丰田花冠发动机的结构组成和工作原理分析.doc

丰田花冠发动机的结构组成和工作原理分析

发动机的结构如图(2-1):
图2-1
图2-2
此发动机在设计时将发动机活塞的行程设计的很长,是一台长行程发动机,此类发动机在中低速扭力充沛,驾驶性良好,燃烧也完全,能降低HC的污染,也能节省燃油
,曲轴采用偏心放置,相对于曲轴中心来说,缸孔中心向进气侧偏移8mm(图2-2左)。从而在最大压力作用时侧压力减小,同时也能改善燃油经济性。
凸轮轴采用正时链条来驱动(图2-2右)。正时链条的寿命长,在正常的使用状况下,发动机用到报废都不需要调整与更换,可靠度比正时皮带高很多。气门采用新的技术,不使用气门调隙片,而以直接选配的方法来控制气门间隙,轻量化使得此发动机使用弹簧系数较低的气门弹簧,进而降低摩擦损失,行驶起来更加省油。
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图2-3
此发动机气门采用较小的气门夹角,且没有采用传统的气门座,而是以激光在汽缸头镀上一层较薄的耐磨耗合金来取代气门座(图2-3),使得整个汽缸盖的体积显得特别的紧凑、燃烧室空间增大,从而能够使用较大的气门,让进排气量更大,高速性能得以充分提高。
图2-4
图2-5
气缸盖采用垂直的进气道,以增加进气效率。喷油器安装在气缸盖上,防止燃油附在进气道壁上,同时减少废气排放量。气缸盖上水套通路使冷却性能最优,此外,冷却水旁通道设置在进气道下面,以减少部件数量,同时达到减轻重量的目的。进气门和排气门的角度小并设置在29度,以获得一紧凑型气缸盖。采用锥形挤压式燃烧室,使发动机抗爆燃性和燃油利用率得到提高(图2-4)。
液压间隙调节器位于滚针式摇臂的支点,主要由柱塞、柱塞弹簧、单向球和单向球弹簧组成,通过气缸盖和内置弹簧提供的发动机机油使液压间隙调节器工作。机油压力和弹簧力作用在柱塞上,推动滚针式摇臂抵住凸轮,以调整开启和关闭气门期间产生的气门间隙,从而降低了配气机构的工作噪音(图2-5)。
最关键的VVT-I系统是通过凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感、节气门位置传感器、空气流量计和水温传感器将信号传给发动机ECU,再由发动机ECU控制凸轮轴正时机油控制阀来实现系统的正常工作。下面我们来详细的了解一下它的控制。
图2-6 VVT-I正时控制器的内部结构
VVT-I系统控制器与进气凸轮轴耦合的叶片和从动正时链的壳体组成。与进气凸轮轴上的提前或滞后油路传送机油压力,使VVT-I控制器实行控制。主正时链驱动进气侧的VVT-I控制器外壳的链轮,外壳上的另一链轮驱动副正时链,并同时驱动排气侧VVT-I控制器外壳。VVT-I控制器(图2-6)的内部结构主要由控制器外壳、叶轮、锁销、叶轮回位弹簧、端盖及螺栓等组成。叶轮与凸轮轴是固定的,即为“硬连接”,而控制器外壳与叶轮之间不是硬连接,它们之间可以有相对运动。这一相对运动是由气门正时提前室和滞后室的容积决定,显然容积改变即改变了叶轮与控制器外壳之间的相对角度,也就改变了气门的配气相位。因此,当提前室容积增大,滞后室容积减小,叶轮相对于控制器外壳的转动方向与外壳的转动方向相同,则凸轮轴的相位也就提早,反之亦然。当发动机停止时进气凸轮轴多处在滞后状态,以确保启动性。
图2-7
如果液压没有传递至VVT-I控制器紧接着就启动发动机,这时候会对发动机VVT-I系统造成损坏。因此,就必须有一个控制元件来对系统进行保护,这就是锁销(图2-7),锁销就相当于一个单向阀,在发动机某种情况下不需要VVT-I系统工作时,就锁止叶片。而在发动机需要系统工作时,则要开启锁销,使叶片能自由转动。
回位弹簧的作用是使叶轮回到最滞后的位置,这一位置是发动机停止运转位置,此时提前室容积最小,锁止销在弹簧力作用下被推入控制器外壳的销孔内,于是外壳与叶轮处于“硬连接”,这有利于发动机正常启动;当发动机启动后,由于系统建立了油压,锁止销在油压的作用下使弹簧被压缩,随之锁止销从控制器外壳销孔内脱出,于是外壳与叶轮之间就可以有相对运动,从而实现对提前室和滞后室容积的控制,能同时对进、排气门的开启和关闭正时进行控制,也就是能控制进、排气门打开和关闭的最大提前角和最大迟闭角。
这一系统根据发动机不同的工作状态,连续地调节进、排气门的闭合角度,以实现对凸轮轴相位进行实时智能调节,发动机的工作状态大致分为4个区域(如图2-8右所示),VVT-I系统根据不同的区域(如图所示的A、B、C及D区域)可以完全实现对配气相位进行智能调整。
图2-8
气门在不同工作状态下实现的正时功能:
图2-9
A区域工况(图2-9):怠速、轻载、低温和启动时,发动机转速低,进气量少,为防止出现缸内新鲜充量向进气管内的倒流,VVT-I控制进气门相位滞后,排气门相位提前,即减少了进排气门的叠开角,以便稳定燃烧,增加低速