第六章 電控發(fā)動(dòng)機(jī)其他控制系統(tǒng)(1)課件

1、Copy right by Zhangkui-kui 6.1可變配氣相位控制系可變配氣相位控制系 可變配氣技術(shù)，從大類上分，包括可變氣門正時(shí)和可變氣門升程兩大類為什么要進(jìn)行可變氣門正時(shí)？在普通的發(fā)動(dòng)機(jī)上，進(jìn)氣門和排氣門的開閉時(shí)間是固定不變的，這種固定不變的正時(shí)很難兼顧到發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速的工作需求。采用可變氣門正時(shí)（variable valve timing ,VVT）技術(shù)，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)在低、中轉(zhuǎn)速下的扭矩輸出，大大增強(qiáng)駕駛的操縱靈活性，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也能夠設(shè)計(jì)得更高。例如，日產(chǎn)的2升VVL發(fā)動(dòng)機(jī)比沒(méi)有配備VVT的相同結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以提供超過(guò)25的動(dòng)力輸出。又例如菲亞特1.8L VVT發(fā)動(dòng)機(jī)，能在

2、2000rpm6000rpm之間輸出90的扭力 簡(jiǎn)單的可變配氣相位VVT只有兩段或三段固定的相位角可供選擇，通常是0或30中的一個(gè)更高性能的可變配氣相位VVT系統(tǒng)能夠連續(xù)可變相位角，根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同，在0度30之間線性調(diào)控配氣相位角顯而易見(jiàn)，連續(xù)可變氣門正時(shí)系統(tǒng)更適合匹配各種轉(zhuǎn)速，因而能有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出性能，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出平順性有一些設(shè)計(jì)，像奔馳的雙可變氣門正時(shí)系統(tǒng)（見(jiàn)圖6-1），它能同時(shí)改變進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸的相位角，從而獲得與轉(zhuǎn)速更匹配的氣門疊加角，因此其擁有效率更高的配氣效率圖6-2 豐田進(jìn)氣門智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)（VVT-i）ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等傳感器信號(hào)來(lái)控制凸輪軸

3、調(diào)整機(jī)構(gòu)的機(jī)油壓力，從而改變進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉時(shí)刻，這樣的系統(tǒng)也稱為智能可變氣門正時(shí)（variable valve timing-intelligent,VVT-i），如圖6-1、6-2所示。1.凸輪軸凸輪軸/曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器VVT-i系統(tǒng)利用曲軸位置傳感器和VVT傳感器（凸輪軸位置傳感器）來(lái)感知凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)變化量，來(lái)獲知凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)量。2.VVT-i控控制器制器VVT-i控制器有葉片式和螺旋齒輪式兩種類型。葉片式葉片式VVT-i控制器控制器葉片式VVT-i控制器由定時(shí)鏈條驅(qū)動(dòng)的外殼、固定在凸輪軸上葉片組成，見(jiàn)圖6-3。螺旋齒輪式螺旋齒輪式VVT-i控制器控制器螺旋齒輪式

4、VVT-i控制器由螺旋齒輪、直齒輪（內(nèi)齒為螺旋齒輪）、活塞、回位彈簧、齒轂（外殼）組成，螺旋齒輪與凸輪軸固連，如圖6-4所示當(dāng)機(jī)油壓力作用在活塞上，克服彈簧力推動(dòng)直齒輪軸向運(yùn)動(dòng)，與之內(nèi)捏合的螺旋齒輪則會(huì)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，改變了凸輪軸的位置。鏈?zhǔn)芥準(zhǔn)絍VT-i控制器控制器鏈?zhǔn)絍VT-i控制器是在進(jìn)、排氣凸輪軸之間安裝的一個(gè)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，見(jiàn)圖6-5。排氣凸輪軸由曲軸通過(guò)皮帶直接驅(qū)動(dòng)，進(jìn)氣凸輪軸通過(guò)鏈輪和鏈條由排氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)。機(jī)油壓力作用在活塞上推動(dòng)鏈條張緊器上下的移動(dòng)時(shí)，改變進(jìn)氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。這種調(diào)整結(jié)構(gòu)只改變進(jìn)氣凸輪軸的正時(shí)，上海帕薩特B5和一汽奧迪A6汽車的VVT-i系統(tǒng)即采

