一种电动VVT的设计开发应用

沙宾宾，李鑫，周维，王慧颖，薛向阳



一种电动VVT的设计开发应用

沙宾宾，李鑫，周维，王慧颖，薛向阳

（华晨汽车工程研究院动力总成综合技术处，辽宁 沈阳 110141）

针对发动机可变正时系统，文章介绍了一种电动VVT的机构及控制原理，以及针对设计开发应用过程中电动VVT在整机状态下控制稳定性的测试结果。

发动机；电动VVT；控制稳定性

前言

电动VVT为电机驱动型智能可变气门正时系统。传统液压VVT在低温或低转速时由于低油压和润滑不良而不工作, 所以电机驱动型VVT与液压形式的VVT系统相比，由电机控制的VVT响应速度更快、控制更精确，而且可实现无级调节使可变气门正时系统的工作范围扩大了。电动VVT可以在更大的发动机转速以及更低的冷却液温度范围下改变进排气门正时，提高进排气效率，从而改善怠速稳定性和低速平稳性、提高发动机功率和扭矩、降低部分负荷燃油消耗率和改善废气排放。

1 电动VVT布置及特点

本发动机是采用的电动VVT来自国内某大型VVT供应商，其结构特点主要有：相位器采用单级偏心减速机构，可大大降低产品轴向尺寸；电机及电动VVT控制器集成设计，采用高耐温材料，-35℃~140℃下均可使用。如图1电动VVT示意图、图2电动VVT的轴向布置所示：

图2 电动VVT的轴向布置

相比传统的液压VVT，采用电动VVT后拓展更宽的温度转速应用范围，如图3 温度转速应用对比图。

从图3中可以看出：A点支持低转速调节，在发动机低转速范围内，相位可根据不用温度条件进行相位调节，降低该阶段的油耗和排放；B点支持低温起动调节，起动时相位处在最大滞后位置，降低压缩比，减小起动阶段起动电机负荷，改善起动时NVH性能，起动后，相位调节，提高暖机速度，提高排温，是催化器快速达到起燃温度；C点支持低温调节，在水温较低的发动机工况下，相位可调节，不同转速下均可创造缸内更合适的着火条件，提高发动机的排放和油耗。

2 电动VVT系统组成及控制

电动VVT相当于一个NN型行星齿轮减速器，结构和原理如图四 电动VVT结构图，图5电动VVT工作原理简图所示。

图4 电动VVT结构图

工作原理：VVT工作状态由电机与1/2曲轴转速差△n控制，△n＞0前调，△n＜0后调，△n＝0维持。

电动VVT的系统构成及逻辑控制方法如下，如图6电动VVT控制系统所示：

①相当于传统液压传动式VVT的控制方式，发动机ECU输出PWM信号，控制VVT前后调节也达到目标相位；

②PWM直接输出目标转速信号，开发初期直接标定PWM信号与VVT角度的曲线；

③通过CAN总线通信，发送和接受目标相位角和实际相位角。

图6 电动VVT控制系统

3 试验验证

电动VVT在某款发动机进行搭载装机后，进行了如下试验验证。

3.1 调节速度测试

通过调节速度测试的确认该电动VVT在本发动机上能够满足使用中响应性要求。详见图7 调节速度测试结果。

图7 调节速度测试结果

3.2 单体噪声测试

通过测试对比，电动VVT在发动机转速小于1000rpm时，噪声水平较传统液压VVT高；在大于1000rpm时，噪声水平与传统液压VVT相当。详见图8 噪声测试结果。

图8 噪声测试结果

3.3 台架稳定性测试

通过台架稳定性测试，在测试转速范围内，稳态相位下控制稳定维持在±1°CA范围内，20°CA相位阶跃过程中，控制稳定性＜3°CA，详见图九不同转速测试结果；发动机在不同负荷时，转速变化，相位波动＜2°CA，详见图10 不同负荷相位波动。

图9 不同转速测试结果

3.4 电动VVT功耗测试

为测得在整车不同工况下的电机平均功率消耗，本测试通过电流电压采集计算电动VVT系统瞬时耗电功率，积分平均得到测试时间内的平均功率。测试原理如图11 电动VVT能耗评估，测试工况及结果如表1 实测实车功耗。

表1 实测实车功耗

4 结论

可变正时机构可有效的改善发动机燃油经济性，减少有害气体排放，但是传统的液压VVT受机油温度和压力影响，在低转速和发动机起动初期不能介入工作。本文通过对电动VVT的结构和原理、测试结果等，说明电动VVT在乘用车发动机上的应用可起到较好的效果。后续会陆续进行发动机有害气体排放的整车实测、发动机可靠性及整车可靠性的验证。以上是电动VVT在某款发动机上的应用，可有效的改善发动机燃油经济性，减少有害气体排放。

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A design, development and application of electric VVT

Sha Binbin, Li Xin, Zhou Wei, Wang Huiying, Xue Xiangyang

( Brilliance Auto R＆D Center Power Train General Technique Section, Liaoning Shenyang 110141 )

This paper introduces the mechanism and control principle of an electric VVT and the test results of the control stability of an electric VVT under the condition of the whole machine during the design and development of an electric VVT.

Engine;Electric VVT;Control stability

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1671-7988(2019)03-146-03

U462

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1671-7988(2019)03-146-03

U462

沙宾宾，就职于华晨汽车工程研究院，工程师，主要从事发动机开发应用工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.048