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丰田连续可变气门升程技术(Valvematic)深入解读

丰田连续可变气门升程技术(Valvematic)深入解读

说到连续可变气门升程技术,宝马Valvetronic、日产VVEL以及本田VTEC都是大家所熟知的技术,但宝马的Valvetronic技术结构较大,不适合用在超高速发动机上;日产的VVEL结构复杂,且

晨光文具说到连续可变气门升程技术,宝马Valvetronic、日产VVEL以及本田VTEC都是大家所熟知的技术,但宝马的Valvetronic技术结构较大,不适合用在超高速发动机上;日产的VVEL结构复杂,且成本高;本田的VTEC实为多级可调,而非连续可变。与这些技术相比,而VALVEMATIC技术结构简单,成本低,而且可以实现气门升程连续可变,适用于各种转速工况。

VALVEMATIC的结构

按照功能划分,丰田VALVEMATIC包括两个机械结构,分别是连续可变气门升程控制器和VALVEMATIC机构,并且VALVEMATIC还与可变气门正时(智能VVT-i)协同工作。

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晨光文具VALVEMATIC的结构

1、连续可变气门升程控制器

连续可变气门升程控制器有EDU、传感器、电机和差速滚子转换器组成。连续可变气门升程控制器总成的内部齿轮由发动机机油进行润滑。内置电动机位置传感器检测电动机位置。内置作用角传感器检测执行器的位置以确认作用角。

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连续可变气门升程控制器

差速滚子转换器将电动机的旋转运动转换为控制轴的轴向线性运动,以使 VALVEMATIC 机构工作。原理如下图所示,通过部位“A”的螺旋作用,螺母的旋转运动转换为控制轴的轴向运动。

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差速滚子转换器工作原理

2、气门升程控制机构

控制轴的轴向线性运动通过摇臂滑块变为旋转运动并移动摆动凸轮:电动机转动转换成执行器内的线性运动,在轴向方向上驱动控制轴。摇臂滑块与控制轴在轴向方向上互相锁定,它只在摇臂轴上滑动。摇臂滑块、滚子臂以及摆动凸轮与螺旋花键啮合在一起,螺旋花键的运动转换成滚子臂在径向方向上的转动。摆动凸轮的摆动限制在一定的范围内,在此,凸轮表面与滚柱摇臂表面接合在一起,在摆动凸轮和摇臂之间通过摇臂滑块不断地改变相关的相位。因此可变气门升程被连续控制。

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动力传输路径如下:

带 VALVEMATIC 的发动机:

晨光文具凸轮轴 >>> 滚子臂>>> 摇臂滑块 >>> 摆动凸轮 >>> 滚子式摇臂 >>> 进气门

常规发动机(带摇臂):

凸轮轴 >>> 滚子式摇臂>>> 进气门

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晨光文具[1] 表示连续可变气门升程控制器使控制轴移动。

[2] 表示通过带螺旋结构的摇臂滑块控制轴的移动使摆动凸轮旋转。

晨光文具此移动改变了与滚子式摇臂的位置关系,也改变了气门升程和持续角。

气门升程控制工作情况

VALVEMATIC 能够在所有发动机转速范围控制气门升程,提供更好的发动机性能。具体来说可以调节进气门升程从1.1mm-11.5mm;改变气门开启角度,规定开启和关闭正时角度在106°CA-280°CA范围之内,与VVT-i一起控制气门正时。

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晨光文具Valvematic系统调节范围

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Valvematic系统调节动作

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晨光文具Valvematic气门升程曲线图

VALVEMATIC气门升程控制

Valvematic与 VVT-i 协同工作,通过连续控制进气门正时和气门升程来控制进气量。

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ECU通过接收来自 ECM 的目标气门升程控制气门升程。ECM控制 VVT-i(气门正时)EDU控制气门升程,ECM 根据加速踏板开度和发动机转速计算目标进气量。然后决定目标气门升程、气门正时和节气门开度。连续可变气门升程控制器通过 CAN 并根据来自 ECM 的信号驱动电动机以控制气门升程。

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晨光文具行驶状况和气门升程的关系

- 起动控制:临近 BDC 时进气门关闭以增大实际压缩比。从而提高了起动性能。

- 怠速提升控制:增大气门叠开度并增强内部 EGR。

晨光文具备注:发动机冷却液温度低时,进气门持续角固定在 150。临近 BDC 时关闭进气门以提高压缩比。这样便优化了燃烧情况。

- 暖机前控制:加速踏板开度大时提高容积效率。

- 正常工作情况:
> 轻载:使用进气门控制进气量以减小泵吸损失。
> 重载:增大气门升程以提高容积效率。

- 发动机停机控制:设定至发动机起动的最佳位置。

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行驶状况和气门升程的关系

VALVEMATIC 的优势分析

1、提高了燃油经济性

进气循环开始时,通过将必要量的空气吸入气缸以减小泵吸损失。使用 VALVEMATIC 系统,发动机暖机后的进气量可使用进气门升程(持续角)和节气门开度进行控制。因此,节气门开度大于常规发动机开度,且进气口内的压力接近于大气压力。进气口内的压力接近于大气压力时,将空气吸入气缸非常容易。总之,进气循环开始时通过将必要量的空气吸入气缸,气门提前关闭,这样便减小了泵吸损失并降低了油耗。

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进气口泵气损失降低

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晨光文具2、提高了发动机动力性能

晨光文具由于在较低气门升程处缸内空气流速较快,发动机可以获得更高的燃烧效率,在选择气门开启和关闭正时时具有更大可调性,因此是发动机在全部区域范围内扭矩和功率输出提高。

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晨光文具3、提高了发动机响应:

节气门开度比常规发动机大。进气歧管内的压力接近于大气压力。将空气吸入气缸非常容易,因此在发动机瞬态区域反应更快。

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4、清洁排放:

通过较小的气门升程就可保持发动机转速低时的高空气流速,生成均匀混合气以稳定燃烧。

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