VVT技術(shù)介紹PPT課件

1、2021/3/91VVTVVT技術(shù)介紹技術(shù)介紹2021/3/92目錄目錄一、什么是VVT二、VVT的優(yōu)勢三、VVT的分類四、VVT的結(jié)構(gòu)五、VVT工作原理六、VVT控制過程七、VVT控制策略八、VVT標定九、VVT缺點十、VVT制作商十一、VVT未來發(fā)展方向2021/3/93什么是什么是VVTVVT：VVT是Variable Valve Timing的簡寫，顧名思義即可變氣門正時。 眾所周知，內(nèi)燃機的氣門正時取決于凸輪軸的相位，一旦凸 輪軸的相位確定，其進排氣門開啟和關(guān)閉的相位一定；通常 情況下，凸輪軸在設計時很難兼顧到內(nèi)燃機所有工況下的性 能，而VVT是一種通過改變凸輪相位來調(diào)整氣門正時的裝

2、置。2021/3/94通俗講發(fā)動機的進排氣就好比人的呼吸，發(fā)動機一成不變的通俗講發(fā)動機的進排氣就好比人的呼吸，發(fā)動機一成不變的“ “呼吸呼吸” ”節(jié)奏阻礙發(fā)動機效率的提升，節(jié)奏阻礙發(fā)動機效率的提升，VVTVVT就相當讓發(fā)動機在各種負荷和轉(zhuǎn)就相當讓發(fā)動機在各種負荷和轉(zhuǎn)速下自由調(diào)整速下自由調(diào)整“ “呼吸呼吸” ”，從而提升動力表現(xiàn)，提高燃燒效率。，從而提升動力表現(xiàn)，提高燃燒效率。 2021/3/95 VVT系統(tǒng)可分為分段式調(diào)節(jié)和連續(xù)調(diào)節(jié)，而連續(xù)調(diào)節(jié)式VVT又可分為如下四類： （1）單進氣VVT,簡稱IPS （2）單排氣VVT, 簡稱EPS （3）進、排氣獨立調(diào)節(jié)VVT,簡稱DIPS （4）進、排氣

3、等相位調(diào)節(jié)VVT, 簡稱DEPS 目前，市面上不同汽車廠商命名的如VVT,VCT,VVT-i, CVVT, DVVT,VCP,CVCP等，其實都是上述技術(shù)中的一種，名字不同而已。 此外，還有一種配氣技術(shù)叫可變氣門升程（此外，還有一種配氣技術(shù)叫可變氣門升程（VVL），還有既可變氣門正時（），還有既可變氣門正時（VVL）和又可變氣門升程（和又可變氣門升程（VVTL，VTEC）2021/3/96DIPSIPSEPSDEPS 排放 內(nèi)部 EGR 催化器加熱燃油經(jīng)濟性 扭矩 / 功率 舒適性 怠速穩(wěn)定性FE - 3%NOx - 50%HC - 10%torque/power + 5%FE - 5 %NO

4、x - 70 %HC - 15 %torque/power + 10%FE - 3 %NOx - 70 %HC - 15 %torque/powerFE - 4-6 %NOx - 50 %HC - torque/power -2021/3/97 VVT系統(tǒng)由液壓調(diào)相器，機油控制閥（OCV），凸輪軸相位傳感器，曲軸相位傳感器，發(fā)動機控制單元等組成。其電液圖如右：VVT凸輪相位傳感器傳感器環(huán)機油控制閥機油 連接至機油泵機油 連接至油底殼發(fā)動機管理系統(tǒng) 曲軸相位傳感器2021/3/98 液壓調(diào)相器結(jié)構(gòu)鏈輪，定子和罩板共同組成液壓空腔，并被帶有油封的星型轉(zhuǎn)子分割為兩個油腔，油腔分別于凸輪軸和OCV進出

5、油孔對應相連。其中轉(zhuǎn)子與凸輪軸通過中央螺栓固定在一起，轉(zhuǎn)子與凸輪軸的轉(zhuǎn)動永遠是同步的；而定子與鏈輪或帶輪通過定子螺栓固定在一起，鏈輪或帶輪以及定子與曲軸的轉(zhuǎn)動是同步的。轉(zhuǎn)子相對于定子有相對轉(zhuǎn)動時，也就意味著凸輪軸就相對于曲軸有正時提前或滯后。2021/3/99 機油控制閥（OCV）結(jié)構(gòu)VVT系統(tǒng)的OCV閥為比例閥，即閥芯的移動位置與發(fā)動機ECU向OCV線圈提供的PWM占空比大小是成正比的。占空比逐漸加大時，線圈電磁力也逐漸加大，鐵芯總成在螺線管中移動，并克服彈簧力推動閥芯前移，當占空比信號逐漸減小時，電磁力也逐漸減小，閥芯在彈簧力的作用下逐漸回位。閥芯在移動過程中，與閥套配合實現(xiàn)油路的切換，從

