汽車電控多級可變配氣系統設計

摘 要：文章通過對豐田VVT-i可變配氣系統原理及實際裝車后產生缺陷的分析，設計了電控多級可變配氣系統，解決了豐田VVT-i可變配氣系統在發動機轉速快速變化的情況下不能及時準確改變配氣相位的問題。

關鍵詞：電控多級；可變配氣；系統設計

1 問題的提出

氣門重疊的角度往往對發動機性能產生較大的影響，發動機轉速越高，每個氣缸一個工作循環內留給吸氣和排氣的絕對時間也越短，因此要達到更高的充氣效率，就需要延長發動機的吸氣和排氣時間。顯然，當轉速越高時，要求的氣門重疊角度越大。但在低轉速工況下，過大的氣門重疊角則會使得廢氣過多的瀉入進氣端，吸氣量反而會下降，氣缸內氣流也會紊亂，此時ECU也會難以對空燃比進行精確的控制，從而導致怠速不穩，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機構只對低轉速工況進行優化，那么發動機就無法在高轉速下達到較高的峰值功率。所以發動機的設計都會選擇一個折衷的方案，不可能在兩種截然不同的工況下都達到最優狀態。

為了解決這個問題，就要求配氣相位可以根據發動機轉速和工況的不同進行調節，高低轉速下都能獲得理想的進、排氣效率，這就是可變氣門正時技術開發的初衷。

2 豐田VVT-i技術的原理及缺陷

汽車上使用較多的豐田公司生產的VVT-i技術。如圖2所示，內轉子與凸輪軸相連接，內轉子在外轉子的推動下旋轉，同時內轉子在油壓的作用下可以實現一定范圍內的角度提前和延后。通過液壓與電控相結合的方式使內轉子相對外轉子轉過一定的角度來實現配氣相位隨轉速變化而變化。

該設計由于依靠液力使內轉子及凸輪軸相對外轉子提前或滯后轉過一定角度，完成可變配氣的要求，當凸輪軸一側的角度修正傳感器檢測到控制轉過的角度有偏差時，信號傳給控制ECU，ECU再反饋給泄油電磁閥來控制油量進而來修正內外轉子相對角度，耗時較長，發動機在轉速變化頻繁時，這種控制不能及時有效的在各個轉速下進行精準控制。

3 電控多級可變配氣系統結構設計及工作原理

本設計在進排氣凸輪軸上分別裝有正時調節器，如圖3所示，正時調節器由主動盤和從動盤組成，主動盤的外圈有與正時皮帶匹配的輪齒，主動盤內部有兩個傳動銷，與從動盤上的兩個傳動飛錘的弧形面相連接，從動盤通過花鍵與凸輪軸相連接，飛錘通過飛錘銷軸與從動盤連接，飛錘可以繞銷軸轉動。

動力傳遞路線是：正時皮帶——主動盤——傳動銷——飛錘——飛錘銷軸——從動盤——凸輪軸。

圖中彈簧作用是使兩個飛錘不會受離心力的影響而自行張開。步進電機控制螺母移動的距離從而帶動調節叉和調節軸左右移動，由調節軸來控制飛錘的張開程度。調節軸的移動進而改變從動盤上飛錘張開的角度，飛錘張開的角度越大則凸輪軸提前轉過的角度就越大，這樣便可以隨著發動機轉數的變化改變發動機的配氣相位。

工作原理：當發動機的轉數升高時，步進電機在電腦程序的控制下旋轉從而通過調節叉帶動調節軸向右移動，使飛錘張開相應的角度以增大氣門重疊角來適應當前發動機的轉數。反之，步進電機控制調節軸向左移動以減小氣門重疊角。這樣便實現了電控多級可變配氣相位的控制。圖3中轉角傳感器用于計算實際凸輪軸轉過的角度，并與電腦信息進行比較，及時修正步進電機的移動量。

4 結束語

通過對豐田VVT-i可變配氣系統原理分析及實際裝車后產生的缺陷進行了分析，設計出了汽車電控多級可變配氣系統，該系統采用電機控制，接收ECU指令，不但能夠隨著發動機轉速的變化全程調節配氣相位，而且能夠及時準確響應ECU傳達修正信號。能夠滿足發動機在轉速快速變化的過程中對可變配氣系統的要求，相信在未來的汽車市場中會有很好的推廣實用前景。

參考文獻

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