汽车电控多级可变配气系统设计

摘 要：文章通过对丰田VVT-i可变配气系统原理及实际装车后产生缺陷的分析，设计了电控多级可变配气系统，解决了丰田VVT-i可变配气系统在发动机转速快速变化的情况下不能及时准确改变配气相位的问题。

关键词：电控多级；可变配气；系统设计

1 问题的提出

气门重叠的角度往往对发动机性能产生较大的影响，发动机转速越高，每个气缸一个工作循环内留给吸气和排气的绝对时间也越短，因此要达到更高的充气效率，就需要延长发动机的吸气和排气时间。显然，当转速越高时，要求的气门重叠角度越大。但在低转速工况下，过大的气门重叠角则会使得废气过多的泻入进气端，吸气量反而会下降，气缸内气流也会紊乱，此时ECU也会难以对空燃比进行精确的控制，从而导致怠速不稳，低速扭矩偏低。相反，如果配气机构只对低转速工况进行优化，那么发动机就无法在高转速下达到较高的峰值功率。所以发动机的设计都会选择一个折衷的方案，不可能在两种截然不同的工况下都达到最优状态。

为了解决这个问题，就要求配气相位可以根据发动机转速和工况的不同进行调节，高低转速下都能获得理想的进、排气效率，这就是可变气门正时技术开发的初衷。

2 丰田VVT-i技术的原理及缺陷

汽车上使用较多的丰田公司生产的VVT-i技术。如图2所示，内转子与凸轮轴相连接，内转子在外转子的推动下旋转，同时内转子在油压的作用下可以实现一定范围内的角度提前和延后。通过液压与电控相结合的方式使内转子相对外转子转过一定的角度来实现配气相位随转速变化而变化。

该设计由于依靠液力使内转子及凸轮轴相对外转子提前或滞后转过一定角度，完成可变配气的要求，当凸轮轴一侧的角度修正传感器检测到控制转过的角度有偏差时，信号传给控制ECU，ECU再反馈给泄油电磁阀来控制油量进而来修正内外转子相对角度，耗时较长，发动机在转速变化频繁时，这种控制不能及时有效的在各个转速下进行精准控制。

3 电控多级可变配气系统结构设计及工作原理

本设计在进排气凸轮轴上分别装有正时调节器，如图3所示，正时调节器由主动盘和从动盘组成，主动盘的外圈有与正时皮带匹配的轮齿，主动盘内部有两个传动销，与从动盘上的两个传动飞锤的弧形面相连接，从动盘通过花键与凸轮轴相连接，飞锤通过飞锤销轴与从动盘连接，飞锤可以绕销轴转动。

动力传递路线是：正时皮带――主动盘――传动销――飞锤――飞锤销轴――从动盘――凸轮轴。

图中弹簧作用是使两个飞锤不会受离心力的影响而自行张开。步进电机控制螺母移动的距离从而带动调节叉和调节轴左右移动，由调节轴来控制飞锤的张开程度。调节轴的移动进而改变从动盘上飞锤张开的角度，飞锤张开的角度越大则凸轮轴提前转过的角度就越大，这样便可以随着发动机转数的变化改变发动机的配气相位。

工作原理：当发动机的转数升高时，步进电机在电脑程序的控制下旋转从而通过调节叉带动调节轴向右移动，使飞锤张开相应的角度以增大气门重叠角来适应当前发动机的转数。反之，步进电机控制调节轴向左移动以减小气门重叠角。这样便实现了电控多级可变配气相位的控制。图3中转角传感器用于计算实际凸轮轴转过的角度，并与电脑信息进行比较，及时修正步进电机的移动量。

4 结束语

通过对丰田VVT-i可变配气系统原理分析及实际装车后产生的缺陷进行了分析，设计出了汽车电控多级可变配气系统，该系统采用电机控制，接收ECU指令，不但能够随着发动机转速的变化全程调节配气相位，而且能够及时准确响应ECU传达修正信号。能够满足发动机在转速快速变化的过程中对可变配气系统的要求，相信在未来的汽车市场中会有很好的推广实用前景。

参考文献

[1]魏国东.配气机构优化对发动机性能影响的研究[D].天津大学，2010.

[2]王钰，储江伟.基于Daubechies小波分析的汽车电控发动机失火故障诊断信息提取[J].森林工程，2014，30（2）：138-142.

[3]刘梁.发动机电磁驱动配气机构的研究[D].南京理工大学，2012.