《VVT技术介绍》PPT课件.ppt

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1、2023/7/8,1,VVT技术介绍,2023/7/8,2,目录,一、什么是VVT二、VVT的优势三、VVT的分类四、VVT的结构,五、VVT工作原理六、VVT控制过程七、VVT控制策略八、VVT标定,九、VVT缺点十、VVT制作商十一、VVT未来发展方向,2023/7/8,3,什么是VVT：,VVT是Variable Valve Timing的简写，顾名思义即可变气门正时。众所周知，内燃机的气门正时取决于凸轮轴的相位，一旦凸 轮轴的相位确定，其进排气门开启和关闭的相位一定；通常 情况下，凸轮轴在设计时很难兼顾到内燃机所有工况下的性 能，而VVT是一种通过改变凸轮相位来调整气门正时的装置。,2

2、023/7/8,4,VVT优势,通俗讲发动机的进排气就好比人的呼吸，发动机一成不变的“呼吸”节奏阻碍发动机效率的提升，VVT就相当让发动机在各种负荷和转速下自由调整“呼吸”，从而提升动力表现，提高燃烧效率。,2023/7/8,5,VVT分类,VVT系统可分为分段式调节和连续调节，而连续调节式VVT又可分为如下四类：（1）单进气VVT,简称IPS（2）单排气VVT,简称EPS（3）进、排气独立调节VVT,简称DIPS（4）进、排气等相位调节VVT,简称DEPS目前，市面上不同汽车厂商命名的如VVT,VCT,VVT-i,CVVT,DVVT,VCP,CVCP等，其实都是上述技术中的一种，名字不同而已

3、。此外，还有一种配气技术叫可变气门升程（VVL），还有既可变气门正时（VVL）和又可变气门升程（VVTL，VTEC）,2023/7/8,6,FE-3%NOx-50%HC-10%torque/power+5%,FE-5%NOx-70%HC-15%torque/power+10%,FE-3%NOx-70%HC-15%torque/power,FE-4-6%NOx-50%HC-torque/power-,VVT分类,2023/7/8,7,VVT的结构,VVT系统由液压调相器，机油控制阀（OCV），凸轮轴相位传感器，曲轴相位传感器，发动机控制单元等组成。其电液图如右：,VVT,凸轮相位传感器,传感器环

4、,机油控制阀,机油 连接至机油泵机油 连接至油底壳,发动机管理系统,曲轴相位传感器,2023/7/8,8,液压调相器结构,VVT的结构,链轮，定子和罩板共同组成液压空腔，并被带有油封的星型转子分割为两个油腔，油腔分别于凸轮轴和OCV进出油孔对应相连。其中转子与凸轮轴通过中央螺栓固定在一起，转子与凸轮轴的转动永远是同步的；而定子与链轮或带轮通过定子螺栓固定在一起，链轮或带轮以及定子与曲轴的转动是同步的。转子相对于定子有相对转动时，也就意味着凸轮轴就相对于曲轴有正时提前或滞后。,2023/7/8,9,机油控制阀（OCV）结构,VVT的结构,VVT系统的OCV阀为比例阀，即阀芯的移动位置与发动机EC

5、U向OCV线圈提供的PWM占空比大小是成正比的。占空比逐渐加大时，线圈电磁力也逐渐加大，铁芯总成在螺线管中移动，并克服弹簧力推动阀芯前移，当占空比信号逐渐减小时，电磁力也逐渐减小，阀芯在弹簧力的作用下逐渐回位。阀芯在移动过程中，与阀套配合实现油路的切换，从而控制机油进出OCV阀的方向和流量，进而控制流入/流出相位器油腔的机油流量。,2023/7/8,10,VVT系统的所有工作均需通过机油完成，为保证VVT及时、准确的工作，必须保证油压在工作范围内，为此，一般VVT发动机均有单独的VVT油路，机油从油底壳被机油泵输送到凸轮轴，然后经过OCV阀，然后OCV控制进入相位器内部空腔中的机油量和机油流入

