配气机构控制系统结构特征分析

配气机构的控制就是对配气相位的保证，配气相位就是用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间。

理论上四冲程发动机的进气门应当在活塞处在上止点时开启，当活塞运动到下止点时关闭；排气门则应当在活塞处于下止点时开启，在活塞运动到上止点时关闭。进气时间和排气时间各占180°曲轴转角。但是实际发动机的曲轴转速都很高，活塞每一行程历时都很短，往往会使发动机充气不足或排气不干净，从而使发动机功率下降。因此，一般采取延长进、排气时间的方法，即气门的开启和关闭的时刻并不正好是活塞处于上止点和下止点的时刻，而是分别提前或延迟一定曲轴转角，以改善进、排气状况，从而提高发动机的动力性。也就是说发动机进、排气时间所占的曲轴转角一般都大于180°。发动机的配气相位一般用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示，即配气相位图，如图2-30所示。

（1）进气门的配气相位 如图2-30所示，在排气行程接近终了，活塞到达上止点之前，进气门便开始开启，即曲轴转到活塞处于上止点位置还差一个角度α，称为进气提前角。直到活塞过了下止点又重新上行，即曲轴转到超过活塞下止点位置以后一个角度β时，进气门才关闭，称为进气迟后角。这样，整个进气过程中，进气门开启持续时间的曲轴转角，即进气持续角为180°+α+β。

进气门提前打开延迟关闭的目的，是为了保证进气行程开始时进气门已有一定开度，在进气行程中获得较大进气通道截面，使新鲜气体能顺利地充入气缸。当活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力，在压缩行程开始阶段，活塞上移开始的情况下，仍可以利用气流较大的惯性和压力差继续进气，因此进气门延迟关闭是利于充气的。发动机转速越高，气流惯性越大，迟闭角应取大值，以充分利用进气惯性充气。

（2）排气门的配气相位 在做功行程接近终了，活塞到达下止点前，排气门便开始开启，提前开启的角度γ，称为排气提前角。经过整个排气行程，在活塞越过上止点后，排气门才关闭，排气门关闭的延迟角δ称为排气迟后角。这样，整个排气过程中，排气门开启持续时间的曲轴转角，即排气持续角为180°+γ+δ。排气门迟关，可以使废气排放得较干净。

（3）气门的叠开 同一气缸的工作行程顺序是排气行程后，接着便是进气行程。在实际发动机中，在进排气行程的上止点前后，由于进气门在上止点前即开启，而排气门在上止点后才关闭，这就出现了在一段时间内排气门与进气门同时开启的现象，这种现象称为气门重叠，重叠的曲轴转角α+δ称为气门重叠角。由于新鲜气流和废气流的流动惯性比较大，在短时间内保持原来的流动方向，因此只要气门重叠角选择适当，就不会产生废气倒流入进气管或新鲜气体随同废气排出的可能性，这将有利于废气排放彻底和进气充分。

1.机械控制方式的结构特征分析

传统配气机构配气相位的控制是由曲轴正时齿轮、正时带（正时链）、凸轮轴正时齿轮及凸轮轴控制的，如图2-31所示。配气相位控制的关键是由曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮的相对位置决定，拆装检修的关键要把握住这两轮的相对位置，至于凸轮轴的凸轮位置在汽车发动机设计和制作时就已经定位了，只与其磨损量有关。

2.电控液压式控制方式的结构特征分析

电控液压式正时控制是在原有正时控制的基础上增加改变配气相位或气门升程的控制。下面以MAZDA6发动机可变气门正时控制系统S-VT（VVT）和本田ACCORD（雅阁）F23A和F20B1发动机的VTEC机构为例说明。

图2-31 配气机构的控制示意图

（1）MAZDA6发动机可变气门正时控制系统S-VT（VVT）MAZDA6可变气门正时机构由可变气门正时执行器、油压控制阀（OCV）、曲轴位置传感器（CKP）、凸轮轴位置传感器（CMP）及发动机电脑（PCM）构成。CKP传感器发送的发动机转速信号和CMP传感器发送的气缸识别信号被PCM接收到后，经过分析和计算发出指令，输出电流（占空比）控制油压控制阀，改变其高液压油的通道。油压控制阀的油压用来控制可变气门正时执行器，使其根据发动机不同的转速，不断调节进气凸轮轴相位，使气门正时达到最佳。可变气门正时机构的结构示意图如图2-32所示。

可变气门正时传动装置有两个液压室：一是气门正时提前室，二是气门正时延迟室。这两个液压室位于凸轮轴链轮支承壳与凸轮轴转子之间。油泵为两室提供机油。由油压控制阀（OCV）控制两室的液压水平，按照发动机运行条件调整凸轮轴链轮以及凸轮轴的相应相位，以获得最优配气。

