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丰田Dynamic Force engines可变气门正时系统

2019-01-18 10:06:27·  来源：汽车动力总成  
　
丰田VVT-iE是一种电机驱动型智能可变气门正时系统，使用该技术的发动机进气凸轮轴由电机通过链轮驱动，排气凸轮轴仍然使用传统液压VVT-i系统，目前VVT-iE技术已
丰田VVT-iE是一种电机驱动型智能可变气门正时系统，使用该技术的发动机进气凸轮轴由电机通过链轮驱动，排气凸轮轴仍然使用传统液压VVT-i系统，目前VVT-iE技术已经发展至第二代，应用在丰田TNGA架构的动力总成Dynamic Force 系列发动机（M20A、A25A、V35A）以及NR系列发动机上。
↑丰田凯美瑞热效率40%的2.5L发动机（A25A）
 
VVT-iE结构
VVT-iE系统（智能电动可变气门正时）可根据发动机运行条件平稳地改变气门正时，主要是通过使进气凸轮轴相对于正时链轮在曲轴角度为70°（A25A）或85°（V35A）的范围内旋转来实现的。而对应的VVT-i（智能可变正时系统）使排气凸轮轴相对于正时链轮的曲轴角度为41-44°。
↑VVT-iE系统结构图
 
传统液压VVT-i 在低温或低转速时由于低油压和润滑不良而不工作。VVT-iE系统由电机驱动，从接通时刻开始立即运行，因此它可以在启动时提供最佳的相位。所以电机驱动型VVT-i与液压形式的VVT-i系统相比，VVT-iE系统的工作范围扩大了，可以在更大的发动机转速以及冷冷却液温度范围下改变进排气门正时，提高进排气效率，从而改善怠速稳定性和低速平稳性、提高发动机功率和扭矩、降低部分负荷燃油消耗率和改善废气排放。
↑VVT-iE与VVT-i系统工作范围对比
凸轮轴控制电机总成由凸轮轴控制电机、2级摆线减速机构组成。
1 - 带EDU控制电机，2 - 链轮齿轮，3 - 轴承，4 - 偏心轴，5 - 行星齿轮，6 - 凸轮轴齿轮，7 - 正时链轮，8 - 凸轮轴
VVT-iE电动机包括无刷直流电机（安装在正时链盖上并与凸轮轴同轴旋转）、EDU控制单元和霍尔效应旋转传感器。EDU用作发动机ECM和驱动电机之间的中介，控制其旋转的方向和频率。EDU连续地将当前电动机速度，旋转方向和控制信号的状态发送到发动机ECM。
摆线减速机构由链轮齿轮、偏心轴、行星齿轮和凸轮轴齿轮组成。偏心轴驱动行星齿轮。链轮齿轮比大行星齿轮齿高1齿，凸轮轴齿轮比小行星齿轮齿高1齿。当偏心轴旋转时，行星齿轮开始移动并同时旋转，连接到链轮和凸轮轴齿轮。对于由电动机旋转的偏心轴的每次旋转，行星齿轮相对于链轮齿轮和凸轮轴移动1个齿。
1 - 链轮齿轮，2 - 偏心轴，3 - 行星齿轮 （大），4 - 凸轮轴齿轮， 5 - 行星齿轮 （小）
偏心轴旋转角度: a -120°, b - 240°, c - 360°
工作原理：
1.进气VVT-iE
↑凸轮轴与电机转速差即为VVT操作
当控制正时提前时，凸轮轴控制电机转速高于凸轮轴，螺旋盘通过减速机构由电机驱动，连接控制销沿螺旋盘向沟槽内侧滑动，使连接机构朝提前的方向旋转凸轮轴盘。
当控制正时延迟时，凸轮轴控制电机转速比凸轮轴转速慢，螺旋盘通过减速机构由电机驱动，连接控制销沿螺旋盘向沟槽外侧滑动, 使连接机构朝延迟的方向旋转凸轮轴盘。
当电机转速与凸轮轴转速相同时，螺旋盘不转动，连接控制销不移动，气门正时不改变。
2.排气VVT-i
在Dynamic Force发动机上，排气VVT-i使用了新型的执行器，并与油控制阀集成到中心螺栓上。
A25A：1 - 油压控制阀，2 - 线圈，3 - 柱塞，4 - 轴
V35A：1 -油压控制阀，2 - 线圈，3 - 柱塞，4 - 轴
带有叶片转子的VVT-i执行机构安装在排气凸轮轴上。当发动机停止时，锁销将转子保持在最大推进位置以正常启动。
A25A：1 - 控制阀，2 - 相位器壳体，3 - 转子，4 - 锁销，5 - 链轮，6 - 凸轮轴
a - 停止时，b - 运行中
ECM基于来自凸轮轴位置传感器的信号控制VVT执行器的提前和延迟腔中的油流量来调节气门正时。
1-控制阀，a-到提前室，b-到延迟室，c-液压油 d-回油
当控制气门正时提前时，油压控制阀的滑阀按照ECM信号移动到左侧，油泵液压注入到气门正时提前通道，并最终达到可变气门正时执行器的气门正时提前室。然后，转子与凸轮轴一起向气门正时提前方向旋转，与曲轴驱动的壳体旋转方向相同，此时气门正时被提前。
1 -叶片，2 - ECM， 3 -控制螺线管。a -旋转方向，b -延迟室，c -提前室，d -到提前室，e -到延迟室，f -回油
当控制气门正时延迟时，油压控制阀的滑阀按照PCM信号移动到右侧，油泵液压注入到气门正时延迟通道，并最终达到可变气门正时执行器的气门正时延迟室。然后，转子与凸轮轴一起向气门正时延迟方向旋转，与曲轴驱动的壳旋转方向相反，此时气门正时被延迟。
1 -叶片，2 - ECM, 3-控制螺线管。a -旋转方向，b -延迟室，c -提前室，d -到提前室，e -到延迟室，f -回油
油压控制阀的滑阀位于气门正时提前与延迟的中间位置。由此，液压同时被保持在可变气门正时传动装置的提前室与延迟室内。同时，转子与壳的相应角度被固定并保持，由此产生固定的气门正时。
气门正时图（A25A-FKS）
气门正时图（V35A-FTS） 
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