6、/流出方向。OCV按照ECU的指令，通过阀芯的轴向位置来调节机油的流向，使叶片相对壳体转动，从而实现对配气相位的调节及控制,VVT的结构,机油供给方案,2023/7/8,11,VVT的工作原理,右图是吉利发动机VVT技术机械原理，请点击查看动画演示,2023/7/8,12,VVT的工作原理,发动机ECU根据节气门开度传感器，发动机水温传感器，转速传感器，进气压力传感器等传来的信号，查找MAP图所对应的气门正时角，即目标位置；同时，发动机ECU根据曲轴位置传感器和凸轮位置传感器传来的反馈信号计算得出的凸轮轴的实际位置。ECU将目标位置和实际位置进行比较，并根据ECU的控制策略，向 机油控制阀（O

7、CV）发出作动信号，改变控制阀中阀芯的位置，从而改变油路中机油流向和流量大小，把提前、滞后、保持不变等信号以油压方式反馈至VVT相位器空腔内，来实现相位器内部定子和外部转子之间的相对转动，来调节凸轮轴的正时角度，从而达到调整进气（排气）的量，和气门开闭时间。VVT系统为闭环控制，PID控制法。,VVT技术的控制原理,2023/7/8,13,VVT控制过程,VVT的初始位置,为了更好的说明VVT系统的工作过程，下面以进气VVT为例，分别概述其三个最基本的工作过程：,输入OCV的PWM信号占空比通常为0%，阀芯没有移动。相位器右侧油腔油压大于左侧油腔油压，叶片左侧紧靠在定子台肩上，转子与定子之间没

8、有发生相对转动，及凸轮轴相对于曲轴正时没有调节。通常进气VVT基准位置为进气配气相位滞后位置，即进气门滞后打开和关闭。,2023/7/8,14,工作位置,输入OCV的PWM信号占空比逐渐加大，阀芯移动到最远的位置，相位器中左侧油腔压力逐渐加大，解锁后，当左侧油腔中压力大于右侧油腔压力，并克服凸轮轴摩擦转矩以及相位器内部摩擦转矩等之后，转子相对定子有顺时针转动，凸轮轴向正时提前方向调节，即进气门将提前打开和关闭。,VVT控制过程,2023/7/8,15,稳定位置,即转子相对定子顺时针转动一定角度后，输入OCV的PWM信号占空比大约在50%左右，相位器左右两侧油腔同时供油，转子和定子保持在该相对位

9、置。通常VVT介入调节后，大部分时间工作在某一角度的动态稳定位置。,VVT控制过程,2023/7/8,16,VVT的控制策略,在初始位置，进气最大迟关，排气最大早开。,TDC,BDC,进气排气,2023/7/8,17,VVT的控制策略,怠速，低负荷，低温或者起动时，主要考虑燃油经济性和发动机的运转平顺性，往往要尽可能的推迟打开进气门，提前关闭排气门，采用小的气门叠开角。,TDC,BDC,较小的气门重叠角减少废气进入进气道,发动机负荷,发动机转速,工作范围,进气排气,2023/7/8,18,VVT的控制策略,中等负荷时，不仅要考虑动力性，还要兼顾燃油经济性，因此进气应早开，排气应晚关，采用大的气

10、门叠开角。,上止点,下止点,采用大的气门重叠角增加内部 EGR,减小吸气损失,发动机负荷,发动机转速,工作范围,进气排气,2023/7/8,19,VVT的控制策略,在中低转速高负荷时，动力性需求明显，因此进气门应更早关，排气门应适当的晚开，以获得更大的扭矩和功率输出。,上止点,下止点,排气门晚开完全利用燃烧压力,发动机负荷,发动机转速,工作范围,进气门早关提高进气效率,进气排气,2023/7/8,20,VVT的控制策略,高速高负荷时，气流速度高，为尽可能的提高进气效率，进气应更晚关，排气应更早开。此时功率输出最大。,发动机负荷,发动机转速,工作范围,上止点,下止点,进气晚关，提高进气效率,排气