1）发动机起动时：可变气门正时传动装置的止动销与转子啮合时（转子由于弹簧力处于最大进气延迟位置），凸轮轴链轮与凸轮轴作为一个整体旋转。当油泵压力升高并且止动销脱离时，便可能对凸轮轴链轮与凸轮轴的相应角度进行调节。

2）气门正时提前：油压控制阀（OCV）的滑阀按照PCM信号移动到左侧时，油泵液压注入到气门正时提前通道并最终到达可变气门正时传动装置的气门正时提前室。然后，转子与凸轮轴一起向气门正时提前方向旋转，与曲轴驱动的壳相反，由此气门正时被提前，如图2-33所示。

图2-32 可变气门正时机构示意图

1—CKP传感器 2—CMP传感器 3—PCM 4—油压转换阀（OCV） 5—可变气门正时执行器 6—电信号 7—液压

图2-33 气门正时提前工作流程图

1—PCM 2—油压控制阀（OCV） 3—滑阀 4—油泵 5—凸轮轴 6—可变气门正时传动装置 7—转子 8—壳 9—油底壳 10—通向气门正时提前室 11—气门正时提前室 12—来自气门正时延迟室

3）气门正时延迟：油压控制阀（OCV）的滑阀按照PCM信号移动到右侧时，油泵液压注入到气门正时提前通道并最终到达可变气门正时传动装置的气门正时延迟室。然后，转子与凸轮轴一起向气门正时延迟方向旋转，与曲轴驱动的壳体相反，由此气门正时被延迟，如图2-34所示。

图2-34 气门正时延迟工作流程图

1—PCM　2—油压控制阀（OCV） 3—滑阀 4—油泵 5—凸轮轴 6—可变气门正时传动装置 7—转子 8—壳体 9—油底壳 10—通向气门正时延迟室 11—气门正时延迟室 12—来自气门正时延迟室(www.xing528.com)

4）保持气门正时中间位置：油压控制阀（OCV）的滑阀位于气门正时提前与延迟的中间位置。由此，液压同时被保持在可变气门正时传动装置的提前室与延迟室内。同时，转子与壳体的相应角度被固定并保持，由此产生固定气门正时，如图2-35所示。

图2-35 保持气门正时中间位置工作流程图

1—PCV　2—油压控制阀（OCV） 3—油泵 4—通向气门正时提前室 5—通向气门延迟室

5）可变气门正时传动装置：由一个与凸轮轴链轮一体的外壳、一个罩、一个凸轮轴转子以及一个止动销组成。当发动机停止时止动销用来定位转子与外壳（套管）。另外，转子有一个薄片封口用来密封气门正时提前室与延迟室。

可变气门正时传动装置罩壳与转子开槽，在监控可变气门正时传动装置时，被作为对正标记使用，如图2-36所示。

图2-36 可变气门正时传动装置图

1—凸轮轴链轮 2—壳3—转子 4—止动销 5—尖端封口 6—罩 7—开槽（刻痕）

6）油压控制阀（OCV）：包括一个用来转换机油通道的滑阀、一个用来移动滑阀的线圈、一个柱塞以及一个回位弹簧，如图2-37所示。

图2-37 油压控制阀装置图

1—滑阀 2—线圈 3—柱塞 4—回位弹簧

（2）本田ACCORD（雅阁）F23A和F20B1发动机的VTEC机构 如图2-38所示，VTEC机构主要由气门、凸轮、摇臂、同步活塞等组成。

五段工作凸轮（图2-39）：排气凸轮与常规排气凸轮相同。进气有三个凸轮，主进气凸轮有较大的进气提前角和较大的气门升程，辅助进气凸轮有较小的进气提前角和较小的气门升程，还增加了一个中间进气凸轮，使其具有最大的进气提前角和最大的气门升程。

三个进气凸轮分别驱动三根摇臂（图2-40），与主凸轮、辅助凸轮和中间凸轮相对应的摇臂分别为主摇臂、辅助摇臂和中间摇臂。三根摇臂内部装有由液压控制移动的同步活塞、正时活塞等。

图2-38　VTEC机构

1—凸轮轴 2—摇臂轴 3—主摇臂 4—正时板 5—中间摇臂 6—止推活塞 7—辅助摇臂 8—同步活塞B　9—同步活塞A　10—正时活塞

图2-39 五段工作凸轮

1—凸轮轴 2、6—排气凸轮 3—主进气凸轮 4—中间进气凸轮 5—辅助进气凸轮

图2-40 摇臂组件

1—正时活塞 2—正时活塞弹簧 3—同步活塞A 4—同步活塞B　5—辅助摇臂 6—中间摇臂 7—主摇臂