进气控制系统零部件检修与功能介绍

一、任务分析

进气控制是电控发动机一项主要控制工作，本任务主要学习动力阀控制系统、谐波增压控制系统、气门驱动控制系统、废气涡轮增压系统的结构与工作原理。通过任务的学习，掌握进气控制系统零部件的检修。

二、相关知识

(一)动力阀控制系统

动力阀控制系统的功能是控制发动机进气道的空气流通截面大小，以适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。在进气量较少的低速、小负荷工况下，使进气道空气流通截面减小，可提高进气流速，增大进气流惯性以提高发动机的充气效率。此外，随进气流速提高也可增加气缸内的涡流强度，有利于低速小负荷工况下的燃烧和热效率的提高，从而改善发动机的低速性能。而在进气量较多的高速、大负荷工况下，适当增大进气道空气流通截面，不仅可以减小进气阻力，对由于进气流速过高而导致的燃烧室内气流扰动也可起到抑制作用，有助于改善发动机的高速性能。此系统在日本本田ACCORD等部分轿车发动机上采用。

ECU控制的动力阀控制系统如图4-18所示。控制进气道空气流通截面大小的动力阀安装在进气管上，动力阀的开闭由膜片真空气室控制，ECU根据各传感器信号通过真空电磁阀(VSV阀)控制真空罐与真空气室的真空通道。发动机小负荷运转时，进气量较少， ECU断开真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空度不能进入膜片真空气室，动力阀处于关闭位置，进气通道变小(图4-18(a))。当发动机大负荷运转时，进气量较多，ECU接通真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空度经真空电磁阀进入膜片真空气室，动力阀开启，进气通道变大(图4-18(b))。动力阀控制系统的主要控制信号有发动机转速、温度、空气流量等信号。在维修时，主要应检查真空罐、真空气室和真空管路有无漏气，真空电磁阀电路有无断路或短路，真空电磁阀电阻值是否符合标准。视情况维修或更换损坏的元件。

图4-18 动力阀控制系统

1—真空罐;2—膜片真空气室;3—真空电磁阀;4—动力阀;5—ECU;6—单向阀

(二)谐波增压控制系统(ACIS)

1. 压力波的产生

当气体高速进入气缸，由于活塞向下运动，气缸容积增加，使进入气缸的气体开始膨胀，而形成的波称为膨胀波。若气门未关闭，则膨胀波向进气管口方向传播，在管口处受到外界气体压力作用而变成压力波，并向气缸方向传播。压力波的传播速度与进气管的长短有关。如果进气压力波与进气门开闭配合好，使压力波集中到要打开的进气门旁时，再打开此进气门，就会形成增压进气的效果;同样，如果进气压力波都进入气缸后，再将缸进气门关闭，也会形成增压进气的效果。

2. 谐波增压控制系统的组成及工作原理

谐波增压控制系统(ACIS)主要由进气控制阀、真空驱动器、真空电磁阀、ECU及传感器等组成，如图4-19所示。ECU根据发动机转速信号控制真空电磁阀的开闭，高速时真空电磁阀开启，真空罐内的真空进入真空驱动器的膜片气室，真空驱动器驱动进气控制阀开启。反之，低速时电磁真空开关阀关闭，真空罐内的真空不能进入真空驱动器的膜片气室，进气控制阀处于关闭状态。

当发动机高速运转时，进气控制阀开启，由于大容量进气室的影响，使进气管内压力波传递距离缩短为进气门到进气室之间的距离，与该气缸的进气门打开、关闭间隔时间较短相适应，从而使发动机在高速时得到较好的进气增压效果。