6、而控制機油進出OCV閥的方向和流量，進而控制流入/流出相位器油腔的機油流量。2021/3/910VVT系統(tǒng)的所有工作均需通過機油完成，為保證VVT及時、準確的工作，必須保證油壓在工作范圍內(nèi)，為此，一般VVT發(fā)動機均有單獨的VVT油路，機油從油底殼被機油泵輸送到凸輪軸，然后經(jīng)過OCV閥，然后OCV控制進入相位器內(nèi)部空腔中的機油量和機油流入/流出方向。OCV按照ECU的指令，通過閥芯的軸向位置來調(diào)節(jié)機油的流向，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 機油供給方案2021/3/911右圖是吉利發(fā)動機VVT技術(shù)機械原理，請點擊查看動畫演示動畫演示2021/3/912發(fā)動機ECU根據(jù)節(jié)氣門開

7、度傳感器，發(fā)動機水溫傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器，進氣壓力傳感器等傳來的信號，查找MAP圖所對應的氣門正時角，即目標位置；同時，發(fā)動機ECU根據(jù)曲軸位置傳感器和凸輪位置傳感器傳來的反饋信號計算得出的凸輪軸的實際位置。ECU將目標位置和實際位置進行比較，并根據(jù)ECU的控制策略，向 機油控制閥（OCV）發(fā)出作動信號，改變控制閥中閥芯的位置，從而改變油路中機油流向和流量大小，把提前、滯后、保持不變等信號以油壓方式反饋至VVT相位器空腔內(nèi)，來實現(xiàn)相位器內(nèi)部定子和外部轉(zhuǎn)子之間的相對轉(zhuǎn)動 ，來調(diào)節(jié)凸輪軸的正時角度，從而達到調(diào)整進氣（排氣）的量，和氣門開閉時間。 VVT VVT系統(tǒng)為閉環(huán)控制，系統(tǒng)為閉環(huán)控制，PIDP

8、ID控制法控制法。VVT技術(shù)的控制原理2021/3/913 VVT的初始位置機油泵油底殼為了更好的說明VVT系統(tǒng)的工作過程，下面以進氣VVT為例，分別概述其三個最基本的工作過程：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)。通常進氣VVT基準位置為進氣配氣相位滯后位置，即進氣門滯后打開和關(guān)閉。2021/3/914 工作位置機油泵油底殼輸入OCV的PWM信號占空比逐漸加大，閥芯移動到最遠的位置，相位器中左側(cè)油腔壓力逐漸加大，解鎖后，當左側(cè)油腔中壓力大于右側(cè)油腔壓力

9、，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)，即進氣門將提前打開和關(guān)閉。2021/3/915 穩(wěn)定位置機油泵油底殼即轉(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。2021/3/916 在初始位置初始位置，進氣最大遲關(guān)，排氣最大早開。TDCBDC 進氣排氣2021/3/917 怠速，低負荷，低溫或者起動怠速，低負荷，低溫或者起動時，主要考慮燃油經(jīng)濟性和發(fā)動機的運轉(zhuǎn)平順性，往往要盡可能的推遲

10、打開進氣門，提前關(guān)閉排氣門，采用小的氣門疊開角。TDCBDC較小的氣門重疊角減少廢氣進入進氣道發(fā)動機負荷發(fā)動機轉(zhuǎn)速工作范圍工作范圍進氣排氣2021/3/918 中等負荷中等負荷時，不僅要考慮動力性，還要兼顧燃油經(jīng)濟性，因此進氣應早開，排氣應晚關(guān)，采用大的氣門疊開角。上止點下止點采用大的氣門重疊角增加內(nèi)部 EGR, 減小吸氣損失發(fā)動機負荷發(fā)動機轉(zhuǎn)速工作范圍工作范圍進氣排氣2021/3/919 在中低轉(zhuǎn)速高負荷中低轉(zhuǎn)速高負荷時，動力性需求明顯，因此進氣門應更早關(guān)，排氣門應適當?shù)耐黹_，以獲得更大的扭矩和功率輸出。上止點下止點排氣門晚開完全利用燃燒壓力發(fā)動機負荷發(fā)動機轉(zhuǎn)速工作范圍工作范圍進氣門早關(guān)提高