5、用該種類型的結(jié)構(gòu)。3.凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥是由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU進(jìn)行占空比控制的，用于控制滑閥位置和分配VVT-i控制器流到提前側(cè)或延遲側(cè)的油壓。發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)，進(jìn)氣門正時(shí)是處于最大延遲角度位置。凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6-6所示。以豐田進(jìn)氣門智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)（VVT-i）為例，說(shuō)明智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)的控制原理見(jiàn)下圖6-7，智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)的工作過(guò)程見(jiàn)表6-1。圖示工作過(guò)程凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥的占空比工作過(guò)程說(shuō)明正時(shí)提前當(dāng)由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)送給凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥的占空比變大（ 50%），閥位置處于如圖所示位置，油壓作用于氣門正時(shí)提前側(cè)的葉片室，使

6、進(jìn)氣凸輪軸向氣門正時(shí)的提前方向旋轉(zhuǎn)。正時(shí)推遲當(dāng)由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)送給凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥的占空比變大（ 50%），閥位置處于如圖所示位置，油壓作用于氣門正時(shí)延遲側(cè)的葉片室，使進(jìn)氣凸輪軸向氣門正時(shí)的推遲方向旋轉(zhuǎn)。正時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)各傳感器的信息進(jìn)行處理，并計(jì)算出氣門正時(shí)角度，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)氣門正時(shí)以后，凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥通過(guò)關(guān)閉油道來(lái)保持油壓。如圖所示是保持現(xiàn)在的氣門正時(shí)的狀態(tài)。 表表6-1 豐田進(jìn)氣門智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)的工作過(guò)程豐田進(jìn)氣門智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)的工作過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門升程是受凸輪軸轉(zhuǎn)角長(zhǎng)度控制的，在普通的發(fā)動(dòng)機(jī)上，凸輪軸的轉(zhuǎn)角長(zhǎng)度固定，氣門升程也是固定不變的。在高轉(zhuǎn)速時(shí)，采用長(zhǎng)

7、升程來(lái)提高進(jìn)氣效率，讓發(fā)動(dòng)機(jī)的呼吸更順暢，在低速時(shí)，采用短升程，能產(chǎn)生更大的進(jìn)氣負(fù)壓及更多的渦流，讓空氣和燃油充分混合，因而提高低轉(zhuǎn)速時(shí)的扭力輸出?；赩VT機(jī)構(gòu)，VVTL采用凸輪轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制，及時(shí)調(diào)整進(jìn)、排氣門的升程和開啟持續(xù)時(shí)間。為了更好地提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和獲得更高的輸出，可變氣門升程系統(tǒng)對(duì)氣門開啟和關(guān)閉時(shí)刻進(jìn)行了優(yōu)化，大大提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。如圖6-8，為智能可變氣門升程系統(tǒng)（VVTL-i），當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低-中轉(zhuǎn)速時(shí)，由凸輪軸上的低-中速凸輪驅(qū)動(dòng)搖臂，使進(jìn)、排氣門動(dòng)作。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，來(lái)自傳感器的信號(hào)使ECU控制機(jī)油控制閥動(dòng)作，調(diào)節(jié)搖臂活塞液壓

8、系統(tǒng)，使高速凸輪工作，這樣進(jìn)、排氣門的升程和開啟持續(xù)時(shí)間增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率得以提高。VVTL-i系統(tǒng)的組成與VVT-i相似，控制系統(tǒng)也包括曲軸/凸輪軸位置、節(jié)氣門位置、冷卻液溫度傳感器和空氣流量計(jì)（見(jiàn)圖6-11），而驅(qū)動(dòng)部件則包括機(jī)油控制閥（OCV），特殊的凸輪軸和搖臂組件（如圖6-9、6-10和6-11所示）等。VVTL-i系統(tǒng)的控制原理見(jiàn)圖6-12所示。VVTL-i系統(tǒng)的工作過(guò)程見(jiàn)表6-2所示。機(jī)油壓力控制閥中的伺服閥是由ECU進(jìn)行占空比控制的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)油壓力控制閥開啟，機(jī)油直接通往在凸輪轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)上，使高速凸輪起作用。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低-中速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由低-中速凸輪推動(dòng)搖臂滾柱，使

