸在提前位置，總油壓 作用到正時(shí)提前側(cè)葉片室，使凸輪軸向正時(shí)提前方向轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖2-22）o圖2-22凸輪軸正時(shí)機(jī)汕控制閥（提前狀態(tài)）（2）滯后狀態(tài)根據(jù)來自發(fā)動(dòng)機(jī)ecu的滯后信號(hào)處在滯后位置，總油壓作用在正時(shí)滯后側(cè)葉片室，使凸輪軸向正時(shí)滯后方向轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖2-23）o圖2-22凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥（滯后狀態(tài)）（3）保持狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)ecu根據(jù)移動(dòng)狀況計(jì)算出預(yù)定的正時(shí)角,預(yù)定正時(shí)被設(shè) 定后，使凸輪軸止時(shí)機(jī)油控制閥在空擋位置，保持氣門止時(shí)直到移動(dòng)狀況改變。 調(diào)整氣門止時(shí)在預(yù)期目標(biāo)位置，防止發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油在不必要時(shí)流出。凸輪軸止時(shí)機(jī) 油控制閥位置處在保持位置（如圖2-24）o圖2-22凸輪軸正

16、時(shí)機(jī)汕控制閥（保持狀態(tài)）:進(jìn)開度:排q門開度idc(mjsig124yvvt-1工作范圍2.結(jié)構(gòu)賞mw刨不的的姑k?an卞剛所不.執(zhí)住 i*fmttrimf imumce ftmf immhw«im 位伶mutikuk的vrihjihq足由油f imw殳力火"曲決z “ m itcs-i 4«|il!k4»ieq itw.ift *t> i i 斤 * 井倦用 f i i i忡h電mfuw開 if ttt0捋忡）樂纜 侑況化礫檢切滾豪勺0矗比棗統(tǒng)陽vi45奮株開2州勸機(jī)少電薦igs%airklsialls1avsvfevapl笑空札yvfh徐葦克那電科吐用 it/mmush v. iiimc an （v ©圾）1s1ar脛勁帆掙制:總動(dòng)禮聯(lián)電事c < r主4費(fèi)ecuspd叫砒mtlw利fc的9刃":孚曲件冊(cè)4刊4帑視m和3砂""仁升杵齟卜4 "電動(dòng)低m乍乜 帝vsc和trc痂働齊莊7.刪測(cè)那械iwfflh itlhmil曲碎和舸齡*此就hwiko納憫利 ntiy. irimoiirftff電況肢他側(cè)腳：飛開楓gtmhh小h料hwu