浅析雷克萨斯车系连续可变气门正时机构控制基理(上)

◆文/江苏 田锐

一、系统说明

VVT-i是根据发动机的运转状态、将凸轮轴控制在最佳气门正时的系统。传统的气门正时，在考虑做为发动机目标的低中速扭矩、最高输出、怠速时的稳定性等相反特性的同时，仅能决定1项，但VVT-i能够连续可变地控制气门正时，因此能够在整个运转范围设定最合适的气门正时。VVT-i有2种类型，即只有进气门正时可变的类型，以及进气门与排气门的气门正时都可变的类型(Dual VVT-i)。此外，动作机构有液压动作类型与电动动作类型(VVT-iE) 2种，如图1、图2所示。

1.VVT-i的优点

根据VVT-i的动作，在发动机各运转范围内有以下优点，如图3所示。

VVT-i有2种类型，即只有进气的类型与Dual类型，但目标效果相同。Dual类型，在排气侧也进行运转，因此该系统更能发挥出VVT-i的效果。图4、5所示为对各范围的动作进行说明，图中显示的内容是主要的动作状态，实际上是根据行驶状态进行连续地控制。

2.VVT-iE的动作区间

由于气门正时控制是通过电子控制的，因此VVT-iE不会受到液压的影响。能够控制低温时、低转速时较难产生的液压、启动时的气门时机，动作区间较VVT-i有所扩展，如图6所示。

二、系统零部件构成

1.曲轴位置传感器(电磁拾取式)

曲轴位置传感器对曲轴位置与曲轴角速度进行检测。发动机ECU根据信号计算出发动机转速，如图7所示。

如果曲轴旋转，则曲轴正时转子的突起部(34齿)与曲轴位置传感器之间空气间隙会发生变化，因此曲轴位置传感器的线圈部分会产生电动势。通过产生的电压可以检测出每10°的曲轴旋转信号，如图8所示。

2.凸轮位置传感器(电磁拾取式)

凸轮位置传感器对汽缸进行判别并对实际凸轮轴角度进行检测。如果凸轮轴旋转，则凸轮轴正时转子的突起部与凸轮位置传感器之间的空气间隙会发生变化，因此凸轮位置传感器的线圈部分会产生电动势，如图9所示。

3.液压式VVT-i

VVT-i控制器有螺旋齿轮式与叶片式两种，将对主流的叶片式进行说明。叶片式的VVT-i控制器是由固定在正时齿轮上的壳体部与固定在凸轮轴上的叶片部分构成的。通过将OCV产生的液压作用于VVT-i控制器的提前室与延迟室，以旋转叶片部，从而连续改变凸轮轴的位相。发动机停止时，由于锁销导致进气侧固定于最大延迟状态，排气侧固定于最大提前状态，如果发动机起动，则液压会导致锁销解除。排气侧设置了提前辅助弹簧，以便锁销在发动机停止时能够切实地锁上，如图10所示。

根据发动机ECU发出的负荷信号，对滑柱阀的位置进行控制，并调整VVT-i控制器的提前室与延迟室的燃油供应。发动机停止时的滑柱阀会根据弹簧的弹力将进气侧调整到最大延迟状态，同时将排气侧(Dual VVT-i系统)调整到最大提前状态，以备下次的发动机起动，如图11所示。

提前角时的运转，如图12所示。延迟角时的运转，如图13所示。保持时的运转，如图14所示。

VVT-iE控制器由凸轮轴控制电机、减速机构、连杆机构构成，如图15、16所示。

①凸轮轴控制电机

凸轮轴控制电机由DC无刷电机与电机驱动器构成。凸轮轴控制电机安装于凸轮轴控制执行器前端的正时链罩上，且与进气凸轮轴同轴旋转。发动机ECU根据运转状态计算出目标气门正时，并向凸轮轴控制电机发送旋转速度、旋转方向的指示信号。电机驱动器根据该信号驱动DC无刷电机，并根据电机旋转速度与凸轮轴旋转速度之差运转凸轮轴控制执行器，从而可连续改变进气凸轮轴的相位。电机驱动器总是监视电机的驱动状态，并向发动机ECU发送旋转速度信号、旋转方向信号、驱动确认信号，如图17、18所示。

②凸轮轴控制执行器

凸轮轴控制执行器是由可以改变进气凸轮轴的相位的连杆机构与将凸轮轴控制电机的旋转传递至连杆机构的减速机构构成。通过凸轮轴控制电机，经由减速机构旋转螺旋板，并经由嵌入螺旋沟槽中的连杆控制销运转连杆机构，以便对凸轮链轮体的壳体与凸轮板上固定的进气凸轮轴的位相进行连续改变，如图19所示。

(未完待续)