雷克萨斯 NX200T 3ZR-FAE 发动机 教育学习

发动机总述,发动机本体,充电系统,发动机控制系统,停机和起动系统,目录,3ZR-FAE发动机3ZR-FAE为直列、4缸、带双VVT-i、VALVEMATIC、DIS和ETCS-i的16气门DOHC发动机。,3ZR-FAE发动机发动机总述,规格1/2,3ZR-FAE发动机发动机总述,规格2/2,*1：类似的不含硅酸盐、胺、亚硝酸盐及硼酸盐且采用长效复合有机酸技术的优质乙二醇冷却液。*2：带加热器的车型,3ZR-FAE发动机发动机总述,3ZR-FAE发动机主要特征,双VVT-i,VALVEMATIC（进气侧）,机油喷嘴,偏置曲轴,滚子式摇臂,DIS和细长电极型铱尖火花塞,真空传感器,这些是COROLLA(ZRE172)发动机图示。,液压间隙调节器,3ZR-FAE发动机发动机总述,特征1/3,(1)：高性能、高燃油经济性(2)：低噪音、低振动(3)：轻量化、紧凑设计(4)：良好可维修性(5)：清洁排放,O：适用,3ZR-FAE发动机发动机总述,特征2/3,(1)：高性能、高燃油经济性(2)：低噪音、低振动(3)：轻量化、紧凑设计(4)：良好可维修性(5)：清洁排放,O：适用,3ZR-FAE发动机发动机总述,特征3/3,(1)：高性能、高燃油经济性(2)：低噪音、低振动(3)：轻量化、紧凑设计(4)：良好可维修性(5)：清洁排放,O：适用,3ZR-FAE发动机发动机总述,气缸盖相关零件采用了凸轮轴壳以简化气缸盖结构。,气缸盖罩衬垫,凸轮轴轴承盖（IN和EX为一整体）,凸轮轴,凸轮轴壳,气缸盖,气缸盖衬垫,3ZR-FAE,3ZR-FE,不同项目,气缸盖罩,VALVEMATIC机构,3ZR-FAE发动机发动机本体,气缸盖相关零件带和不带VALVEMATIC的发动机气缸盖零件相同，VALVEMATIC仅用于区分凸轮轴壳部分。,凸轮轴壳,气缸盖零件相同。,3ZR-FAE,3ZR-FE,锥形挤压式,锥形挤压式,3ZR-FAE发动机发动机本体,气门机构气门机构包括滚子式摇臂、液压间隙调节器、双VVT-i系统和VALVEMATIC机构。,气门,滚子式摇臂,排气凸轮轴,进气凸轮轴,排气VVT-i控制器,进气VVT-i控制器,凸轮轴位置传感器（MRE型）,VALVEMATIC机构,液压间隙调节器,3ZR-FAE发动机发动机本体,气门机构主要零部件的布局(VALVEMATIC)一起更换的零件组件,气门升程控制执行器连接器卡子,气门升程控制执行器连接器,凸轮轴正时齿轮总成,备注：不要拆解凸轮轴壳。,凸轮轴壳,气缸盖,连续可变气门升程控制器,连续可变气门升程控制器（供应零件）,凸轮轴正时排气齿轮总成,直销,凸轮轴壳分总成（供应零件）,3ZR-FAE发动机发动机本体,气门机构拆卸连续可变气门升程控制器拆卸程序1/3,使用螺丝刀，滑动气门升程执行器连接器卡子的上部。注意：不要完全拆下气门升程控制执行器连接器卡子以防直销掉落。,气门升程控制执行器连接器,气门升程控制执行器连接器卡子,直销,滑动,直销,3ZR-FAE发动机发动机本体,气门机构拆卸连续可变气门升程控制器拆卸程序2/3,使用2个螺丝刀，轻轻撬动气门升程控制执行器连接器以使连续可变气门升程控制器总成与凸轮轴壳分总成之间留有空隙。注意：不要用力撬动气门升程控制执行器连接器。不要损坏凸轮轴壳分总成和凸轮轴轴承盖。,3ZR-FAE发动机发动机本体,使用磁力手，从气门升程控制执行器连接器上拆下直销。从凸轮轴壳分总成上拆下螺栓和连续可变气门升程控制器总成。从连续可变气门升程控制器总成上拆下O形圈。,气门机构拆卸连续可变气门升程控制器拆卸程序3/3,直销,3ZR-FAE发动机发动机本体,充电控制系统ECM根据行驶状况和蓄电池的充电状态调节发电机产生的电压。,ECM,车辆行驶状况判断,发电机,各种传感器,电气负载判断,电压,电压、电流和蓄电池温度,LIN,调节产生的电压,蓄电池容量计算,发电机,电流/温度传感器,电气负载,蓄电池,+,3ZR-FAE发动机充电系统,充电控制系统在下列条件下，发电机停止充电控制并切换至正常发电模式：,蓄电池容量小蓄电池温度低或高刮水器工作、鼓风机电动机工作或尾灯继电器接通蓄电池电流传感器故障发动机起动通信故障（发电机与ECM之间的局部通信）发电机故障蓄电池充电约2.5至4小时。累计行驶时间约20小时。,3ZR-FAE发动机充电系统,诊断充电控制系统DTC,3ZR-FAE发动机充电系统,诊断充电控制系统DTC,3ZR-FE发动机主要区别,3ZR-FAE发动机充电系统,VALVEMATIC该系统与VVT-i协同工作，通过连续控制进气门正时和气门升程来控制进气量。,进气量,节气门开度,节气门,加速踏板位置传感器,机油控制阀,曲轴位置传感器,连续可变气门升程控制器EDU无刷电动机电动机位置传感器作用角传感器,进气,歧管压力,真空传感器,节气门位置传感器,凸轮轴位置传感器,VALVEMATIC/INVVT-i,曲轴位置,凸轮轴位置,OCV控制,EXVVT-i,V总线（局部）,ECM,空气流量计,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC气门正时VALVEMATIC能够连续控制各气缸进气门的气门升程。