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豐田連續可變氣門升程技術(Valvematic)深入解讀

豐田連續可變氣門升程技術(Valvematic)深入解讀

說到連續可變氣門升程技術,寶馬Valvetronic、日產VVEL以及本田VTEC都是大家所熟知的技術,但寶馬的Valvetronic技術結構較大,不適合用在超高速發動機上;日產的VVEL結構復雜,且

說到連續可變氣門升程技術,寶馬Valvetronic、日產VVEL以及本田VTEC都是大家所熟知的技術,但寶馬的Valvetronic技術結構較大,不適合用在超高速發動機上;日產的VVEL結構復雜,且成本高;本田的VTEC實為多級可調,而非連續可變。與這些技術相比,而VALVEMATIC技術結構簡單,成本低,而且可以實現氣門升程連續可變,適用于各種轉速工況。

VALVEMATIC的結構

按照功能劃分,豐田VALVEMATIC包括兩個機械結構,分別是連續可變氣門升程控制器和VALVEMATIC機構,并且VALVEMATIC還與可變氣門正時(智能VVT-i)協同工作。

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VALVEMATIC的結構

1、連續可變氣門升程控制器

連續可變氣門升程控制器有EDU、傳感器、電機和差速滾子轉換器組成。連續可變氣門升程控制器總成的內部齒輪由發動機機油進行潤滑。內置電動機位置傳感器檢測電動機位置。內置作用角傳感器檢測執行器的位置以確認作用角。

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連續可變氣門升程控制器

差速滾子轉換器將電動機的旋轉運動轉換為控制軸的軸向線性運動,以使 VALVEMATIC 機構工作。原理如下圖所示,通過部位“A”的螺旋作用,螺母的旋轉運動轉換為控制軸的軸向運動。

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差速滾子轉換器工作原理

2、氣門升程控制機構

控制軸的軸向線性運動通過搖臂滑塊變為旋轉運動并移動擺動凸輪:電動機轉動轉換成執行器內的線性運動,在軸向方向上驅動控制軸。搖臂滑塊與控制軸在軸向方向上互相鎖定,它只在搖臂軸上滑動。搖臂滑塊、滾子臂以及擺動凸輪與螺旋花鍵嚙合在一起,螺旋花鍵的運動轉換成滾子臂在徑向方向上的轉動。擺動凸輪的擺動限制在一定的范圍內,在此,凸輪表面與滾柱搖臂表面接合在一起,在擺動凸輪和搖臂之間通過搖臂滑塊不斷地改變相關的相位。因此可變氣門升程被連續控制。

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動力傳輸路徑如下:

帶 VALVEMATIC 的發動機:

凸輪軸 >>> 滾子臂>>> 搖臂滑塊 >>> 擺動凸輪 >>> 滾子式搖臂 >>> 進氣門

常規發動機(帶搖臂):

凸輪軸 >>> 滾子式搖臂>>> 進氣門

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[1] 表示連續可變氣門升程控制器使控制軸移動。

[2] 表示通過帶螺旋結構的搖臂滑塊控制軸的移動使擺動凸輪旋轉。

此移動改變了與滾子式搖臂的位置關系,也改變了氣門升程和持續角。

氣門升程控制工作情況

VALVEMATIC 能夠在所有發動機轉速范圍控制氣門升程,提供更好的發動機性能。具體來說可以調節進氣門升程從1.1mm-11.5mm;改變氣門開啟角度,規定開啟和關閉正時角度在106°CA-280°CA范圍之內,與VVT-i一起控制氣門正時。

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Valvematic系統調節范圍

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Valvematic系統調節動作

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Valvematic氣門升程曲線圖

VALVEMATIC氣門升程控制

Valvematic與 VVT-i 協同工作,通過連續控制進氣門正時和氣門升程來控制進氣量。

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ECU通過接收來自 ECM 的目標氣門升程控制氣門升程。ECM控制 VVT-i(氣門正時)EDU控制氣門升程,ECM 根據加速踏板開度和發動機轉速計算目標進氣量。然后決定目標氣門升程、氣門正時和節氣門開度。連續可變氣門升程控制器通過 CAN 并根據來自 ECM 的信號驅動電動機以控制氣門升程。

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行駛狀況和氣門升程的關系

- 起動控制:臨近 BDC 時進氣門關閉以增大實際壓縮比。從而提高了起動性能。

- 怠速提升控制:增大氣門疊開度并增強內部 EGR。

備注:發動機冷卻液溫度低時,進氣門持續角固定在 150。臨近 BDC 時關閉進氣門以提高壓縮比。這樣便優化了燃燒情況。

- 暖機前控制:加速踏板開度大時提高容積效率。

- 正常工作情況:
> 輕載:使用進氣門控制進氣量以減小泵吸損失。
> 重載:增大氣門升程以提高容積效率。

- 發動機停機控制:設定至發動機起動的最佳位置。

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行駛狀況和氣門升程的關系

VALVEMATIC 的優勢分析

1、提高了燃油經濟性

進氣循環開始時,通過將必要量的空氣吸入氣缸以減小泵吸損失。使用 VALVEMATIC 系統,發動機暖機后的進氣量可使用進氣門升程(持續角)和節氣門開度進行控制。因此,節氣門開度大于常規發動機開度,且進氣口內的壓力接近于大氣壓力。進氣口內的壓力接近于大氣壓力時,將空氣吸入氣缸非常容易??傊?,進氣循環開始時通過將必要量的空氣吸入氣缸,氣門提前關閉,這樣便減小了泵吸損失并降低了油耗。

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進氣口泵氣損失降低

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2、提高了發動機動力性能

由于在較低氣門升程處缸內空氣流速較快,發動機可以獲得更高的燃燒效率,在選擇氣門開啟和關閉正時時具有更大可調性,因此是發動機在全部區域范圍內扭矩和功率輸出提高。

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3、提高了發動機響應:

節氣門開度比常規發動機大。進氣歧管內的壓力接近于大氣壓力。將空氣吸入氣缸非常容易,因此在發動機瞬態區域反應更快。

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4、清潔排放:

通過較小的氣門升程就可保持發動機轉速低時的高空氣流速,生成均勻混合氣以穩定燃燒。

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[責任編輯:無]
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