当发动机转速较低时，进气控制阀关闭，压力波的传递距离为进气门到空气滤清的距离，与该缸进气门开、关时间间隔较长相适应，从而使发动机在低速时得到较好的进气增压效果。

图4-19 谐波增压控制系统原理

1—节气门;2—真空驱动器;3—进气控制阀;4—空气滤清器;5—单向阀;6—真空罐;7—真空电磁阀

(三)气门驱动控制系统

实际发动机的工作中，为使进气充分、排气彻底，进气门和排气门均存在早开晚关的情况，进气门和排气门的开启持续时间也大于180°曲轴转角。发动机进气门、排气门实际开启或关闭的时刻和开启持续时间，称为配气相位，通常用曲轴转角来表示。

配气相位和气门升程对发动机性能有很大影响，即使同一台发动机，随转速和负荷的不同，对配气相位和气门升程的要求也不同，随发动机转速和负荷提高，气门提前开启角、气门迟后关闭角、气门持续开启角和气门升程均应增大，反之则应减小。但在传统发动机的配气机构中，驱动气门的凸轮形状、凸轮轴与曲轴的相对位置是固定的，在发动机使用中，配气相位和气门升程不能改变，发动机的性能就不能在各种工况下均能得到优化。为解决上述问题，气门可变驱动技术应运而生。气门驱动控制系统的功能是根据发动机转速和负荷的变化，适时调整配气相位和气门升程。

目前，由于进气门配气相位和气门升程对发动机性能的影响比排气门大，为简化发动机结构和降低成本，气门驱动控制系统一般只控制进气门配气相位和升程。气门驱动控制系统对柴油机和汽油机均可使用，以下介绍几种比较典型的气门驱动控制系统。

1. 可变气门正时和升程电子控制(VTEC)系统

(1)VTEC系统的组成。

配有VTEC系统的发动机(简称VTEC发动机)的组成如图4-20所示。与普通发动机相比，VTEC发动机同样是每缸4气门(2进2排)，由凸轮轴通过摇臂驱动，不同的是凸轮和摇臂的数目及其控制方法。

VTEC发动机的每个气缸上的2个进气门分为主进气门和次进气门。两个进气门上有3个凸轮及3个摇臂用以驱动，除了原有控制两个进气门的一对凸轮(主凸轮和次凸轮)和一对摇臂(主摇臂和次摇臂)外，还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂(中间摇臂);中间摇臂不与任何气门直接接触，3个摇臂并列在一起构成进气摇臂总成。中间摇臂不与任何气门直接接触，3个摇臂并列在一起构成:

图4-20 本田F23A3发动机VTEC系统结构

①凸轮，凸轮轴上3个升程不同的凸轮分别驱动主进气摇臂、中间进气摇臂和次进气摇臂，相应地，这3个凸轮被称为主凸轮、中间凸轮和次凸轮，如图4-21所示。3个凸轮的形线设计要满足以下要求:中间凸轮的升程最大，次凸轮的升程最小;主凸轮的轮廓曲线适合发动机低速时主进气门单独工作时的配气相位要求;中间凸轮的轮廓曲线适合发动机高速时主、次双进气门工作时的配气相位要求。

图4-21 VTEC系统的3个凸轮

②进气摇臂总成，进气摇臂总成如图4-22所示，在3个摇臂靠近气门的一端设有液压缸孔，内部装有由液压控制的可以移动的小活塞，分别为正时活塞、同步活塞A、同步活塞B、阻挡活塞以及弹簧等组成。

图4-22 VTEC系统的进气摇臂总成

③正时板，正时板的作用是在回位弹簧的作用下，插入相应的槽中使正时活塞定位。

(2)VTEC系统的工作原理。

本田雅阁的VTEC系统属于阶段式改变进气门配气相位及气门的升程。其工作原理是根据发动机的转速、负荷以及冷却液温度等参数的变化，通过VTEC电磁阀调节摇臂活塞的液压系统，使发动机在不同工况下由不同的凸轮控制，适当地调整进气门的配气相位和气门升程，从而使发动机在高、低速下均能达到最高效率。进气摇臂总成的3个摇臂根据发动机工况的不同可以各自独立运动，也可以连成一体共同运动。

