汽车发动机VTEC的可变气门正时与升程电子控制机构

VTEC是英文缩写，其全称为：Variable Valve Timing＆Valve Lift Electronic Control System，意思是可变气门正时与升程电子控制。

一、概述

发动机配气相位角的大小，因车而异，总的目的是：利用气流的惯性和压差，使进气充分和排气彻底，提高动力性和经济性。

同一台发动机的转速不同时，应有不同的配气相位角，转速越高，提前角和迟后角也应随之加大。这是因为固定的相位角，只能对一种转速有利，满足了低转速的要求，就满足不了高转速的要求。

试验证明：在进、排气门早开、晚关的过程中，进气门的晚关对充气效率影响最大，其次是重叠角的大小，人们多在进气门方面改善性能指标。

过大的进气相位角，将使发动机的低速性能变坏。这是因为低速时，混合气流动速度慢，燃烧速度也较慢，进气提前角过大时，重叠角即加大，有可能将混合气挤出缸外，造成回火和怠速不稳。

反之，过小的进气相位角，进气门早关，将使发动机高速性能变坏。这是因为高速时，混合气流动速度快，燃烧速度也加快，惯性能量也加大，进气门应加大早开晚关的角度，才能保证惯性能量的充分利用，防止气流滞留缸外，使进气充分和排气彻底。

然而，在结构上很难满足，为了平衡高、低速性能间的矛盾，多采用折中方案。通常是通过试验来确定某一常用转速下的配气相位，自然它也就只能对这一转速最为有利。如图4-37所示，通过试验证明，两种进气迟后角的充气效率（ηv）和功率（Ne）变化规律是：

图4-37　进气门晚关时对ηv和Ne的影响

1.低速时，晚关60°的充气效率ηv低、发动机功率Ne升高迟后。

2.高速时，超过2 300—2 500 r/min后，晚关60°的充气效率ηv和功率Ne 明显优于40°的相位角。

3.有一个转折点，这就是可变配气相位的控制点（VTEC起作用的始点）。为此，四气门配气机构的双功能可变相位控制机构（VTEC）就应运而生。所谓双功能是指有高、低速两种凸轮，相位角不同，升程也不同。其控制原则是：

（1）低速时，气门重叠角小，升程也小，是单进双排的工作状态。保证低速时进气涡流强度大和工作的平稳性、净化性好。

（2）高速时，气门重叠角大，升程也大，是双进双排的工作状态。提高了充气效率和动力性、经济性。

这是因为VTEC机构必然是双进、双排的四气门配气机构，四气门配气机构在低速区的进气涡流强度，不如传统的两气门结构（因进气面积大）。为此，设计了低速区单进气门工作，以加大涡流强度，提高混合气的质量和燃烧速度，保证平稳性和净化性。而在高速区转换为双进气门工作，提高其动力性，功率可增大25%左右。

VTEC控制机构的出现，保证了发动机在整个转速范围内，获得最佳的进气涡流和充气效率ηv ，使动力性、经济性、净化性和怠速平稳性有明显的提高。例如：本田1.6 L的发动机，装用VTEC机构后，其最大功率从88kW增大到118kW，最高转速可达8 000 r/min。

二、VTEC机构的组成(www.xing528.com)

1.两个排气门由单独的凸轮和摇臂驱动；两个进气门由单独的不同升程和相位角的凸轮和摇臂驱动，主次摇臂之间装有中间摇臂，它不与任何气门直接接触，三者依靠专门的柱塞联动，如图4-38所示。

2.中间凸轮的升程最大，它是按发动机双进双排、高转速、大功率的工作状态设计的。主凸轮的升程小于中间凸轮，它是按发动机单进双排、低转速工作状态设计的。次凸轮升程最小最高处只是稍微高于基圆，其作用是在低转速时微开，以免喷油器喷出的燃油积聚在该气门口外不能进缸。

图4-38　VTEC机构的组成

3.三个摇臂靠近气门的一侧制有柱塞孔，孔中有靠油压控制的滑动柱塞，以便锁止联动。

4.控制油压由ECM的电磁阀控制，其线圈的电阻值为14—30 Ω并有油压报警开关，提供5 V的油压过低报警信号（低于49 kPa时），一般油压应在250 kPa以上为好。发动机不运转或油压过低时，压力开关导通。当VTEC机构投入工作时，在油压的作用下，压力开关断开，给ECM一个反馈信号，确认凸轮已转换工作。

5.在大负荷、低转速工况工作时，如VTEC机构不及时投入工作，充气效率和进气涡流速度降低，会产生轻微爆震现象（如爬坡时）。

三、VTEC机构的工作原理

1.发动机低速运转时ECM无工作指令，油道内无控制油压，各摇臂中的柱塞都在各自的柱塞孔中，各摇臂独自摆动，互不影响。主摇臂随主凸轮开闭主进气门，供给低速运转涡流混合气；次凸轮推动次摇臂微开次进气门，以防燃油积存；中间摇臂虽然随中间凸轮大幅度地摆动，但只是空转，对任何气门都不起作用。为了减少噪声，中间摇臂的一端设有支撑弹簧。此时，发动机处于单进双排的工作状态。

2.发动机高速运转，发动机转速达到2 300—2 500 r/min，车速达到10 km/h以上；节气门开度达到25%以上；冷却液温度在60℃以上时，ECM指令VTEC电磁阀开启液压油道，油压推动正时柱塞、同步柱塞和限位柱塞移动，将三个摇臂拴为一体。由于中间凸轮的升程大于另外两个凸轮，且凸轮的相位角也加大，主、次进气门都大幅度地同步开闭。此时，发动机处于双进双排工作状态，功率明显加大。可见拴连时有轻微噪声，是正常现象。

3.汽车在静止状态空转时VTEC机构不投入工作。动态行驶时VTEC机构投入工作，车速会有明显的提高。

4.VTEC机构技术状态的好坏，主要决定于润滑系统的特设油道油压值。对机油品质、润滑系统相关部件和曲轴的轴承配合间隙要求严格（0.02—0.04 mm），必须使用本田车系的专用纯正机油。除电控部件外，电磁阀的油路进口处有滤网，极易堵塞。

5.本田汽车要求用本田纯正机油。因为本田纯正机油是全天候机油，季节适应性好，机油茹度稳定、油膜强度高、润滑性能好（指减磨、密封、清洁、冷却），能分散燃烧生成物，对有机酸中和作用好，抗氧化耐磨耗，俗称“母奶机油”。

6.本田系列的配气机构，必须在冷态下调整气门间隙，缸盖温度低于38℃时，因其配气相位角较大，只能是逐缸调整。不能采用传统的两遍法调整气门间隙。进气门间隙为0.26±0.02 mm；排气门间隙0.30±0.02 mm。气门间隙的轻微噪声是客观存在，这是本田特色，不要调小间隙，造成动力性、经济性、净化性变坏。

7.VTEC机构的正时柱塞处尚有惯性锁止片，用扭簧控制，片端插入正时柱塞的锁止槽中，该锁止片依靠高速时的惯性力解脱（图4-38中没有画出）。

8.VTEC的电控电路有两个故障码：一为N021，是电磁阀故障；二为N022，是油压开关故障。

9.VTEC机构的动作检查。主要是检查三个柱塞的动作情况。摇臂轴一端有油压检查孔，可用400 kPa的压缩空气吹入，并将锁止片推高2—3 mm，同步柱塞等即将三个摇臂锁为一体。压缩空气取消后，三个柱塞应迅速复位，不再锁止。如三个柱塞动作不灵活，是过脏引起，应清除污垢。