豐田花冠發(fā)動機的結(jié)構(gòu)組成和工作原理分析

1、獨立IN圖 2-1圖 2-2此發(fā)動機在設(shè)計時將發(fā)動機活塞的行程設(shè)計的很長，是一臺長行程發(fā)動機,第二節(jié)豐田花冠發(fā)動機的結(jié)構(gòu)組成和工作原理分析2.1 豐田花冠發(fā)動機的結(jié)構(gòu)組成發(fā)動機的結(jié)構(gòu)如圖(2-1):2-1):正時隨條此類發(fā)動機在中低速扭力充沛，駕駛性良好，燃燒也完全，能降低 HCHC 的污染，也能節(jié)省燃油，曲軸采用偏心放置，相對于曲軸中心來說，缸孔中心向進(jìn)氣側(cè)偏移 8mm8mm（圖2-22-2 左）。從而在最大壓力作用時側(cè)壓力減小，同時也能改善燃油經(jīng)濟性。凸輪軸采用正時鏈條來驅(qū)動（圖 2-22-2 右）。正時鏈條的壽命長，在正常的使用狀況下，發(fā)動機用到報廢都不需要調(diào)整與更換，可靠度比正時皮帶高

2、很多。氣門采用新的技術(shù)，不使用氣門調(diào)隙片，而以直接選配的方法來控制氣門間隙，輕量化使得此發(fā)動機使用彈簧系數(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。2.1.12.1.1 進(jìn)氣系統(tǒng):圖 2-3此發(fā)動機氣門采用較小的氣門夾角，且沒有采用傳統(tǒng)的氣門座，而是以激光在汽缸頭鍍上一層較薄的耐磨耗合金來取代氣門座（圖 2-32-3）, ,使得整個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，高速性能得以充分提高。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，同時減少廢氣排放量。氣缸蓋上水套通路使冷卻性能最優(yōu)，此

3、外，冷卻水旁通道設(shè)置在進(jìn)氣道下面，以減少部件數(shù)量，同時達(dá)到減輕重量的目的。進(jìn)氣門和排氣門的角度小并設(shè)置在 2929 度，以獲得一緊湊型氣缸蓋。采用錐形擠壓式燃燒室，使發(fā)動機抗爆燃性和燃油利用率得到提高（圖 2-42-4）0液壓間隙調(diào)節(jié)器位于滾針式搖臂的支點，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)動機機油使液壓間隙調(diào)節(jié)器工作。機油壓力和彈簧力作用在柱塞上，推動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，從而降低了配氣機構(gòu)的工作噪音（圖 2-52-5）。最關(guān)鍵的 VVT-IVVT-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

4、氣流量計和水溫傳感器將信號傳給發(fā)動機 ECU,ECU,再由發(fā)動機 ECUECU控制凸輪軸正時機油控制閥來實現(xiàn)系統(tǒng)的正常工作。下面我們來詳細(xì)的了解一下它的控制1。圖 2-6VVT-I 正時控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)VVT-IVVT-I 系統(tǒng)控制器與進(jìn)氣凸輪軸耦合的葉片和從動正時鏈的殼體組成。與進(jìn)氣凸輪軸上的提前或滯后油路傳送機油壓力，使 VVT-IVVT-I 控制器實行控制。主正時鏈驅(qū)動進(jìn)氣側(cè)的 VVT-IVVT-I 控制器外殼的鏈輪，外殼上的另一鏈輪驅(qū)動副正時鏈，并同時驅(qū)動排氣側(cè)VVT-IVVT-I 控制器外殼。VVT-IVVT-I 控制器（圖 2-62-6）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由控制器外殼、葉輪、鎖銷、葉輪

5、回位彈簧、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運動。這一相對運動是由氣門正時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，葉輪相對于控制器外殼的轉(zhuǎn)動方向與外殼的轉(zhuǎn)動方向相同，則凸輪軸的相位也就提早，反之亦然。當(dāng)發(fā)動機停止時進(jìn)氣凸輪軸多處在滯后狀態(tài)，以確保啟動性。9BDb）工作附0 停止時如果液壓沒有傳遞至 VVT-IVVT-I 控制器緊接著就啟動發(fā)動機，這時候會對發(fā)動機 VVT-IVVT-I 系統(tǒng)造成損壞。因此，就必須有一個控

