摘 要：文章通過對豐田VVT-i可變配氣系統(tǒng)原理及實(shí)際裝車后產(chǎn)生缺陷的分析，設(shè)計(jì)了電控多級可變配氣系統(tǒng)，解決了豐田VVT-i可變配氣系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速快速變化的情況下不能及時(shí)準(zhǔn)確改變配氣相位的問題。

關(guān)鍵詞：電控多級；可變配氣；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 問題的提出

氣門重疊的角度往往對發(fā)動機(jī)性能產(chǎn)生較大的影響，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，每個(gè)氣缸一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)留給吸氣和排氣的絕對時(shí)間也越短，因此要達(dá)到更高的充氣效率，就需要延長發(fā)動機(jī)的吸氣和排氣時(shí)間。顯然，當(dāng)轉(zhuǎn)速越高時(shí)，要求的氣門重疊角度越大。但在低轉(zhuǎn)速工況下，過大的氣門重疊角則會使得廢氣過多的瀉入進(jìn)氣端，吸氣量反而會下降，氣缸內(nèi)氣流也會紊亂，此時(shí)ECU也會難以對空燃比進(jìn)行精確的控制，從而導(dǎo)致怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機(jī)構(gòu)只對低轉(zhuǎn)速工況進(jìn)行優(yōu)化，那么發(fā)動機(jī)就無法在高轉(zhuǎn)速下達(dá)到較高的峰值功率。所以發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)都會選擇一個(gè)折衷的方案，不可能在兩種截然不同的工況下都達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

為了解決這個(gè)問題，就要求配氣相位可以根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和工況的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，高低轉(zhuǎn)速下都能獲得理想的進(jìn)、排氣效率，這就是可變氣門正時(shí)技術(shù)開發(fā)的初衷。

2 豐田VVT-i技術(shù)的原理及缺陷

汽車上使用較多的豐田公司生產(chǎn)的VVT-i技術(shù)。如圖2所示，內(nèi)轉(zhuǎn)子與凸輪軸相連接，內(nèi)轉(zhuǎn)子在外轉(zhuǎn)子的推動下旋轉(zhuǎn)，同時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)子在油壓的作用下可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的角度提前和延后。通過液壓與電控相結(jié)合的方式使內(nèi)轉(zhuǎn)子相對外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度來實(shí)現(xiàn)配氣相位隨轉(zhuǎn)速變化而變化。

該設(shè)計(jì)由于依靠液力使內(nèi)轉(zhuǎn)子及凸輪軸相對外轉(zhuǎn)子提前或滯后轉(zhuǎn)過一定角度，完成可變配氣的要求，當(dāng)凸輪軸一側(cè)的角度修正傳感器檢測到控制轉(zhuǎn)過的角度有偏差時(shí)，信號傳給控制ECU，ECU再反饋給泄油電磁閥來控制油量進(jìn)而來修正內(nèi)外轉(zhuǎn)子相對角度，耗時(shí)較長，發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速變化頻繁時(shí)，這種控制不能及時(shí)有效的在各個(gè)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

3 電控多級可變配氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

本設(shè)計(jì)在進(jìn)排氣凸輪軸上分別裝有正時(shí)調(diào)節(jié)器，如圖3所示，正時(shí)調(diào)節(jié)器由主動盤和從動盤組成，主動盤的外圈有與正時(shí)皮帶匹配的輪齒，主動盤內(nèi)部有兩個(gè)傳動銷，與從動盤上的兩個(gè)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(zhuǎn)動。

動力傳遞路線是：正時(shí)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(gè)飛錘不會受離心力的影響而自行張開。步進(jìn)電機(jī)控制螺母移動的距離從而帶動調(diào)節(jié)叉和調(diào)節(jié)軸左右移動，由調(diào)節(jié)軸來控制飛錘的張開程度。調(diào)節(jié)軸的移動進(jìn)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(zhuǎn)過的角度就越大，這樣便可以隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的變化改變發(fā)動機(jī)的配氣相位。

工作原理：當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)升高時(shí)，步進(jìn)電機(jī)在電腦程序的控制下旋轉(zhuǎn)從而通過調(diào)節(jié)叉帶動調(diào)節(jié)軸向右移動，使飛錘張開相應(yīng)的角度以增大氣門重疊角來適應(yīng)當(dāng)前發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。反之，步進(jìn)電機(jī)控制調(diào)節(jié)軸向左移動以減小氣門重疊角。這樣便實(shí)現(xiàn)了電控多級可變配氣相位的控制。圖3中轉(zhuǎn)角傳感器用于計(jì)算實(shí)際凸輪軸轉(zhuǎn)過的角度，并與電腦信息進(jìn)行比較，及時(shí)修正步進(jìn)電機(jī)的移動量。

4 結(jié)束語

通過對豐田VVT-i可變配氣系統(tǒng)原理分析及實(shí)際裝車后產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)出了汽車電控多級可變配氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用電機(jī)控制，接收ECU指令，不但能夠隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化全程調(diào)節(jié)配氣相位，而且能夠及時(shí)準(zhǔn)確響應(yīng)ECU傳達(dá)修正信號。能夠滿足發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速快速變化的過程中對可變配氣系統(tǒng)的要求，相信在未來的汽車市場中會有很好的推廣實(shí)用前景。

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