,BDC,TDC,BDC,CA,气门升程,气门正时,带VVT-i的发动机,带VALVEMATIC的发动机,气门升程,气门正时,BDC,TDC,BDC,CA,气门升程,TDC,BDC,TDC,BDC,气门叠开度,进气门关闭,持续角,气门正时,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC气门正时,TDC,BDC,BTDC20,ATDC-1,BTDC-7,ATDC49,ABDC-67,ABDC80,BBDC65,BBDC15,：进气门开度：排气门开度,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICVALVEMATIC的优点高性能、燃油经济性和清洁排放,VALVEMATIC的优点,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICVALVEMATIC的优点提高了燃油经济性,可变气门升程控制,气门升程：小,进气循环开始时，通过将必要量的空气吸入气缸以减小泵吸损失。（有关详情，请参考下一张幻灯片。）,带VALVEMATIC的发动机,常规发动机,行驶条件,节气门全开,怠速,发动机正在起动,巡航,气门升程,常规发动机（气门升程：不变）,带VALVEMATIC的发动机（气门升程：可变）,泵吸损失减小量,大,小,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC泵吸损失（进气循环描述）进气循环开始时，通过将必要量的空气吸入气缸以减小泵吸损失。,备注：压力值为示例以帮助理解。,气缸容积,BDC,TDC,100kPa,30kPa,气缸压力,PV曲线,负压,100kPa,30kPa,1,2,3,3,2,1,常规发动机与带VALVEMATIC的发动机对比,排气,燃烧,压缩,进气,进气,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC泵吸损失（进气循环描述）,100kPa,30kPa,压力差产生的泵吸损失：70kPa,100kPa,80kPa,压力差产生的泵吸损失：20kPa,备注：压力值为示例以帮助理解。,：拉下活塞所需的动力（泵吸损失）,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC泵吸损失（进气循环描述）,30kPa,55kPa,80kPa,80kPa,100kPa,30kPa,30kPa,30kPa,备注：压力值为示例以帮助理解。,：拉下活塞所需的动力（泵吸损失）,80kPa,80kPa,100kPa,100kPa,100kPa,100kPa,100kPa,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC泵吸损失（泵吸损失减小）以相同转速使用相同活塞拉部位A时，通过较大空气通道吸入空气所需的动力较小。通过采用比常规发动机大的节气门开度（扩大空气通道），可减小进气时吸入空气所需的动力。,节气门开度控制原理图,“A”,“A”,空气通道：大,空气通道：小,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICVALVEMATIC的优点提高了发动机输出功率,气门升程增大,气门升程：大,进气效率增加,带VALVEMATIC的发动机,常规发动机,行驶条件,节气门全开,怠速,发动机正在起动,巡航,气门升程,常规发动机（气门升程：不变）,带VALVEMATIC的发动机（气门升程：可变）,发动机输出功率增大,大,小,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICVALVEMATIC的优点提高了发动机响应,带VALVEMATIC的发动机,常规发动机,进气阻力：大,进气阻力：小,节气门开度比常规发动机大。,进气歧管内的压力接近于大气压力。,将空气吸入气缸非常容易。,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICVALVEMATIC的优点更加清洁的排放,通过较小的气门升程就可保持发动机转速低时的高空气流速。,生成均匀混合气以稳定燃烧。,带VALVEMATIC的发动机,常规发动机,高空气流速,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICVALVEMATIC的结构主要包括连续可变气门升程控制器和VALVEMATIC机构。