汽車發(fā)動機的可變氣門技術

可變氣門技術是汽車發(fā)動機技術的一個重要組成部分，這項技術的提出帶來了發(fā)動機燃油系統(tǒng)的一場革命，既改善了發(fā)動機的整體性能，又在質量上做出了保障。發(fā)動機可變氣門正時技術（簡稱為VVT，英文全稱為Variable Valve Timing） 是汽車發(fā)動機領域的一項重要研究成果，隨著工業(yè)社會的發(fā)展，在現(xiàn)代轎車上這項技術被運用的越來越普遍。該技術能夠使進氣充量得到顯著的提升，進而增加發(fā)動機的扭矩，同時發(fā)動機功率也得到了顯著提升。當前社會，混合動力汽車性能正在逐漸的優(yōu)化，發(fā)動機可變氣門正時技術同樣也能夠在該領域一展拳腳，主要實現(xiàn)的就是對動力模式的隨意切換，進而極大地降低來自于內燃機的污染排放。豐田的 VVT-i 系統(tǒng)算是業(yè)界先驅，率先為該問題提供了解決方案。

1. 豐田VVT-i 系統(tǒng)

豐田公司作為汽車行業(yè)的領先者，自然掌握了多項汽車核心科技，其中 VVT-i 技術就是其擁有自主知識產權的先進的發(fā)動機技術， 在過去的幾十年間，該技術僅僅被使用在豐田公司原裝進口的頂級汽車上。豐田VVT-i系統(tǒng)由一個固定在進氣凸輪軸上的葉片，一個與從動正時鏈輪一體的殼體，一個鎖銷組成?？刂破饔袣忾T正時提前室和氣門正時滯后室。通過凸輪軸上的提前或滯后油路中傳送機油壓力，使控制器葉片沿圓周方向旋轉，連續(xù)改變氣門正時，以獲得最佳配氣相位。下圖為VVT-i控制器的的結構。對于VVT-i的優(yōu)點在于能夠持續(xù)的調控節(jié)氣門正時，缺點則是無法實現(xiàn)節(jié)氣門升程的調控。



2. 從 VVT-i 到 VVTL-i

由于市場的需要以及客戶的需求，豐田公司在原有的VVT-i技術上進行改良，研發(fā)出了新一代的VVTL-i技術。從結構上來看，就是在VVT-i結構的基礎上增加了凸輪轉換機構，從而使發(fā)動機在不同轉速工況下由不同的凸輪控制，及時調整進氣門的升程和開啟持續(xù)時間。結構圖如下圖所示。



當發(fā)動機低-中速運轉時，由凸輪軸上的低-中速凸輪驅動搖臂滾柱，使兩個進氣門動作；一旦發(fā)動機高速運轉時，來自傳感器的信號送給發(fā)動機控制單元，再由控制單元控制機油控制閥動作，調節(jié)搖臂活塞液壓系統(tǒng)，使高速凸輪工作，進氣門升程和開啟時間增加，提高了充氣效率。下圖分別為VVTL-i系統(tǒng)低-中速和高速工作原理圖。




下圖分別為VVTL-i系統(tǒng)低-中速和高速發(fā)動機負荷-轉速氣門正時圖。





3．VVT控制策略

ECU又是如何知道凸輪軸轉角位置和曲軸轉角位置的呢？在曲軸和凸輪軸上，都裝有信號輪，ECU通過讀取相應的相位傳感器的高低電平信號，來確定曲軸和凸輪軸的相位，如下圖所示：



凸輪軸信號輪一般采用四齒式信號輪，其中2個短齒的長度相同，2個長齒的長度相同，通過傳感器根據(jù)缺口和齒部的高低電平信號來判斷凸輪軸相位。曲軸信號輪一般采用60-2齒信號輪，其中有缺齒部分，通過傳感器根據(jù)齒形和缺齒部分的高低電平信號來判斷曲軸相位。ECU根據(jù)曲軸信號來判斷相位基準，再根據(jù)凸輪軸信號和其相對曲軸信號的位置來判斷凸輪軸的相位，然后根據(jù)其他傳感器出來的信息，按照不同發(fā)動機工況來調節(jié)凸輪軸相位。



4．總結

在控制氣門正時方面VVTL-i工作原理和VVT-i相同。通過液壓系統(tǒng)使凸輪軸向前或向后旋轉一定的角度。VVTL-i是連續(xù)可調的配氣正時與升程系統(tǒng)，該系統(tǒng)改善了整個轉速范圍內的扭矩輸出，同時可變氣門行程和開啟持續(xù)時間的增加，能獲得更大的輸出功率。