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豐田Dynamic Force engines可變氣門正時(shí)系統(tǒng)

2019-01-18 10:06:27·  來源：汽車動(dòng)力總成  
　
豐田VVT-iE是一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)型智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)，使用該技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣凸輪軸由電機(jī)通過鏈輪驅(qū)動(dòng)，排氣凸輪軸仍然使用傳統(tǒng)液壓VVT-i系統(tǒng)，目前VVT-iE技術(shù)已
豐田VVT-iE是一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)型智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)，使用該技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣凸輪軸由電機(jī)通過鏈輪驅(qū)動(dòng)，排氣凸輪軸仍然使用傳統(tǒng)液壓VVT-i系統(tǒng)，目前VVT-iE技術(shù)已經(jīng)發(fā)展至第二代，應(yīng)用在豐田TNGA架構(gòu)的動(dòng)力總成Dynamic Force 系列發(fā)動(dòng)機(jī)（M20A、A25A、V35A）以及NR系列發(fā)動(dòng)機(jī)上。
↑豐田凱美瑞熱效率40%的2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)（A25A）
 
VVT-iE結(jié)構(gòu)
VVT-iE系統(tǒng)（智能電動(dòng)可變氣門正時(shí)）可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件平穩(wěn)地改變氣門正時(shí)，主要是通過使進(jìn)氣凸輪軸相對于正時(shí)鏈輪在曲軸角度為70°（A25A）或85°（V35A）的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。而對應(yīng)的VVT-i（智能可變正時(shí)系統(tǒng)）使排氣凸輪軸相對于正時(shí)鏈輪的曲軸角度為41-44°。
↑VVT-iE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
 