6、制元件來對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，這就是鎖銷（圖 2-72-7）, ,鎖銷就相當(dāng)于一個單向閥，在發(fā)動機某種，卜#況下不需要 VVT-IVVT-I 系統(tǒng)工作時，就鎖止葉片。而在發(fā)動機需要系統(tǒng)工作時，則要開啟鎖銷，使葉片能自由轉(zhuǎn)動?；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)動機停止運轉(zhuǎn)位置，此時提前室容積最小，鎖止銷在彈簧力作用下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)動機正常啟動；當(dāng)發(fā)動機啟動后，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，隨之鎖止銷從控制器外殼銷孔內(nèi)脫出，于是外殼與葉輪之間就可以有相對運動，從而實現(xiàn)對提前室和滯后室容積的控制，能同時對進(jìn)、排氣

7、門的開啟和關(guān)閉正時進(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)動機不同的工作狀態(tài)，連續(xù)地調(diào)節(jié)進(jìn)、排氣門的閉合角度，以實現(xiàn)對凸輪軸相位進(jìn)行實時智能調(diào)節(jié)，發(fā)動機的工作狀態(tài)大致分為 4 4 個區(qū)域（如圖 2-82-8 右所示），VVT-I系統(tǒng)根據(jù)不同的區(qū)域（如圖所示的 A A、RCRC 及 D D 區(qū)域）可以完全實現(xiàn)對配氣相位進(jìn)行智能調(diào)整1o圖 2-8氣門在不同工作狀態(tài)下實現(xiàn)的正時功能:蚓1機制學(xué)上止點下止點圖 2-9A A 區(qū)域工況（圖 2-92-9）: :怠速、輕載、低溫和啟動時，發(fā)動機轉(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-IVV

8、T-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)濟性和環(huán)保性。上止點下止點圖 2-10B B 區(qū)域工況（圖 2-102-10）: :中等載荷，發(fā)動機屬于正常工況，為了降低 NOxHFNOxHF放， VVT-IVVT-I 控制提早進(jìn)氣門開啟角， 推遲排氣門關(guān)閉角， 其目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 EGRpEGRp 的效果， 從而降低 N NO O對勺排放；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)濟性。上止點卜止點圖 2-11C C 區(qū)域工況（圖 2-112-11

9、）: :高速、重載，由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高，相當(dāng)于發(fā)動機的換氣時間縮短，因此，VVT-IVVT-I 控制排氣門開啟角度提前，同時應(yīng)推遲進(jìn)氣門遲閉角，以最大程度低利用高轉(zhuǎn)速時的氣流慣性，充分進(jìn)行過后充氣，提高充氣效率，滿足發(fā)動機高速時動力性的要求。卜 H1 與圖 2-12D D 區(qū)域工況（圖 2-122-12）: :低中轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷 VVT-IVVT-I 控制排氣相位，使之適當(dāng)推遲，即排氣門開啟角推遲，同時控制進(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)動機獲得最大轉(zhuǎn)矩。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、燃油油

10、位傳感器和燃油切斷閥，可以斷開發(fā)動機部件的回油，并能防止燃油箱內(nèi)部溫度升高，見圖（2-132-13）0 0燃油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 1212 孔型，以提高燃油霧化程度。圖 2-14采用了直接點火系統(tǒng)（DISDIS）,DIS,DIS 能提高點火正時精度，減少高壓損失（見圖 2-142-14）。取消了分電器，增強了點火系統(tǒng)的可靠性，DISDIS 是一個獨立的點火系統(tǒng)，每個汽缸有一個點火線圈（帶點火器）。DISDIS 共提供 4 4 個點火線圈，每個汽缸一個點火線圈，與點火線圈一體的火花塞帽與火花塞相接觸。同時，點火器是封裝的，以簡化系統(tǒng)。2.1.42

11、.1.4發(fā)動機缸體：汽缸體圖（2-152-15）采用輕質(zhì)鋁合金制造，薄的鑄鐵襯套和汽缸體作為一個部件壓制而成，襯套較薄，汽缸體的汽缸孔間相距 7mm7mm 因此不能鏈缸，缸套有刺狀突起，大面積的不規(guī)則鑄件外表面可加強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)機油鉗國H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，脈動損失減少，發(fā)動機輸出性能得到改善，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)動橋的連接剛性。2.1.52.1.5冷卻系圖 2-16冷卻系統(tǒng)（圖

12、2-162-16）為全封閉、強制循環(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)動機冷卻液采用 U U 形回流，以確保發(fā)動機冷卻液平穩(wěn)流動。止匕外，汽缸蓋和汽缸體上的旁通道是封閉的。熱水由發(fā)動機送到節(jié)氣門以防止結(jié)冰。散熱器儲液罐和風(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 2-172-17）維持冷卻系統(tǒng)和空調(diào)兩者的運轉(zhuǎn)性能。股熱MJ6膨賬水箱錯相股熱芯圖 2-19發(fā)動機控制系統(tǒng) （圖 2-182-18） 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)、ESAESA 電子點火提前角、雙 VVT-IVVT-I 智能可變氣門正