9、兩個(gè)氣門動(dòng)作，此時(shí)高速凸輪也會(huì)推動(dòng)搖臂襯墊，但由于搖臂襯墊處于自由狀態(tài)，不會(huì)影響搖臂和兩個(gè)氣門動(dòng)作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低、中轉(zhuǎn)速時(shí)，ECU讀取各傳感器信號(hào)，控制機(jī)油壓力控制閥關(guān)閉，回油側(cè)開啟，機(jī)油回流。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)油壓力推動(dòng)搖臂銷，搖臂銷插栓在搖臂襯墊下，使搖臂襯墊鎖住。由于高速凸輪輪廓比低速凸輪大，高速凸輪推動(dòng)搖臂襯墊，此時(shí)由高速凸輪驅(qū)動(dòng)兩個(gè)氣門，氣門的升程和開啟持續(xù)時(shí)間得以延長(zhǎng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)油壓力控制閥開啟，機(jī)油直接通往在凸輪轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)上，使高速凸輪起作用。表表6-2 VVTL-i系統(tǒng)的工作過(guò)程系統(tǒng)的工作過(guò)程6.2 可變進(jìn)氣系統(tǒng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)有兩種類型：動(dòng)力閥控制系

10、統(tǒng)和進(jìn)氣諧振系統(tǒng)（ACIS）功能控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的空氣流通截面的大小，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷時(shí)的進(jìn)氣量需求，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) ， 進(jìn) 氣 量 較 少 ，ECU斷開真空電磁閥，真空罐中的真空進(jìn)入真空控制閥，動(dòng)力閥處于關(guān)閉位置，進(jìn)氣通道面積變小。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) ， 進(jìn) 氣 量 較 多 ，ECU接通真空電磁閥搭鐵回路，真空罐中的真空不能進(jìn)入真空控制閥，控制動(dòng)力閥開啟，進(jìn)氣通道面積變大。表表6-3動(dòng)力閥控制系統(tǒng)的工作過(guò)程動(dòng)力閥控制系統(tǒng)的工作過(guò)程控制進(jìn)氣道空氣流通截面積大小的動(dòng)力閥安裝在進(jìn)氣管上，動(dòng)力閥的開閉由真空控制閥控制動(dòng)作，ECU根據(jù)各傳感器信號(hào)通過(guò)真空電磁閥（

11、VSV）控制真空罐和真空控制閥的真空通道進(jìn)氣諧振控制系統(tǒng)（ACIS）通過(guò)分階段改變進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度，使發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能提高扭矩輸出，尤其是在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。對(duì)進(jìn)氣空氣控制閥進(jìn)行優(yōu)化控制以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度分階段改變。ECU控制進(jìn)氣空氣控制閥的動(dòng)作主要參考發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度信號(hào)。進(jìn)氣諧振控制系統(tǒng)有兩階段和三階段進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度的變化兩階段變化的進(jìn)氣諧振控制系統(tǒng)的工作原理如圖6-13所示圖6-13 豐田2JZ-FE發(fā)動(dòng)機(jī)兩階段進(jìn)氣諧振控制系統(tǒng)組成ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度信號(hào)控制真空電磁閥的開閉，從而控制真空罐內(nèi)的真空經(jīng)過(guò)真空電磁閥通往進(jìn)氣空氣控制閥的驅(qū)動(dòng)膜片氣室內(nèi)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣空氣控制閥的開關(guān)，詳細(xì)工作過(guò)程見(jiàn)表6-4低速時(shí)真空電磁閥開啟，真空罐內(nèi)的真空通過(guò)真空電磁閥進(jìn)入進(jìn)氣空氣控制閥的驅(qū)動(dòng)膜片氣室內(nèi)，進(jìn)氣空氣控制閥關(guān)閉，進(jìn)氣歧管的通道變長(zhǎng)。 之一變化延伸了進(jìn)氣歧管的有效長(zhǎng)度，改善了進(jìn)氣效率、提高了發(fā)動(dòng)機(jī)在低-中轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的扭矩輸出。 高速時(shí)真空電磁閥關(guān)閉，真空罐內(nèi)的真空不能經(jīng)真空電磁閥進(jìn)入進(jìn)氣空氣控制閥的驅(qū)動(dòng)膜片氣室內(nèi)，進(jìn)氣空氣控制閥開啟，進(jìn)氣歧管的通道變短，達(dá)到最大進(jìn)氣效率以提高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的功率輸出。表表6-4 進(jìn)氣諧振控制