,连续可变气门升程控制器,VALVEMATIC机构,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC连续可变气门升程控制器差速滚子转换器将电动机的旋转运动转换为控制轴的轴向线性运动，以使VALVEMATIC机构工作。,EDU,无刷电动机,差速滚子转换器,电动机位置传感器（2个霍尔集成电路）,作用角传感器（3个霍尔集成电路）,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC差速滚子转换器通过部位“A”的螺旋作用，螺母的旋转运动转换为控制轴的轴向运动。,行星齿轮装置,行星装置（螺旋）,太阳齿轮,螺母（齿圈）通过电动机旋转,太阳轴（控制轴）线性运动,部位“A”（螺旋结构）,行星装置（齿轮）小齿轮,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC气门升程控制机构控制轴的轴向线性运动通过摇臂滑块变为旋转运动并移动摆动凸轮。,液压间隙调节器,气门摇臂总成,进气门,滚子式摇臂,凸轮轴,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC气门升程控制机构1连续可变气门升程控制器使控制轴移动。2通过带螺旋结构的摇臂滑块控制轴的移动使摆动凸轮旋转。此移动改变了与滚子式摇臂的位置关系，也改变了气门升程和持续角。,1,1,2,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC气门升程控制工作情况,持续角：小,持续角：大,持续角：106CA气门升程：1.1mm(0.0433in.),持续角：280CA气门升程：11.5mm(0.453in.),3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC气门升程控制ECU通过接收来自ECM的目标气门升程控制气门升程。,连续可变气门升程控制器,电动机,差速滚子转换器,电动机位置传感器,V总线（局部）,控制轴,ECM,加速踏板开度发动机转速,SDWN（切断信号（失效保护）,气门升程（反馈）,作用角传感器,目标气门正时(VVT-i),目标节气门开度(ETCS-i),目标进气量,EDU,目标气门升程(VALVEMATIC),气门升程,：大,：小,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATIC（行驶状况和气门升程的关系）持续角),发动机转速,进气门提前角(CA),起动控制,发动机正在起动,怠速提升期间,发动机停机,怠速,重载,200CA,240CA,106至280CA,200CA,重载,轻载,暖机后：VALVEMATIC控制,暖机前：节气门控制,进气门持续角(CA),VVT工作情况,最大延迟,提前,延迟,轻载,行驶,怠速提升控制,正常工作情况,发动机停机控制,最大延迟,最大延迟,最大延迟,暖机前控制,280,200,106,20,0,62,进气门持续角(CA),240,240CA,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICVVT-i协同控制,进气门提前角(CA),进气门持续角(CA),TDC,BDC,280,240,200,160,106,0,40,20,提前,延迟,TDC,BDC,TDC,BDC,TDC,BDC,TDC,BDC,TDC,BDC,发动机正在起动,59,重载,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,暖机前,暖机后,怠速、轻载,发动机停机,VALVEMATICVVT-i控制配备VALVEMATIC发动机的车型，根据气门升程改变气门打开/关闭正时。因此，VVT-i控制特性与常规VVT-i车型的不同。,示例：怠速期间,常规VVT-i车型,带VALVEMATIC的车型,控制气门正时至延迟侧来消除气门叠开度以减小进气侧的回火。,由于持续角小，控制气门正时至提前侧。,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICETCS-i协同控制暖机后，通过气门升程和节气门开度调节进气量。通过根据发动机转速和加速踏板开度信号所计算的目标进气量决定目标气门升程和节气门开度。,备注：表格中的“O”表示控制进气量的项目。,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICVALVEMATICDTC与VALVEMATIC相关的DTC如下所示。,连续可变气门升程控制器,电动机,电动机位置传感器,V总线（局部）,ECM,SDWN,气门升程（反馈）,作用角传感器,EDU,3切断信号故障,5电动机断路/短路,2EDU内部故障,1工作情况异常,6传感器断路/短路,4电动机/控制轴卡滞,7失去通信,3ZR-FAE发动机发动机控制系统,VALVEMATICVALVEMATICDTC与VALV