①低速工况时VTEC系统工作过程。如图4-23所示，发动机低速时，VTEC电磁阀断电，机油油道断开，机油压力不能作用在正时活塞上，在位于次进气摇臂液压缸孔中的阻挡活塞和回位弹簧的作用下，摇臂液压缸孔中的3个活塞都位于初始位置上，即正时活塞和同步活塞A位于主进气摇臂的液压缸孔中。与中间进气摇臂等宽的同步活塞B位于中间进气摇臂的液压缸孔中，3个摇臂彼此分离。

图4-23 低速工况下VTEC系统的工作状态

由于3个摇臂之间已分离，中间进气摇臂无法顶动气门，只是在摇臂轴上做无效的运动，所以此时主凸轮A和次凸轮B分别推动主进气摇臂和次进气摇臂，控制主、次两个进气门的开闭，中间凸轮C驱动中间进气摇臂空摆，如图4-24所示。主进气门以正常的开度开启，而次进气门则只是稍稍开启，以防燃油积聚在进气门附近，进气气流主要通过主进气门进入发动机气缸内，这种情形与普通发动机的进气门配气机构的工作类似，处于单进、双排的工作状态。

图4-24 低速工况时的

②高速工况时VTEC系统的工作过程。当发动机到达某一个预先设定好的高转速(如3000r/min)值时，并且发动机的负荷、冷却液温度以及车速信号也达到某一设定值后，发动机ECU就会发出使VTEC电磁阀通电的控制信号，机油油道打开，机油压力作用在正时活塞的左侧，如图4-25所示，此时位于主进气摇臂液压缸孔中的正时活塞将克服位于次进气摇臂液压缸孔中回位弹簧的作用力推动同步活塞A和B以及阻挡活塞向右移动，从而在同步活塞A和B的作用下，主进气摇臂、次进气摇臂与中间进气摇臂被连接在一起，成为一个同步运动的组合摇臂。由于3个摇臂已经成为一体，而中间凸轮C的升程最大，因此组合摇臂受到中间凸轮C的驱动，主、次两个进气门同步运动，如图4-26所示，改变了进气门的配气相位和气门升程(气门开启时间延长并且升程变大)，使之适应发动机的高速运转工况，进气门配气机构处于双进、双排的工作状态。

图4-25 高速工况下VTEC系统的工作状态

当发动机的转速、冷却液温度或者车速不满足VTEC系统的控制条件时，发动机ECU将重新使VTEC控制电磁阀断电，切断机油通道，并使压力机油泄出，作用在正时活塞左侧的机油压力下降，此时在此进气摇臂液压缸孔中回位弹簧的作用下，正时活塞和同步活塞A和B复位，主进气摇臂、次进气摇臂与中间进气摇臂重新分开，进气门配气机构回到单进、双排的工作状态。

VTEC控制系统如图4-27所示，执行部分由VTEC机构中的凸轮、摇臂和同步活塞等组成。控制部分由发动机ECU、VTEC电磁阀、VTEC压力开关等组成。在发动机运转过程中，各传感器不断地向ECU输入转速、负荷、车速以及冷却液温度信号，由ECU判断何时能改变气门正时和升程。当发动机转速为2300～3200r/min、车速超过10km/h、冷却液温度超过10℃和根据进气歧管压力判断何时能改变气门正时和升程。当转速为2300～3200r/min、车速超过10km/h、冷却液温度超过10℃和根据进气歧管压力判断发动机负荷较大时，ECU操纵VTEC电磁阀打开油路，使从机油泵输出的压力油推动同步活塞把三个摇臂连锁起来，实行VTEC气门正时和升程变动，以改变进气量，增加发动机功率。如果不符合以上转换条件，ECU将VTEC电磁阀断电，切断油路，不实行VTEC控制。

图4-26 高速工况时的

图4-27 VTEC控制系统电路图

2. 可变气门正时系统(VVT-i)

丰田汽车发动机可变气门正时系统(VVT-i)利用油压来调整进气凸轮轴转角气门正时进行优化，从而提高功率输出、改善燃料消耗率和减少废气排放。

(1)可变气门正时的控制功用如下:

