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1、2020/9/1,1,VVT技术介绍,2020/9/1,2,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,2020/9/1,3,什么是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
2、门正时的装置。,2020/9/1,4,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。,2020/9/1,5,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
3、实都是上述技术中的一种，名字不同而已。 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）,2020/9/1,6,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,2020/9/1,7,VVT的结构,VVT系统由液压调相器，机油控制阀（O
4、CV），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,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,2020/9/1,8,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。,202
5、0/9/1,9,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ECU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。,2020/9/1,10,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V
6、VT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/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,2020/9/1,11,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,2020/9/1,12,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
7、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（OCV）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,2020/9/1,13,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P
8、WM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。,2020/9/1,14,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,2020/9/1,15,稳定位置,即转子相对定子顺
9、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,2020/9/1,16,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,2020/9/1,17,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,202
10、0/9/1,18,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,2020/9/1,19,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,2020/9/1,20,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
11、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,排气早开， 减少进气损失,进气 排气,2020/9/1,21,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
12、，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,2020/9/1,22,VVT标定,凸轮轴相位自学习 在初始阶段VVT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。,2020/9/1,23,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,24,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,2020/9/1,25,VVT标定,大负荷基本VVT MAP标定 大负荷标定时侧重
13、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。,2020/9/1,26,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
14、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。,2020/9/1,27,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,2020/9/1,28,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
15、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
16、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。,2020/9/1,29,VVT制造商,德系：供应商主要有Schaeffler INA，Hilite。 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
