VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解




1.VVT作用原理

VVT是Variable Valve Timing的英文缩写,中文含义是可变气门正时
传统发动机的凸轮轴凸轮位置是固定不变的,它与发动机曲轴的相位保持同步,即进气门与排气门之间的开启和关闭角度(正时)是不变化的,因此,最佳的低转速气门正时难以同时获得最佳的高转速性能,也就是说,无法兼顾怠速稳定性、低转速扭矩输出和高转速输出的需求。
为了解决发动机在高转速和低转速区间对于气门正时的不同要求,采用一种可变气门正时(VVT)系统,其液压执行机构(VVT相位器)安装在凸轮轴前端,通过电控液压方式来改变凸轮轴相对于曲轴的相位,使气门正时提前或者延迟。VVT相位器与凸轮轴总成如下图所示。
VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解

目前,绝大多数汽油机都安装了各种类型的VVT系统,特别对于排放标准较高的发动机,都配置双VVT机构(进、排凸轮轴都带VVT相位器)。实际上,VVT系统是针对不同工况需求,通过改变气门重叠角来达到相应技术指标的,总体来说,具有以下优点:
(1)进、排气凸轮轴相位可调,通过调控来增大气门重叠角,增加发动机进气量。
(2)减小残余废气系数,提高充效率。
(3)提高发动机功率与扭矩,有效升燃油经济性。
(4)明显改善怠速稳定性,从而获得舒适性,降低排放。
VVT作用原理如下图所示:
VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解

VVT控制过程比较复杂,气门重叠角的调整时机与角度必须与工况需求相对应,在控制过程中,还需要在运行稳定性、动力性、经济性、排放指标等方面进行调配和取舍。一般来说,VVT控制目标及效果如下表所示。
VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解

VVT系统工作时需要满足一些基本的条件,如发动机系统无故障,包括正时机构、油路和电器元件等。当发动机控制模块进行VVT控制时,需要满足发动机启动后运行时间、发动机转速、水温、油温、蓄电池电压等必要条件。与VVT系统功能相关的部件及机构,如凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器故障、发动机正时机构、VVT执行元件(机油控制阀、相位器)等,都必须是正常的。VVT系统工作条件如下图所示。
VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解



2.侧置式VVT机构

按照VVT电磁阀(OCV)的布局形式,可以将VVT机构分为侧置式中置式两大类。侧置式是指VVT电磁阀安装在气缸盖的侧部,中置式是指VVT电磁阀安装在VVT相位器(VCT)的轴心。

从功能的角度来看,这两类VVT机构没有显示的区别,都能够实现相应的VVT功能。但从结构和技术层级的角度来看,中置式VVT机构的工作效能更高。针对国六发动机而言,这两类VVT都能够应用,具体情况取决于品牌及供应商的设计方案。
侧置式VVT机构的结构原理如下图所示。
VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解



3.中置式VVT机构

有数据表明,侧置式VVT机构在工作过程中,机油的消耗量较大,约为中置式VVT机构的2倍,这就会导致机油泵负荷加大,消耗更多的燃油,排放也会有所增加。因此,从而这个角度来看,中置式VVT技术更为先进,可降低机油耗约1%,相应的油耗和排放也会有所改善。中置式VVT机构的结构原理如下图所示。

VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解


(1)VVT相位器



两个VVT相位器分别与各自的凸轮轴及正时链条相连接。VVT相位器壳体设有链齿,其内部的转子与凸轮轴相连。因此,在液压作用下,转子能够相对于VVT壳体转动某个角度,从而实现气门正时调节功能。VVT相位器不可互换,壳体有标识记号,如下图所示。

VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解
▲ 中置式VVT相位器壳体的标识记号
中置式VVT相位器油道工作原理如下图所示。
VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解



(2)VVT电磁阀



VVT电磁阀既是VVT机构的液压滑阀,也是VVT相位器的安装螺栓。通常来说,进、排气的VVT电磁阀在外观和结构方面没有差别,可以互换使用,但要注意,反复拆装有可能造成螺纹损伤。为了防止内部油道泄漏,VVT电磁阀拆装若干次后应做更换处理。中置式VVT电磁阀如下图所示。

VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解


(3)VVT电磁铁



VVT电磁铁安装在进、排气凸轮轴链轮侧链轮室罩盖上,它们接收发动机控制模块的指令信号,对VVT电磁阀进行控制,从而实现气门正时调控功能。VVT电磁铁如下图所示。

VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解

典型的VVT电磁铁电路如下图所示。
VVT可变气门正时系统的作用与工作原理图解

▲ 典型的VVT电磁铁电路

1,2—插头针脚