傳統(tǒng)液壓VVT-i 在低溫或低轉(zhuǎn)速時(shí)由于低油壓和潤滑不良而不工作。VVT-iE系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從接通時(shí)刻開始立即運(yùn)行，因此它可以在啟動(dòng)時(shí)提供最佳的相位。所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)型VVT-i與液壓形式的VVT-i系統(tǒng)相比，VVT-iE系統(tǒng)的工作范圍擴(kuò)大了，可以在更大的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及冷冷卻液溫度范圍下改變進(jìn)排氣門正時(shí)，提高進(jìn)排氣效率，從而改善怠速穩(wěn)定性和低速平穩(wěn)性、提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩、降低部分負(fù)荷燃油消耗率和改善廢氣排放。
↑VVT-iE與VVT-i系統(tǒng)工作范圍對比
凸輪軸控制電機(jī)總成由凸輪軸控制電機(jī)、2級擺線減速機(jī)構(gòu)組成。
1 - 帶EDU控制電機(jī)，2 - 鏈輪齒輪，3 - 軸承，4 - 偏心軸，5 - 行星齒輪，6 - 凸輪軸齒輪，7 - 正時(shí)鏈輪，8 - 凸輪軸
VVT-iE電動(dòng)機(jī)包括無刷直流電機(jī)（安裝在正時(shí)鏈蓋上并與凸輪軸同軸旋轉(zhuǎn)）、EDU控制單元和霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)傳感器。EDU用作發(fā)動(dòng)機(jī)ECM和驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的中介，控制其旋轉(zhuǎn)的方向和頻率。EDU連續(xù)地將當(dāng)前電動(dòng)機(jī)速度，旋轉(zhuǎn)方向和控制信號的狀態(tài)發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)ECM。
擺線減速機(jī)構(gòu)由鏈輪齒輪、偏心軸、行星齒輪和凸輪軸齒輪組成。偏心軸驅(qū)動(dòng)行星齒輪。鏈輪齒輪比大行星齒輪齒高1齒，凸輪軸齒輪比小行星齒輪齒高1齒。當(dāng)偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，行星齒輪開始移動(dòng)并同時(shí)旋轉(zhuǎn)，連接到鏈輪和凸輪軸齒輪。對于由電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的偏心軸的每次旋轉(zhuǎn)，行星齒輪相對于鏈輪齒輪和凸輪軸移動(dòng)1個(gè)齒。
1 - 鏈輪齒輪，2 - 偏心軸，3 - 行星齒輪 （大），4 - 凸輪軸齒輪， 5 - 行星齒輪 （小）
偏心軸旋轉(zhuǎn)角度: a -120°, b - 240°, c - 360°
工作原理：
1.進(jìn)氣VVT-iE
↑凸輪軸與電機(jī)轉(zhuǎn)速差即為VVT操作
當(dāng)控制正時(shí)提前時(shí)，凸輪軸控制電機(jī)轉(zhuǎn)速高于凸輪軸，螺旋盤通過減速機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，連接控制銷沿螺旋盤向溝槽內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，使連接機(jī)構(gòu)朝提前的方向旋轉(zhuǎn)凸輪軸盤。
當(dāng)控制正時(shí)延遲時(shí)，凸輪軸控制電機(jī)轉(zhuǎn)速比凸輪軸轉(zhuǎn)速慢，螺旋盤通過減速機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，連接控制銷沿螺旋盤向溝槽外側(cè)滑動(dòng), 使連接機(jī)構(gòu)朝延遲的方向旋轉(zhuǎn)凸輪軸盤。
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與凸輪軸轉(zhuǎn)速相同時(shí)，螺旋盤不轉(zhuǎn)動(dòng)，連接控制銷不移動(dòng)，氣門正時(shí)不改變。
2.排氣VVT-i
在Dynamic Force發(fā)動(dòng)機(jī)上，排氣VVT-i使用了新型的執(zhí)行器，并與油控制閥集成到中心螺栓上。
A25A：1 - 油壓控制閥，2 - 線圈，3 - 柱塞，4 - 軸
V35A：1 -油壓控制閥，2 - 線圈，3 - 柱塞，4 - 軸
帶有葉片轉(zhuǎn)子的VVT-i執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在排氣凸輪軸上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)，鎖銷將轉(zhuǎn)子保持在最大推進(jìn)位置以正常啟動(dòng)。
A25A：1 - 控制閥，2 - 相位器殼體，3 - 轉(zhuǎn)子，4 - 鎖銷，5 - 鏈輪，6 - 凸輪軸
a - 停止時(shí)，b - 運(yùn)行中
ECM基于來自凸輪軸位置傳感器的信號控制VVT執(zhí)行器的提前和延遲腔中的油流量來調(diào)節(jié)氣門正時(shí)。
1-控制閥，a-到提前室，b-到延遲室，c-液壓油 d-回油
當(dāng)控制氣門正時(shí)提前時(shí)，油壓控制閥的滑閥按照ECM信號移動(dòng)到左側(cè)，油泵液壓注入到氣門正時(shí)提前通道，并最終達(dá)到可變氣門正時(shí)執(zhí)行器的氣門正時(shí)提前室。然后，轉(zhuǎn)子與凸輪軸一起向氣門正時(shí)提前方向旋轉(zhuǎn)，與曲軸驅(qū)動(dòng)的殼體旋轉(zhuǎn)方向相同，此時(shí)氣門正時(shí)被提前。
1 -葉片，2 - ECM， 3 -控制螺線管。a -旋轉(zhuǎn)方向，b -延遲室，c -提前室，d -到提前室，e -到延遲室，f -回油
當(dāng)控制氣門正時(shí)延遲時(shí)，油壓控制閥的滑閥按照PCM信號移動(dòng)到右側(cè)，油泵液壓注入到氣門正時(shí)延遲通道，并最終達(dá)到可變氣門正時(shí)執(zhí)行器的氣門正時(shí)延遲室。然后，轉(zhuǎn)子與凸輪軸一起向氣門正時(shí)延遲方向旋轉(zhuǎn)，與曲軸驅(qū)動(dòng)的殼旋轉(zhuǎn)方向相反，此時(shí)氣門正時(shí)被延遲。
1 -葉片，2 - ECM, 3-控制螺線管。a -旋轉(zhuǎn)方向，b -延遲室，c -提前室，d -到提前室，e -到延遲室，f -回油
油壓控制閥的滑閥位于氣門正時(shí)提前與延遲的中間位置。由此，液壓同時(shí)被保持在可變氣門正時(shí)傳動(dòng)裝置的提前室與延遲室內(nèi)。同時(shí)，轉(zhuǎn)子與殼的相應(yīng)角度被固定并保持，由此產(chǎn)生固定的氣門正時(shí)。
氣門正時(shí)圖（A25A-FKS）
氣門正時(shí)圖（V35A-FTS） 
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