汽车构造：展示可变配气相位的优势

1.可变气门正时控制机构；

2.可变气门升程控制机构。

1.能够向客户说明可变配气相位的结构组成及工作原理；

2.能够向客户展示可变配气相位的优点；

3.树立以客户为中心的理念，增强服务意识；

4.具有与客户沟通交流的能力；

5.具备基本识图的能力；

6.具备信息搜集和处理的能力。

固定配气相位发动机的气门正时主要是考虑发动机在常用工况下的有效功率、有效转矩尽可能增大，很难兼顾发动机高、低速时的性能要求，那么这个问题怎么解决呢？通过下面的学习，相信你会找到答案。

针对某一型号发动机的可变配气机构，通过小组研讨，描述出其部件组成，画出工作原理图，在学习小组或班级里汇报交流。

在高级汽油发动机上，固定的配气相位很难满足发动机高、低速时的性能要求。如图3-27所示，在低速时，活塞运动得慢，使得可燃混合气能够跟随活塞运动，进气门必须较早地被关闭，使得可燃混合气不会被强行排回进气歧管；在高速时，进气歧管中的流量很大，以至于虽然活塞向上运动，但是可燃混合气仍能够连续不断地流入气缸，当可燃混合气不能再进入气缸时，进气门关闭。

图3-27　可变气门正时

（a）低速进气门关闭较早；（b）高速进气门关闭较迟

因此，在装有可变配气相位的发动机中，进气门的关闭时间被调节在速度范围之内。当发动机转速高时，增大了进气门的升程，提前开启和延迟关闭进气门，提高了发动机的功率；当发动机转速低时，减小了进气门的升程，延迟开启和提前关闭进气门，提高了发动机的转矩，以满足发动机对经济性、稳定性和减少排放污染物的要求。

发动机上的可变气门正时控制系统可以通过两种形式实现：一是可变气门正时控制机构；二是可变气门升程控制机构。

一、可变气门正时控制机构

大众车系普遍采用链张紧式进气相位可变技术。图3-28所示为大众公司V形六缸发动机的可变进气系统的组成示意，图3-29所示为调整进气系统装置的结构。

图3-28　大众公司V形六缸发动机的可变进气系统的组成示意

图3-29　可变进气系统调整装置

（a）外形图；（b）结构图(www.xing528.com)

1.转矩调整

可变进气正时的转矩调整如图3-30所示。发动机在中、低转速时，为获得大转矩输出，凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短、下部变长。因为排气凸轮轴被同步带固定了，此时排气凸轮轴不能被转动，因此进气凸轮轴被提前转了一个角度，实现了进气门提前开启和关闭。

图3-30　可变进气正时的转矩调整

2.功率调整

发动机高转速时，其功率大，转速达到3/min以上时，要求进气门延迟关闭。发动机怠速时，也要求进行相同的控制。可变进气正时的功率调整如图3-31所示。调整链条，使其下部变短、上部变长，进气门延迟开启，进气管内气流速度高，气缸充气量足。

图3-31　可变进气正时的功率调整

二、可变气门升程控制机构

本田汽车公司推出的VTEC（Variable Valve Timing＆Valve Lift Electronic Control）可变气门正时和升程电子控制系统如图3-32所示，可使发动机在高速范围内输出更大的功率。这套系统在丰田车上称为VVTL-i（Variable Valve Timing＆Lift-intelligent）。

图3-32　本田ACCORD F22B1汽车发动机可变气门正时和升程电子控制系统结构

该系统中的凸轮有3个，如图3-33所示。每一个的线形不同，高角度凸轮位于中央，也称高速凸轮，它的升程最大；主凸轮也称低速凸轮；最低的凸轮称为副凸轮。高角度凸轮是按发动机双进双排气门工作最佳输出功率的要求设计的，主凸轮是按发动机低速工作时单气门工作要求设计的，副凸轮只是稍微高出基圆，是在发动机怠速运行时，通过次摇臂稍微打开副气门，以免燃油集聚在副进气门门口。与三个凸轮相对应的是中间摇臂、主摇臂与次摇臂，两个进气门分别安装在主、次摇臂上。每个气缸的两个进气门上都安装有可变配气相位控制机构。

图3-33　可变气门正时和升程电子控制系统结构与工作过程

（a）VTEC结构；（b）中高转速工作情况；（c）中低转速工作情况

可变气门正时和升程电子控制装置是由传感器、控制部分和执行部分组成，如图3-34所示。控制部分由发动机ECU电控组件、VTEC电磁阀、VTEC压力开关等组成，执行部分由凸轮、摇臂和同步活塞等组成。在发动机工作时，各种传感器不断地向ECU输入发动机的转速、负荷、水温及车速信号，由ECU判断何时改变气门正时和升程。当转换条件符合后，ECU操作VTEC电磁阀打开油路，机油压力推动同步活塞把三个摇臂串联在一起，实施VTEC气门正时和升程改变，以改变进气量，提高发动机功率。如果转换条件不符合，ECU将操作VTEC电磁阀断电，切断油路，不实施VTEC控制。

图3-34　VTEC控制装置

当发动机中、低速运行时，ECU无指令，凸轮轴油道内没有机油压力，正时活塞和同步活塞A位于主摇臂缸内，同步活塞B位于中间摇臂油缸内（同步活塞B与中间摇臂等宽），定位活塞和弹簧一起位于次摇臂油缸内。因此，三个摇臂各自独立上下运动，互不干涉。于是两个进气门分别由主、次凸轮驱动，主摇臂驱动主进气门，以提供发动机低速运行时所需的混合气，次摇臂驱动次进气门使其微微开闭。中间摇臂虽然随着中间凸轮大幅度运动，但是它不对任何气门起作用。此时发动机处于单进双排工作状况。吸入的混合气量不到高速时吸入气量的一半。由于是所有气缸都参与工作，所以发动机运行得十分平稳。

当发动机高速运行时，即发动机转速在2 300～2/min，车速在m/h以上，水温在-5℃以上，发动机负荷达到了一定程度，发动机ECU就会向VTEC电磁阀供电，以开启工作油道，于是工作油道中的压力机油就推动正时活塞向右移动，也推动A、B同步活塞克服回位弹簧的弹力而向右移动。这样主摇臂、中间摇臂和次摇臂就被A、B同步活塞及定位活塞串联为一体，成为一个同步活动的组合摇臂。由于中间凸轮的升程大于另外两个凸轮，并且凸轮角度提前，故组合摇臂随中间摇臂一起受中间凸轮驱动，主、次气门都大幅度地同步开启，因此配气相位发生了变化，使吸入的混合气量增加了，满足了发动机大功率时的进气要求。

而当发动机转速下降时，油压降低，凸轮轴孔内的机油开始卸荷，正时活塞在回位弹簧作用下回位，三个摇臂又脱离连接而独立运动。

随堂测试

1.在具有可变配气相位的发动机中，当发动机转速高时，________进气门的升程，提前开启和延迟关闭进气门，以提高发动机的功率；当发动机转速低时，________进气门的升程，延迟开启和提前关闭进气门，提高发动机的转矩，以满足发动机的经济性、稳定性和减小排放污染物的要求。

2.发动机上的可变配气相位控制系统可以通过两种形式实现：一是可变________控制机构；二是可变________控制机构。

任务实施

任务工单