11、進氣效率進氣排氣2021/3/920 高速高負荷高速高負荷時，氣流速度高，為盡可能的提高進氣效率，進氣應更晚關(guān)，排氣應更早開。此時功率輸出最大。發(fā)動機負荷發(fā)動機轉(zhuǎn)速工作范圍工作范圍上止點下止點進氣晚關(guān)，提高進氣效率排氣早開，減少進氣損失進氣排氣2021/3/921VVTVVT工作條件：工作條件：1.主繼電器工作正常2.進氣溫度，水溫，油溫在系統(tǒng)設定的限值范圍內(nèi)（如水溫在80左右，機油溫度95左右）3.機油壓力滿足工作要求（300kpa以上）4.發(fā)動機轉(zhuǎn)速在系統(tǒng)設定的限制范圍內(nèi)（下限為滿足機油壓力要求的最低轉(zhuǎn)速，上限為發(fā)動機進氣門最遲關(guān)閉的最低轉(zhuǎn)速）5.發(fā)動機起動一段時間后6. 6.凸輪軸相位自

12、學習成功凸輪軸相位自學習成功7. 7.凸輪軸和曲軸的同步關(guān)系正確凸輪軸和曲軸的同步關(guān)系正確1-6條件標定根據(jù)經(jīng)驗設置，對于不同發(fā)動機也基本相同第7個條件取決于發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設計，要根據(jù)主機廠提供的參數(shù)進行計算2021/3/922凸輪軸相位自學習凸輪軸相位自學習在初始階段VVT鎖死位置，開始要進行自學習，ECU檢測同步實際值和計算標定值是否一致，進行修正。2021/3/923凸輪軸和曲軸的同步原則：凸輪軸和曲軸的同步原則：在VVT調(diào)整范圍內(nèi)，曲軸參考位置對應的凸輪軸信號必須高低電平交替出現(xiàn)。2021/3/924使能水溫VVT采集周期比例最大限制積分最大限制死區(qū)范圍使能最低轉(zhuǎn)速使能最高轉(zhuǎn)速延遲時間V

13、VTVVT部分標定變量部分標定變量2021/3/925大負荷基本大負荷基本VVT MAPVVT MAP標定標定大負荷標定時側(cè)重動力性大負荷標定時，節(jié)氣門位置和發(fā)動機轉(zhuǎn)速確定工況，在固定一個VVT角度，適當調(diào)整供油量和點火提前角在排出爆震的前提下，找到最大扭矩點，記錄此時發(fā)動機轉(zhuǎn)速，進氣歧管壓力等參數(shù)，依次以一定步長增大VVT角度，保持節(jié)氣門位置和發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，按照上述方法會得到不同的扭矩值，扭矩最大的即為最佳VVT角度。調(diào)整節(jié)氣門位置和發(fā)動機轉(zhuǎn)速確定整個VVT MAP圖。大負荷時發(fā)動機轉(zhuǎn)入開環(huán)控制，適當加濃空燃比，以獲得良好的動力，和利用標定時建立的排溫模型控制排溫，防止催化器溫度過熱。20

14、21/3/926部分負荷部分負荷VVT MAPVVT MAP標定標定中等負荷區(qū)域是發(fā)動機最常用的工況，也是排放重點控制工況，所以中等負荷區(qū)應該在滿足排放指標的情況下，獲取最低油耗。試驗時在每個工況點（轉(zhuǎn)速，進氣歧管壓力），設置不同的VVT角度，調(diào)整對應的VE表，使Lamda保持在1位置，安照最大扭矩最小提前角原則，調(diào)整其對應的點火提前角，使油耗最低，最后選取滿足排放指標，最低油耗的那個相位角為最佳VVT轉(zhuǎn)角，根據(jù)上述方法制取全部部分負荷，最后平順MAP圖。2021/3/927n 增加了零件，單機成本提高n 增加了潤滑系統(tǒng)的性能要求n 增加了凸輪軸前端軸承的負荷n 增加正時輪系的慣量和對正時皮帶

15、的要求n 增加了標定工作量2021/3/928隨著節(jié)能減排要求日益加嚴，VVT技術(shù)也由以前作為發(fā)動機特有技術(shù)趨近于發(fā)動機的標配。隨著中國汽車市場爆發(fā)式增長，VVT技術(shù)的市場前景也異常樂觀。然而，這一巨大的市場蛋糕如今也不能由某幾家VVT制造商獨占，競爭者也越來越多，市場競爭也日趨白熱化。下面針對目前一些主要VVT供應商進行簡單介紹。美系：供應商主要有美系：供應商主要有BorgwarnerBorgwarner，DelphiDelphi。Borgwarner依靠其深厚的鏈傳動技術(shù)主導著VVT鏈輪齒形的行業(yè)規(guī)范，加之進入行業(yè)較早，一直在行業(yè)內(nèi)占據(jù)較大市場份額，產(chǎn)品種類豐富，粉末冶金，鋁壓鑄件，精沖件