①在低温、低负荷低速时，或者在低负荷时延迟气门正时可减少气门重叠，以减少排出的废气逆吹入进气侧，从而达到稳定怠速、提高燃料消耗率和起动性能。

②在中等负荷，或者在高负荷中低速时提前气门正时可增加气门重叠，以增加EGR作用和降低填充损失，从而改善了排放控制和燃料消耗率。此外，提前进气门的关闭时间可减少进气被逆吹回进气侧，改善了容积效率。

③在高负荷高速时提前气门正时可增加气门重叠，以增加EGR作用和降低填充损失，从而改善了排放控制和燃料消耗率。此外，同时提前进气门的关闭时间可减少进气被逆吹回进气侧，改善了容积效率。此外，使用凸轮轴位置传感器的反馈控制被用于将实际进气的气门正时维持在目标气门正时里。

(2)可变气门正时系统(VVT-i)组成。

可变气门正时系统(VVT-i)由VVT-i控制器、凸轮轴正时机油控制阀和传感器等组成，如图4-28所示。

图4-28 可变气门正时系统(VVT-i)

①VVT-i控制器。

VVT-i控制器由一个由定时链条驱动的外壳和固定在凸轮轴上的叶片组成。如图4-29所示。由来自进气凸轮轴提前或者延迟侧的通道传送的油压使得VVT-i控制器的叶片沿圆周方向旋转，从而连续不断地改变进气气门正时。

图4-29 VVT- i控制阀器

当发动机停止时，进气凸轮轴被调整(移动)到最大延迟状态以维持起动性能。在发动机起动后，油压尚未立即传到VVT-i控制器时，锁定销便锁定VVT-i控制器，以防撞击产生噪声。

②凸轮轴正时机油控制阀。

凸轮轴正时机油控制阀是根据发动机ECU的占空比控制，控制滑阀位置和分配用于VVT-i控制器流到提前侧或延迟侧的油压与通道。如图4-30所示。发动机停止时，进气门正时是在最大延迟角度上。

图4-30 凸轮轴正时机油控制阀

(3)可变气门正时系统(VVT-i)工作原理。

凸轮轴正时机油控制阀是根据发动机ECU输出的电流量，来选择流向VVT-i控制器的通道。VVT-i控制器应用油压使进气凸轮轴旋转到提前、延迟或保持气门正时所该当位置。

发动机ECU根据发动机转速、进气量、节气门位置和冷却液温度来计算出各种运行条件下的最佳气门正时，以便控制凸轮轴正时机油控制阀。此外，发动机ECU使用凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器传出的信号来计算实际气门正时，并进行反馈控制以达到阀的目标气门正时。

①提前。

由发动机ECU所控制的凸轮轴正时机油控制阀所放置的位置，如图4-31所示的说明状态时，油压作用于气门正时提前侧的叶片室，使进气凸轮轴向气门正时的提前方向旋转。

图4-31 配气相位提前

②延迟。

由发动机ECU所控制的凸轮轴正时机油控制阀所放置的位置，如图4-32所示的说明状态时，油压作用于气门正时延迟侧的叶片室，使进气凸轮轴向气门正时的延迟方向旋转。

图4-32 配气相位推迟

③保持。

发动机ECU根据具体的运作参数进行处理，并计算出目标气门正时角度，当达到目标气门正时以后，凸轮轴正时机油控制阀通过关闭油道来保持油压，如图4-33中所示的说明状态，是保持现在的气门正时的状态。

图4-33 配气相位保持

(四)废气涡轮增压控制系统(www.xing528.com)

1. 废气涡轮增压控制的功能

将发动机排出的废气导入涡轮室，利用废气的流动能量冲击涡轮，使其高速运转，涡轮则驱动压气机工作，进而实现进气增压。

2. 废气涡轮增压器的结构及工作原理

废气涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器，涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上;增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性连接，其结构如图4-34所示。

