【《发动机可变气门正时（VVT）系统的结构原理分析》3300字】

发动机可变气门正时（VVT）系统的结构原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u4664发动机可变气门正时（VVT）系统的结构原理分析 1275301.1VVT系统的结构 1257491.1.1相位调节器结构原理 165581.1.2机油控制阀结构原理 2195731.2VVT系统的工作原理 3263131.2.1气门正时提前 3177161.2.2气门正时延迟 340821.2.3气门正时保持 4294841.3VVT控制策略 4242731.1.1提前 6319581.1.2延迟 6238321.1.3保持 7137781.4VVT油路系统 714871.5小结 91.1VVT系统的结构可变气门正时系统主要是由相位调节器、机油控制阀（OCV阀）、电子控制单元（ECU）、各式传感器以及油路系统组成。各式各样的传感器采集的信号传递到发动机ECU之后，ECU通过计算发出PWM信号到机油控制阀，通过机油控制阀来控制流往相位调节器工作腔的机油流量以及流向。1.1.1相位调节器结构原理相位调节器是加装在正时链条和凸轮轴中间的一个装置，它由定子、转子、上盖、下盖及叶片五个部分组成。其中相位调节器的转子（正时链轮）通过正时链条与曲轴同步转动，定子与凸轮轴同步，正时链轮与定子通过螺栓连接。定子与转子以及叶片共同形成相位调节器的工作腔，工作腔由叶片隔绝成两部分，两部分的大小不固定。转子上均匀分布有两圈油孔，分别通向叶片两侧的工作腔。叶片两侧油孔同一时刻液压油一进一出，当向叶片某一侧工作腔中输入机油时，由于油压作用，定子将会相对转子转动一定角度，而该角度即可视为凸轮轴与曲轴相对角度发生的变化，也就改变了配气相位，达到了想要的效果。相位调节器的结构示意图如下图1.1所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC1相位调节器结构示意图1.1.2机油控制阀结构原理相对于相位调节器而言，机油控制阀的结构较为简单，它主要由线性电磁阀（PWM信号连接器、绕线管、线圈）和四通阀体（阀芯、阀套、弹簧）组成，两者之间通过一个铁芯完成电信号到物理信号的转变。通往线性电磁阀的电流大小不同产生不同的电磁力，推动铁芯改变阀芯的位置，最终线性电磁阀产生的电磁力与四通阀体内弹簧的弹力达到一个平衡的状态，控制四通阀体中阀芯和阀套的相对位置，决定通往相位调节器的两个油道的开闭以及开度大小，来达到控制机油流量与流向的目的。机油控制阀的结构原理示意图如下图1.2所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC2机油控制阀结构示意图1.2VVT系统的工作原理VVT系统的工作可简单概括为：发动机ECU收集传感器采集的发动机工况信号，通过特定的计算后发出一个占空比信号到机油控制阀，机油控制阀根据发动机ECU发出来的PWM信号来控制流向相位调节器提前侧或者滞后侧的机油流量，相位调节器通过油压使转子相对于定子旋转一定角度，即凸轮轴与曲轴的相对角度发生了变化，使凸轮轴旋转至气门提前、延迟或者是保持正时状态。1.2.1气门正时提前在该类调节的过程之中，发动机ECU向机油控制阀发出占空比信号，控制机油控制阀阀芯的位置，保证机油能流入相位调节器气门正时提前侧的工作腔内。提前侧工作腔内油量增多，使得该侧的油压变大，叶片两侧工作腔的油压出现压力差，油压作用在叶片上，推动定子与转子发生相对转动，使凸轮轴朝气门正时提前的方向旋转，气门正时滞后侧工作腔的机油从油道排放出来，气门正时提前调节的工作示意图如图1.3所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC3配气相位提前1.2.2气门正时延迟在该类调节的过程中，发动机ECU发出占空比信号，控制着机油控制阀阀芯的位置，使机油流入气门正时滞后侧得工作腔内，滞后侧工作腔油量增多，油压变大导致叶片两侧工作腔出现压力差，滞后侧油压作用在叶片上，使凸轮轴朝气门正时滞后的方向转动，提前侧工作腔得机油被排放出来，气门正时延迟调节的工作示意图如图1.4所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC4配气相位延迟1.2.3气门正时保持在发动机进行上述两类调节过程中，发动机ECU实时对发动机的具体工况参数进行处理，计算当前目标配气正时，同时结合发动机当前实际配气正时，当实际配气正时与目标配气正时一致后，ECU将给出一个中等占空比，线性电磁阀接收该占空比信号后产生的电磁力与弹簧力一同控制机油控制阀阀芯与阀套的相对位置，关闭通往相位调节器的油道，保持相位调节器内叶片两侧工作腔油压不变，保持当前的气门正时状态。