分析及维修丰田卡罗拉双可变气门正时系统

本文以卡罗拉1.6L 车型为例，它搭载的丰田1ZR-FE 发动机拥有双VVT-i 进排气系统，最大功率达到了91kW，甚至超过许多普通1.8 或2.0L 发动机指标；最大扭矩达到了157N·m，具备强大的动力性能。这款具有双VVT-i 进排气系统的发动机，在急加速时，由于进气量的加大，也使得汽油的燃烧更加完全，实现低油耗、低排放的目的。双可变配气正时系统（DualVVT-i）的特点是发动机ECU 可根据发动机的转速、负荷、温度状态及车速信号发出控制指令，通过油压来推动进、排气凸轮轴相对于正时链条转动一个角度，以获得最佳配气正时，从而在所有转速范围内增大扭矩、提高燃油经济性并减少废气排放。一、双VVT-i 系统结构原理（一）主要元件的结构如图1所示，丰田卡罗拉汽车双VVT-i 系统主要由曲轴位置传感器、空气流量计、节气门位置传感器、进气侧VVT 传感器、排气侧VVT 传感器、水温传感器、车速传感器、ECM、进气凸轮轴正时机油控制阀（进气侧OCV）、排气凸轮轴正时机油控制阀（排气侧OCV）和进、排气VVT-i 控制器等组成。

1. VVT-i 控制器

丰田汽车的VVT-i 控制器根据原理不同，可分为叶片式和螺旋齿套式。卡罗拉汽车采用叶片式控制器，其基本组成包括壳体、链轮、叶片和锁销组件。图2所示为进气凸轮轴上的控制器，图3所示为排气凸轮轴上的控制器。VVT-i 控制器壳体内加工有4个叶片槽，叶片固定在凸轮轴上嵌装在叶片槽内，叶片的宽度小于壳体内圆上的叶片槽宽度，与壳体装配后叶片可在壳体的叶片槽内来回转动。每个叶片将壳体上的每个槽隔成2 个工作腔，即提前工作腔和延迟工作腔。链轮与壳体接合端内侧加工有与工作腔对应的油槽，一端与相应的工作腔连通，另一端通过凸轮轴上的2条油道与凸轮轴正时机油控制阀连通。链轮与壳体通过螺栓连接为一个整体，由曲轴正时链轮通过正时链条驱动。由以上描述可知，由于凸轮轴与曲轴之间不再是直接通过正时链条相连，凸轮轴可相对于正时链轮转动，即相对于曲轴位置改变凸轮轴位置，从而实现配气正时的改变。锁销组件由锁销和弹簧组成，锁销和弹簧装在叶片内，当发动机熄火时，叶片处于最大延迟状态，在弹簧力的作用下，锁销的一部分被推入链轮上的锁销孔，将叶片和链轮锁定在一起，保证进气凸轮轴处于最大延迟状态，以维持起动性能及避免发动机刚起动时叶片及外壳之间发生撞击。链轮锁销孔有油道与控制油路相连，发动机工作时，压力机油进入链轮锁销孔，锁销压缩弹簧而退入叶片锁销孔，叶片与链轮之间可相对转动。2.凸轮轴正时机油控制阀凸轮轴正时机油控制阀的作用是根据发动机ECU 的占空比控制指令控制滑阀位置，从而控制通往VVT-i 控制器提前工作腔或延迟工作腔的油流方向和流量。控制阀由柱塞、电磁线圈、滑阀、回位弹簧及套管等组成，进气侧凸轮轴正时机油控制阀的结构如图4所示，排气侧机油控制阀的提前侧和滞后侧与此相反。控制阀套管上有一个与发动机润滑系统主油路相连的进油口、一个通往VVT-i 控制器提前工作腔的出油口、一个通往VVT-i 控制器延迟工作腔的出油口及2 个回油排放口。发动机熄火时，滑阀在弹簧力作用下处于最右端（最延迟状态），则延迟侧出油口与压力油相通，提前侧出油口与左排放口相通；发动机工作时，滑阀往前移动，则延迟侧出油口与右排放口相通，提前侧出油口与压力油相通。滑阀的移动量取决于ECU 发出的占空比指令。（二）系统工作原理卡罗拉发动机双VVT-i 系统在发动机各工况下的控制目标（图5）：起动时，进排气门处于最大延迟状态以提高起动性能；怠速时，消除进排气门重叠以减小进气侧回火，稳定怠速转速，提高燃油经济性；低温、低速、低负荷时，消除进排气门重叠以减小进气侧回火，确保发动机稳定性；中负荷时，增加进排气门重叠来提高内部EGR，以减小泵气损失，提高燃油经济性，改善排放控制性能；高负荷时，在低速到中速范围内，减小进气门迟闭角以提高充气效率，提高低速到中速范围内的扭矩；高负荷时，在高速范围内，增大进气门迟闭角以提高充气效率，提高输出功率。1.提前由发动机ECU 所控制的进气凸轮轴正时机油控制阀处于图6所示状态，排气凸轮轴正时机油控制阀处于图7所示状态时，压力机油通过凸轮轴、叶片进入提前工作腔，油压推动叶片和凸轮轴向配气正时的提前方向旋转。2.延迟由发动机ECU 所控制的进气凸轮轴正时机油控制阀处于图8所示状态，排气凸轮轴正时机油控制阀处于图9所示状态时，压力机油通过凸轮轴、叶片进入延迟工作腔，油压推动叶片和凸轮轴向配气正时的延迟方向旋转。3.保持达到目标正时后，发动机ECU控制凸轮轴正时机油控制阀处于中间位置，关闭正时控制器油道保持油压，从而保持当前的配气正时状态直至发动机运行状态改变。