废气涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

图4-34 废气涡轮增压器结构

1—压气机涡壳;2—无叶式扩压管;3—叶轮;4—密封套;5—增压器轴;6—进气道;7—推力轴承;8—挡油板;9—浮动轴承;10—涡轮;11—出气道;12—隔热板;13—涡轮机涡壳;14—中间体

3. 废气涡轮增压控制系统的组成及工作原理

废气涡轮增压控制系统一般由涡轮增压器、进气压力传感器、电磁阀、中冷器、驱动气室和ECU等组成，如图4-35所示。按控制增压压力的执行元件不同，电磁阀一般可分为释压电磁阀和真空电磁阀。

图4-35 涡轮增压控制系统组成

1—切换阀;2—排气管;3—涡轮增压器;4—中冷器;5—进气总管;6—空气滤清器;7—各种传感器信号;8—ECU;9—电磁阀;10—驱动气室

(1)释压电磁阀控制增压压力。

释压电磁阀控制增压压力涡轮增压控制系统，如图4-36所示。控制废气流动的切换阀受驱动气室的控制，ECU控制释压电磁阀。当ECU检测到的进气压力在0.098MPa以下时，释压电磁阀将关闭，压力空气经释压阀进入驱动气室，膜片克服气室弹簧的压力将切换阀打开，废气流经涡轮室使增压器工作。当ECU检测到的进气压力高于0.098MPa时，释压电磁阀将通气口打开，通往驱动气室的压力空气被释放，气室膜片驱动切换阀关闭，废气不经涡轮室而直接排出，增压器停止工作，进气压力将下降，直至进气压力降到规定的压力时，ECU又将释压阀关闭，切换阀又将打开进入涡轮室的通道，增压器又开始工作。

图4-36 释压电磁阀控制增压压力涡轮增压控制系统

1—释压电磁阀;2—驱动气室;3—切换阀;4—排气管;5—涡轮;6—泵轮;7—进气管

(2)真空电磁阀控制增压压力。

真空电磁阀控制增压压力涡轮增压控制系统，如图4-37所示。当ECU检测到冷却液温度在60～100℃，进气温度为10～65℃，爆震及转速等传感器输入的信号与预定值相符时，将使真空电磁阀通电，真空通道打开，驱动气室膜片在增压压力和进气真空度的共同作用下，控制减压阀开度变小，废气直接作用于涡轮，增压压力提高;当ECU使真空电磁阀不通电时，真空通道关闭，驱动气室膜片只在增压压力的作用下，控制减压阀开度变大，增压压力降低。

图4-37 真空电磁阀控制增压压力涡轮增压控制系统

1—真空电磁阀;2—驱动气室;3—切换阀;4—排气管;5—涡轮;6—泵轮;7—进气管

三、任务实施

(一)教学设备

(1)本田雅阁汽车;

(2)万用表;

(3)常用工具。

(二)动力阀控制系统检测

1. 常见故障

动力阀控制系统常见故障有怠速不稳、动力不足等。

2. 检查方法及步骤

(1)拔下真空泵与进气管之间的软管，起动发动机怠速运转后，再将软管插上，观察发动机转速应缓慢上升，否则，说明控制系统有故障。

(2)拆下真空驱动室，给其施加真空，观察其拉杆是否移动，或是否有卡滞现象。

(3)检查真空罐的空气进口和出口之间是否畅通;检查单向阀是否单向畅通。

(4)检查真空电磁阀(VSV阀)的电阻，在20℃时应为30～50Ω;检查真空电磁阀(VSV阀)的接线端和阀体之间的电阻如果过小，则应更换真空电磁阀(VSV阀)。

(5)真空电磁阀(VSV阀)通电时，空气进口和出口之间应畅通;断电时，空气进口和出口之间应不通，否则，应更换真空电磁阀。

(三)谐波增压控制系统检测

1. 常见故障

谐波增压控制系统常见故障有怠速不稳、动力不足等。

2. 检查方法及步骤

(1)把真空表连接到控制阀的真空管上，起动发动机使之怠速运转，真空表应无真空指示;若迅速使节气门全开，真空表指针应在53.3k Pa范围摆动，并且控制阀的拉杆也应伸出，说明控制阀工作正常。

