淺析雷克薩斯車系連續可變氣門正時機構控制基理(上)

◆文/江蘇 田銳

一、系統說明

VVT-i是根據發動機的運轉狀態、將凸輪軸控制在最佳氣門正時的系統。傳統的氣門正時，在考慮做為發動機目標的低中速扭矩、最高輸出、怠速時的穩定性等相反特性的同時，僅能決定1項，但VVT-i能夠連續可變地控制氣門正時，因此能夠在整個運轉范圍設定最合適的氣門正時。VVT-i有2種類型，即只有進氣門正時可變的類型，以及進氣門與排氣門的氣門正時都可變的類型(Dual VVT-i)。此外，動作機構有液壓動作類型與電動動作類型(VVT-iE) 2種，如圖1、圖2所示。

1.VVT-i的優點

根據VVT-i的動作，在發動機各運轉范圍內有以下優點，如圖3所示。

VVT-i有2種類型，即只有進氣的類型與Dual類型，但目標效果相同。Dual類型，在排氣側也進行運轉，因此該系統更能發揮出VVT-i的效果。圖4、5所示為對各范圍的動作進行說明，圖中顯示的內容是主要的動作狀態，實際上是根據行駛狀態進行連續地控制。

2.VVT-iE的動作區間

由于氣門正時控制是通過電子控制的，因此VVT-iE不會受到液壓的影響。能夠控制低溫時、低轉速時較難產生的液壓、啟動時的氣門時機，動作區間較VVT-i有所擴展，如圖6所示。

二、系統零部件構成

1.曲軸位置傳感器(電磁拾取式)

曲軸位置傳感器對曲軸位置與曲軸角速度進行檢測。發動機ECU根據信號計算出發動機轉速，如圖7所示。

如果曲軸旋轉，則曲軸正時轉子的突起部(34齒)與曲軸位置傳感器之間空氣間隙會發生變化，因此曲軸位置傳感器的線圈部分會產生電動勢。通過產生的電壓可以檢測出每10°的曲軸旋轉信號，如圖8所示。

2.凸輪位置傳感器(電磁拾取式)

凸輪位置傳感器對汽缸進行判別并對實際凸輪軸角度進行檢測。如果凸輪軸旋轉，則凸輪軸正時轉子的突起部與凸輪位置傳感器之間的空氣間隙會發生變化，因此凸輪位置傳感器的線圈部分會產生電動勢，如圖9所示。

3.液壓式VVT-i

VVT-i控制器有螺旋齒輪式與葉片式兩種，將對主流的葉片式進行說明。葉片式的VVT-i控制器是由固定在正時齒輪上的殼體部與固定在凸輪軸上的葉片部分構成的。通過將OCV產生的液壓作用于VVT-i控制器的提前室與延遲室，以旋轉葉片部，從而連續改變凸輪軸的位相。發動機停止時，由于鎖銷導致進氣側固定于最大延遲狀態，排氣側固定于最大提前狀態，如果發動機起動，則液壓會導致鎖銷解除。排氣側設置了提前輔助彈簧，以便鎖銷在發動機停止時能夠切實地鎖上，如圖10所示。

根據發動機ECU發出的負荷信號，對滑柱閥的位置進行控制，并調整VVT-i控制器的提前室與延遲室的燃油供應。發動機停止時的滑柱閥會根據彈簧的彈力將進氣側調整到最大延遲狀態，同時將排氣側(Dual VVT-i系統)調整到最大提前狀態，以備下次的發動機起動，如圖11所示。

提前角時的運轉，如圖12所示。延遲角時的運轉，如圖13所示。保持時的運轉，如圖14所示。

VVT-iE控制器由凸輪軸控制電機、減速機構、連桿機構構成，如圖15、16所示。

①凸輪軸控制電機

凸輪軸控制電機由DC無刷電機與電機驅動器構成。凸輪軸控制電機安裝于凸輪軸控制執行器前端的正時鏈罩上，且與進氣凸輪軸同軸旋轉。發動機ECU根據運轉狀態計算出目標氣門正時，并向凸輪軸控制電機發送旋轉速度、旋轉方向的指示信號。電機驅動器根據該信號驅動DC無刷電機，并根據電機旋轉速度與凸輪軸旋轉速度之差運轉凸輪軸控制執行器，從而可連續改變進氣凸輪軸的相位。電機驅動器總是監視電機的驅動狀態，并向發動機ECU發送旋轉速度信號、旋轉方向信號、驅動確認信號，如圖17、18所示。

②凸輪軸控制執行器

凸輪軸控制執行器是由可以改變進氣凸輪軸的相位的連桿機構與將凸輪軸控制電機的旋轉傳遞至連桿機構的減速機構構成。通過凸輪軸控制電機，經由減速機構旋轉螺旋板，并經由嵌入螺旋溝槽中的連桿控制銷運轉連桿機構，以便對凸輪鏈輪體的殼體與凸輪板上固定的進氣凸輪軸的位相進行連續改變，如圖19所示。

(未完待續)