1.3VVT控制策略VVT的控制主要是发动机ECU根据发动机转速、节气门位置、空气流量以及冷却液温度来计算出发动机当前运行工况下的最佳气门正时，同时由曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器反馈的信号得出当前实际配气正时，根据目标配气正时和实际配气正时的差值来决定ECU发往机油控制阀的PWM信号是否还需要继续进行调节，机油控制阀接收信号后控制流向相位调节器的机油流量，调整相位调节器定子、转子之间的相对位置，为了完成调节时准确达到目标配气正时位置，发动机ECU还会通过实际配气正时进行一个反馈控制，通过反馈控制的结果，给机油控制阀一个完成误差补偿的PWM信号，准确的达到最佳气门正时位置，控制系统框图如下图1.5所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC5控制系统框图尽管相位调节器的调节过程在一定角度范围内是属于无级调节的，但相位调节器的调节过程大致可分为三类：提前、延迟、保持。不同的调节过程通过不同的PWM信号的占空比决定，而PWM信号的占空比大小则根据水温传感器和车速传感器反馈给发动机ECU的信号从MAP表中选取一个数值，MAP表如下表3-1所示，占空比信号与机油流量的关系如图1.6所示。表3-SEQ表3-\*ARABIC1占空比MAP表转速机油温度10001240200040005000-300.880.880.880.290.101.071.071.070.290.2301.271.271.270.390.29901.561.561.560.390.391201.271.271.270.390.1图1.SEQ图3.\*ARABIC6机油流量与PWM信号占空比的关系下面将分别对三类调节的控制策略进行一个简单的介绍。1.1.1提前由字面意思即可理解，在该类调节状态下，机油控制阀控制着机油流向相位调节器的提前侧工作腔，凸轮轴相位增大。在这一类调节中，PWM信号占空比在百分之五十到百分之百之间，机油控制阀的电磁线圈产生的电磁力与弹簧弹力控制着机油控制阀阀芯的平衡位置使得机油控制阀供油口与提前侧进油口相连通，滞后侧进油孔与泄油孔相连通，使得相位调节器提前侧工作腔机油压力大于滞后侧，定子叶片往提前侧工作腔移动，机油控制阀工作示意图如图1.7所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC7气门正时提前1.1.2延迟在气门正时延迟的调节中，刚好与气门正时提前相反。在该类调节之中，PWM信号处于百分之零到百分之四十五之间，该类占空比信号产生的电磁力较小，弹簧与电磁力的平衡位置相对靠左，供油孔开始与延迟侧进油孔相连，提前侧工作腔开始泄油，相位调节器滞后侧工作腔变大，气门正时延迟，机油控制阀工作示意图如图1.8所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC8气门正时延迟1.1.3保持在气门正时保持状态中，占空比信号处在百分之五十左右，该占空比信号产生的电磁力使得机油控制阀阀芯处于正中位置，供油孔阻塞，机油流量为零，相当于该类调节下机油控制阀不干涉相位调节器的工作，也等同于机油控制阀没有对相位调节器进行调节。该状态下，机油控制阀示意图如图1.9所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC9气门正时保持1.4VVT油路系统在前文的工作原理以及控制策略中都有提到，使相位调节器内定子以及转子发生相对转动来实现曲轴以及凸轮轴的相对转动是通过往相位调节器叶片两侧的工作腔输入机油来实现的，也就是依靠油压来推动叶片。但以汽车行驶过程中整车工况的变化速率来看，发动机各个系统的油路是需要独立的，而VVT系统也同样需要一个单独的油路系统。在VVT系统的油路中，较为核心的在于连接机油控制阀以及相位调节器的那一段油路。为了保证气门正时调节的实时性，该段油路应尽量取短，而发动机的结构极其复杂，机油控制阀很难找到合适的位置进行安装，大多数机油控制阀都选择了安装在距离相位调节器有一段距离的位置，部分选择安装在相位调节器的侧面，油路示意图如图1.10所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC10油路示意图目前最先进的VVT系统已经实现了机油控制阀和相位调节器油路的最小化，在奥迪的一款发动机中，他们选择将机油控制阀的线性电磁阀和四通阀体分开，将四通阀体融入到相位调节器中，利用永磁铁设计的相位调节器下盖代替四通阀体中的弹簧，简化了整体的结构，线性电磁阀的设计也更加的扁平化，使其可以覆盖在相位调节器的上盖处，如图1.11、1.12所示。图1.SEQ图3.\*ARABIC11相位调节器图1.SEQ图3.\*ARABIC