(2)将真空驱动室抽53.3k Pa的真空，检查其拉杆是否移动;真空泵抽1min真空后，检查拉杆是否回位，如果不动或不回位，可用调整螺钉进行调整。

(3)检查真空罐的空气进口和出口之间是否畅通;检查单向阀是否单向畅通。

(4)真空电磁阀的电阻，在20℃时应为30～50Ω;检查真空电磁阀的接线端和阀体之间的电阻，如果过小，则应更换真空电磁阀。

(5)真空电磁阀通电时，空气进口和出口之间应畅通;断电时，空气进口和出口之间应不通，否则，应更换真空电磁阀。

(四)VTEC系统检测

1. 常见故障

VTEC系统常见故障有怠速不稳、动力不足等。

2. 检查方法及步骤

(1)用诊断仪先清除故障码，并重新起动发动机，再调取故障码，若有故障码，则按故障码的提示排除故障。

(2)关闭点火开关，拆开VTEC电磁阀线束连接器，测量电磁阀线圈电阻，本田车应为14～30Ω，否则应更换电磁阀;检查VTEC电磁阀与电脑之间的连接线路是否有断路或断路故障。

(3)拆下气门室罩盖，转动曲轴分别使各缸处于压缩上止点位置，用手按压中间摇臂，应能与主摇臂和次摇臂分离单独运动，否则应更换摇臂总成。

拆下油压检查孔处的密封螺栓，通入压力为400k Pa的压缩空气，用手推动正时片端部使其向上移动2～3mm，观察同步活塞的结合情况，同步活塞应将三个摇臂连接为一体，用手按压中间摇臂应不能单独运动，否则应更换摇臂总成。

(4)将专用接头和压力表连接到电磁阀上，起动发动机，当达到正常工作温度后，观察发动机转速分别为1000r/min、2000r/min和4000r/min时的机油压力，若机油压力均低于49k Pa，则说明电磁阀不能开启，必要时应更换电磁阀。

(5)用蓄电池直接给电磁阀通电，起动发动机，转速为3000r/min时的机油压力应达到250k Pa以上，否则说明机油泵工作不良或润滑系统有泄漏。

(五)废气涡轮增压控制系统检测

1. 常见故障

废气涡轮增压控制系统常见故障有工作异常、漏油、异响、油耗过多、冒黑烟及动力不足等。

2. 检查方法及步骤

(1)检查空气滤清器与涡轮增压器之间、涡轮增压器与气缸盖之间、涡轮增压器与排气管之间是否有泄漏或堵塞。

(2)检查驱动阀和真空电磁阀工作是否正常，检查各传感器及线路是否正常。

(3)连接压力表，起动并预热发动机，检查涡轮增压器增压压力，应符合规定的标准值。

(4)脱开空气滤清器软管，用手转动压缩机叶轮，转动应平顺、灵活，不应有卡滞现象。

(5)用百分表测量增压器轴的轴向和径向间隙，应符合规定要求，否则，应更换转子总成。

3. 使用注意事项

(1)发动机起动后应怠速运转一段时间再行驶。

(2)发动机长时间高速运转后，不能立即熄火，应怠速运转3～5min，让增压器转子的转速降下来以后再熄火。

(3)拆卸增压器时，要保持清洁，各管接头一定要用清洁的布堵塞好，防止杂物掉进增压器内，损坏转子。

(4)维修时应注意不要碰撞损坏叶轮，如果需要更换叶轮，应对其做动平衡试验。

(5)在出车前、收车后，应检查气道各管的连接情况，防止松动、脱落而造成增压器失效。

四、检查与评估

本次课程主要依据表4-5考核学生对任务的完成情况。

表4-5 进气控制系统考核卡