16、都有涉及。在上海設有研發(fā)中心Delphi則依靠其強大的發(fā)動機管理系統(tǒng)開發(fā)能力在VVT業(yè)界的影響力也不容小覷，提供的標定技術(shù)支持成為他們津津樂道的項目攻關(guān)的有力武器。這兩家供應商都具備獨立研發(fā)生產(chǎn)相位器和OCV的能力。2021/3/929德系：供應商主要有德系：供應商主要有Schaeffler INASchaeffler INA，HiliteHilite。Schaeffler INA一直以其高精度制造工藝和質(zhì)量穩(wěn)定而著稱，幾乎與中國境內(nèi)所有的汽車主機廠都有合作項目，并且其產(chǎn)品已量產(chǎn)多年。而且在歐洲，目前也主要與與BMW，Porsche，F(xiàn)errari等高端車型配套。在中國上海建有研發(fā)中心，實現(xiàn)V

17、VT本土研發(fā)和提供技術(shù)支持，生產(chǎn)基地位于江蘇太倉。其相位器主要工藝為粉末冶金和精沖。具有獨立研發(fā)生產(chǎn)相位器和OCV的能力。目前零部件處于部分國產(chǎn)化階段。尚無批量生產(chǎn)鋁制VVT系統(tǒng)，安全系數(shù)高，但缺點是零件較重，成本較高。而Hilite則是Schaeffler INA強有力的競爭對手。同樣具有獨立研發(fā)生產(chǎn)相位器和OCV的能力?？偛课挥诘聡?，在美國和中國設有研發(fā)中心，VVT生產(chǎn)基地位于江蘇常熟。它于2014年被中航工業(yè)收購100%股權(quán)，最近開始實施零件國產(chǎn)化計劃。其主要客戶為上海通用，大眾和吉利。2021/3/930日系：供應商主要有日系：供應商主要有DensoDenso，HitachiHitac

18、hi，AisinAisin，MikuniMikuni。日系供應商依然延續(xù)業(yè)界傳統(tǒng)，在日系車企占據(jù)較大市場份額，同時也進軍歐美和中國本土車系市場。粉末冶金和鋁壓鑄也都有涉及。都有獨立研發(fā)生產(chǎn)相位器和OCV的能力。另外Toyota和Honda能自行研發(fā)和生產(chǎn)VVT系統(tǒng)。Denso主要客戶為豐田，現(xiàn)代，起亞和標志雪鐵龍，目前也正在和大眾開展新的業(yè)務。其零部件已經(jīng)實現(xiàn)完全國產(chǎn)。因規(guī)?；褂娩X制VVT系統(tǒng)，成本低廉。Hitachi與本田，尼桑保持緊密合作，并有意于將新技術(shù)導入到本土主機廠。其零部件目前實現(xiàn)部分國產(chǎn)化。也因規(guī)?；褂娩X制VVT系統(tǒng)，成本低廉。2021/3/931中國本土：中國本土：浙江泰州

19、Deerfu，四川綿陽富臨精工是國內(nèi)較早進入VVT行業(yè)的本土供應商，目前除了給長城，吉利，上汽供貨以外，也為GM中國市場供貨，都有獨立研發(fā)生產(chǎn)相位器和OCV的能力。另外，還有四川宜賓天工，浙江臺州大行，廣東佛山天佑，安徽蕪湖杰鋒動力都是相對較新的VVT本土供應商，有相位器生產(chǎn)能力，OCV處于研發(fā)初期，基本外購。據(jù)2008年統(tǒng)計數(shù)據(jù)得知，Toyota，Hitachi，Denso，Honda，Schaeffler這5家主要的VVT系統(tǒng)供應商占據(jù)中國國內(nèi)約76%的市場份額，而到2014年，能生產(chǎn)VVT的公司至少達到80家以上，主要得益于國內(nèi)供應商的異軍突起。據(jù)預測，未來五年內(nèi)，綿陽富臨精工將會出現(xiàn)強勢增長，其銷量將引領(lǐng)本土VVT系統(tǒng)制造商。2021/3/932VVT系統(tǒng)產(chǎn)品演化與升級主要經(jīng)歷了如下幾代產(chǎn)品：從初期的液壓式螺旋花鍵相位器到目前中國國內(nèi)大規(guī)模使用的液壓葉片式和星型轉(zhuǎn)子相位器，都采用插入式OCV，OCV一般裝在發(fā)動機凸輪軸罩蓋或發(fā)動機氣