11、早开，减少进气损失,进气排气,2023/7/8,21,VVT标定,VVT工作条件：1.主继电器工作正常2.进气温度，水温，油温在系统设定的限值范围内（如水温在80左右，机油温度95左右）3.机油压力满足工作要求（300kpa以上）4.发动机转速在系统设定的限制范围内（下限为满足机油压力要求的最低转速，上限为发动机进气门最迟关闭的最低转速）5.发动机起动一段时间后6.凸轮轴相位自学习成功7.凸轮轴和曲轴的同步关系正确1-6条件标定根据经验设置，对于不同发动机也基本相同第7个条件取决于发动机的结构设计，要根据主机厂提供的参数进行计算,2023/7/8,22,VVT标定,凸轮轴相位自学习在初始阶段V

12、VT锁死位置，开始要进行自学习，ECU检测同步实际值和计算标定值是否一致，进行修正。,2023/7/8,23,凸轮轴和曲轴的同步原则：在VVT调整范围内，曲轴参考位置对应的凸轮轴信号必须高低电平交替出现。,VVT标定,VVT标定,使能水温,VVT采集周期,比例最大限制,积分最大限制,死区范围,使能最低转速,使能最高转速,延迟时间,VVT部分标定变量,2023/7/8,25,VVT标定,大负荷基本VVT MAP标定大负荷标定时侧重动力性大负荷标定时，节气门位置和发动机转速确定工况，在固定一个VVT角度，适当调整供油量和点火提前角在排出爆震的前提下，找到最大扭矩点，记录此时发动机转速，进气歧管压力

13、等参数，依次以一定步长增大VVT角度，保持节气门位置和发动机转速不变，按照上述方法会得到不同的扭矩值，扭矩最大的即为最佳VVT角度。调整节气门位置和发动机转速确定整个VVT MAP图。大负荷时发动机转入开环控制，适当加浓空燃比，以获得良好的动力，和利用标定时建立的排温模型控制排温，防止催化器温度过热。,2023/7/8,26,VVT标定,部分负荷VVT MAP标定中等负荷区域是发动机最常用的工况，也是排放重点控制工况，所以中等负荷区应该在满足排放指标的情况下，获取最低油耗。试验时在每个工况点（转速，进气歧管压力），设置不同的VVT角度，调整对应的VE表，使Lamda保持在1位置，安照最大扭矩最

14、小提前角原则，调整其对应的点火提前角，使油耗最低，最后选取满足排放指标，最低油耗的那个相位角为最佳VVT转角，根据上述方法制取全部部分负荷，最后平顺MAP图。,2023/7/8,27,VVT的技术缺点,增加了零件，单机成本提高 增加了润滑系统的性能要求 增加了凸轮轴前端轴承的负荷 增加正时轮系的惯量和对正时皮带的要求 增加了标定工作量,2023/7/8,28,VVT制造商,随着节能减排要求日益加严，VVT技术也由以前作为发动机特有技术趋近于发动机的标配。随着中国汽车市场爆发式增长，VVT技术的市场前景也异常乐观。然而，这一巨大的市场蛋糕如今也不能由某几家VVT制造商独占，竞争者也越来越多，市场

15、竞争也日趋白热化。下面针对目前一些主要VVT供应商进行简单介绍。,美系：供应商主要有Borgwarner，Delphi。Borgwarner依靠其深厚的链传动技术主导着VVT链轮齿形的行业规范，加之进入行业较早，一直在行业内占据较大市场份额，产品种类丰富，粉末冶金，铝压铸件，精冲件都有涉及。在上海设有研发中心Delphi则依靠其强大的发动机管理系统开发能力在VVT业界的影响力也不容小觑，提供的标定技术支持成为他们津津乐道的项目攻关的有力武器。这两家供应商都具备独立研发生产相位器和OCV的能力。,2023/7/8,29,VVT制造商,德系：供应商主要有Schaeffler INA，Hilite。

16、Schaeffler INA一直以其高精度制造工艺和质量稳定而著称，几乎与中国境内所有的汽车主机厂都有合作项目，并且其产品已量产多年。而且在欧洲，目前也主要与与BMW，Porsche，Ferrari等高端车型配套。在中国上海建有研发中心，实现VVT本土研发和提供技术支持，生产基地位于江苏太仓。其相位器主要工艺为粉末冶金和精冲。具有独立研发生产相位器和OCV的能力。目前零部件处于部分国产化阶段。尚无批量生产铝制VVT系统，安全系数高，但缺点是零件较重，成本较高。而Hilite则是Schaeffler INA强有力的竞争对手。同样具有独立研发生产相位器和OCV的能力。总部位于德国，在美国和中国设有