13、時、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)動機停機系統(tǒng)、冷卻風(fēng)扇控制。燃油泵控制系統(tǒng)接收來自 SRSSRS 專感器的信號，當(dāng)汽車發(fā)生正面碰撞氣囊展開時，采用燃油切斷控制停止燃油泵。發(fā)動機 ECUECU 僉測到來自氣囊傳感器總成的氣囊展開信號，并關(guān)閉電路斷路繼電器。激活燃油切斷控制后，將點火開關(guān)從 OFFOFF 切換至 ONON 可取消燃油切斷控制，并可重新啟動發(fā)動機。如圖 2-192-19 中氣囊傳感器總成與發(fā)動機 ECEC 必問采用 CANCAN 總線進(jìn)彳 T T 通訊12.2 豐田花冠發(fā)動機工作原理分析工作原理圖 2-21VVT-IVVT-I 包含凸輪軸位置傳

14、感器和凸輪軸正時液壓控制閥。發(fā)動機 ECUftECUft 據(jù)曲軸位置傳感器、空氣流量計和節(jié)氣門位置傳感器的信號確定對葉輪正時的控制指令，液壓控制電磁閥根據(jù) ECUHECUH 勺控制信號推動滑閥（如圖 2-202-20）。壓力油在滑閥的控制下有兩個方向的流動，一個方向是使提前室容積增加、滯后室容積減小，另一個方向是提前室容積減小、滯后室容積增加，前者配氣相位提早，后者配氣相位推遲。當(dāng) ECLRECLR 斷不需要調(diào)整配氣相位時，發(fā)出保持信號，使滑閥處于中間狀態(tài)，即壓力油不流動，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-IVVT-I 控制器對凸輪軸的控制不一定準(zhǔn)確地把扈，凸 I

15、tl庫J修門 G”也 1I”均11m日，凸 K 酒隼捏 E4P3M*?P 叵坦聿旗凸輪軸位置調(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凸輪軸的實際位置，并把這一位置信號反饋給 ECUECU 對目標(biāo)葉輪正時進(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，ECUKECUK 把水溫傳感器和車速傳感器信號作為修正信號，也對目標(biāo)葉輪進(jìn)行修正控制（如圖 2-212-21）, ,以根據(jù)發(fā)動機工作狀態(tài)實時地對正時相位進(jìn)行調(diào)整3。（1 1）提前狀態(tài)根據(jù)來自發(fā)動機 ECUECU 的提前信號，凸輪軸在提前位置，總油壓作用到正時提前側(cè)葉片室，使凸輪軸向正時提前方向轉(zhuǎn)動（如圖 2-222-

16、22）。圖 2-22 凸輪軸正時機油控制閥（提前狀態(tài)）（2 2）滯后狀態(tài)根據(jù)來自發(fā)動機 ECUECU 的滯后信號處在滯后位置，總油壓作用在正時滯后側(cè)葉片室，使凸輪軸向正時滯后方向轉(zhuǎn)動（如圖 2-232-23）。圖 2-22 凸輪軸正時機油控制閥（滯后狀態(tài)）（3 3）保持狀態(tài)發(fā)動機 ECUECU 根據(jù)移動狀況計算出預(yù)定的正時角，預(yù)定正時被設(shè)定后，使凸輪軸正時機油控制閥在空擋位置，保持氣門正時直到移動狀況改變。調(diào)整氣門正時在預(yù)期目標(biāo)位置，防止發(fā)動機機油在不必要時流出。凸輪軸正時機油控制閥位置處在保持位置（如圖 2-242-24）。圖 2-22 凸輪軸正時機油控制閥（保持狀態(tài)）VVT-I 工作范圍E

17、TCS4（智能節(jié)氣fl電除第娥）1處EFTCSi.M兒用”I件的州“停傳川仙”施，1、心,UftMtlMMmMVI.N.力Fl體的111丸。跳出制附機火易決*,料二ETCMMKIBMKBCUiHli&ft善錦nftmw!l9MiOIUUt?MF（t.Iis，將ISOt!謂。加）市收KX京網(wǎng).0/收l“檢4”，2Kbi條統(tǒng)陽，ftHfl/vrnlowwawVSV3Api的事件M中UMI;SIRAr*堂動機*竹雪wntr?iiHi) )CAN(VI曲井關(guān)./懺生)a.IHIJfX小VH/1MU簫電 KH乩 A_HIb那電界MRlL熱電N、從屜H餐業(yè)4除6等電 K上電值1.一一、上一iunhr供麗廣收kBVUfcP”DU3JKJ樂M憐M柔縝（TMTi：動作雄M，+*43M觥卜+川始曲&處THT 4射*訛i1機8諭&統(tǒng)的4T方vscmc$次