17、研发中心，VVT生产基地位于江苏常熟。它于2014年被中航工业收购100%股权，最近开始实施零件国产化计划。其主要客户为上海通用，大众和吉利。,2023/7/8,30,VVT制造商,日系：供应商主要有Denso，Hitachi，Aisin，Mikuni。日系供应商依然延续业界传统，在日系车企占据较大市场份额，同时也进军欧美和中国本土车系市场。粉末冶金和铝压铸也都有涉及。都有独立研发生产相位器和OCV的能力。另外Toyota和Honda能自行研发和生产VVT系统。Denso主要客户为丰田，现代，起亚和标志雪铁龙，目前也正在和大众开展新的业务。其零部件已经实现完全国产。因规模化使用铝制VVT系统，

18、成本低廉。Hitachi与本田，尼桑保持紧密合作，并有意于将新技术导入到本土主机厂。其零部件目前实现部分国产化。也因规模化使用铝制VVT系统，成本低廉。,2023/7/8,31,VVT制造商,中国本土：浙江泰州Deerfu，四川绵阳富临精工是国内较早进入VVT行业的本土供应商，目前除了给长城，吉利，上汽供货以外，也为GM中国市场供货，都有独立研发生产相位器和OCV的能力。另外，还有四川宜宾天工，浙江台州大行，广东佛山天佑，安徽芜湖杰锋动力都是相对较新的VVT本土供应商，有相位器生产能力，OCV处于研发初期，基本外购。据2008年统计数据得知，Toyota，Hitachi，Denso，Honda

19、，Schaeffler这5家主要的VVT系统供应商占据中国国内约76%的市场份额，而到2014年，能生产VVT的公司至少达到80家以上，主要得益于国内供应商的异军突起。据预测，未来五年内，绵阳富临精工将会出现强势增长，其销量将引领本土VVT系统制造商。,2023/7/8,32,VVT未来发展方向,VVT系统产品演化与升级主要经历了如下几代产品：从初期的液压式螺旋花键相位器到目前中国国内大规模使用的液压叶片式和星型转子相位器，都采用插入式OCV，OCV一般装在发动机凸轮轴罩盖或发动机气缸盖上，距离相位器较远，因而VVT系统响应速度一般。国外欧美汽车市场目前也有相应车型，但是该技术应用份额逐渐降低

20、。目前国外欧美，日本正开始大规模使用中置式液压VVT系统，相对于传统VVT系统响应速度更高。因为中置式OCV安装在相位器的转子内部，OCV距离相位器内部油腔近，工作过程中油道中油压损失小。而中国国内汽车市场也正在掀起中置式VVT系统的热潮，只不过大部分项目尚处于研发阶段。中置式VVT供应商主要集中于国外几家，本土供应商尚处于刚刚起步阶段，无研发中置式电磁铁和电磁阀能力。作为技术储备的电子VVT系统（也称EVCP）也逐渐登上汽车市场的历史舞台。目前国外供应商已经开始磨肩擦掌，而中国国内供应商尚未涉足该领域。因传统液压式VVT系统需要在建立一定的解锁油压后才能介入工作对发动机气门正时进行调节，意味着都多数情况下发动机怠速时VVT不能工作；而且传统液压式VVT系统调节角度有限，通常最大调节角度在35度凸轮轴转角。然而，电子VVT系统依靠直流电机通过齿轮箱带动凸轮轴转动，不依赖与发动机机油油压，只要供电便可立即参与调节，而且360度可调。电子VVT系统的安装要求与中置式VVT系统相似度极高，为将来发动机的技术升级换代做好了铺垫。预计不久的将来，电子VVT系统成本逐渐下降到消费者愿意为其买单之时，便离规模化生产就不远了。,2023/7/8,33,Thanks the End,