汽车发动机的可变进气控制机构及工作原理

1.发动机对配气正时的要求

传统的发动机配气正时在发动机制造装配好之后便无法改变。但理想的配气正时应随着发动机的转速、负荷及其他工况而改变。如发动机低速时，在气门重叠角范围内，由于气流惯性的减弱，可能造成废气倒流，转矩不足，尤其当转速在1000r/min以下时，更为明显。而在高转速时，又由于进气行程的时间非常短促，造成进气不足、排气不净、发动机功率下降。

现代乘用车发动机转速已达6000～9000r/min，为了使发动机在高转速时能提供较大的功率，在低转速时又能产生足够的转矩，现代乘用车发动机已有不少采用可变进气控制系统，它能根据发动机的运行状况改变气门升程和配气正时。

2.可变进气控制机构结构与工作原理

目前可变配气正时控制机构类型比较多，下面以常见的日本本田车系的VTEC机构为例介绍。

VTEC即可变气门配气正时和气门升程电子控制系统（Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）。VTEC发动机在4500 r/min以下与普通发动机一样，表现很平常，当超过4500 r/min，VTEC发动机的动力就会爆发出来，产生强大的后段加速度。

（1）VTEC结构 如图3-33所示是本田AC-CORD（雅阁）F23A和F20B1发动机的VTEC机构。主要由气门、凸轮、摇臂、同步活塞等组成。

图3-33 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

凸轮轴对应于每一缸有5段凸轮参加工作，如图3-34所示，其中排气凸轮2、6与常规排气凸轮相同。进气有3个凸轮，主进气凸轮3有较大的进气提前角和较大的气门升程，辅助进气凸轮5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4，其具有最大的进气提前角和最大的气门升程。

图3-34 5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

三个进气凸轮分别驱动三根摇臂，如图3-35所示，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7、辅助摇臂5和中间摇臂6。三根摇臂内部装有由液压控制移动的同步活塞3和4、正时活塞1等。

图3-35 摇臂组件(www.xing528.com)

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

（2）VTEC工作原理 当发动机低速时，VTEC机构的油道内没有机油压力，正时活塞、同步活塞和止推活塞在回位弹簧作用下都处于左端，如图3-36所示。正时板卡入正时活塞14，使其不能移动，此时正时活塞和同步活塞13正好处在主摇臂5内，同步活塞12处在中间摇臂6内，止推活塞11处在辅助摇臂7内，使三根摇臂分离，彼此独立工作。主凸轮2和辅助凸轮4分别推动主摇臂和辅助摇臂，控制两个进气门的开闭。主凸轮升程较大，所以它驱动的气门开度较大；辅助凸轮升程较小，所以它驱动的气门开度较小。这时，中间摇臂6虽然也被凸轮驱动，但因为三个摇臂彼此分离独立，所以中间摇臂并不参与工作，对气门动作无影响。因此，发动机低速时，VTEC工作和普通发动机相似。

图3-36 发动机低速运转

1—凸轮轴 2—主凸轮 3—中间凸轮 4—辅助凸轮 5—主摇臂 6—中间摇臂 7—辅助摇臂 8—摇臂轴中心油道 9—摇臂轴 10—止推活塞弹簧 11—止推活塞 12—同步活塞B 13—同步活塞A 14—正时活塞

发动机达到某一个设定的高转速（如3000r/min）时，由ECU传来的信号打开VTEC电磁阀，压力机油通过摇臂轴上的油孔16（图3-37）进入正时活塞，正时板移出，推动摇臂内的正时活塞，使三根摇臂锁成一体。由于中间凸轮升程最高，摇臂锁为一体后由它驱动，进气门开启时间延长，升程增加。所以发动机高速运转时，VTEC系统改变气门正时和气门升程，使发动机功率和转矩提高。

图3-37 发动机高速运转

1—凸轮轴 2—主凸轮 3—中间凸轮 4—辅助凸轮 5—主摇臂 6—中间摇臂 7—辅助摇臂 8—摇臂轴中心油道 9—摇臂轴 10—止推活塞弹簧 11—止推活塞 12—同步活塞B 13—同步活塞A 14—正时板 15—正时活塞 16—摇臂轴油孔

当发动机转速再次降低到某一个设定的低转速时，VTEC电磁阀断电，切断油路，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂再次分离，独立工作。

VTEC系统的气门工作状态的切换由控制系统控制，如图3-38所示，它主要由传感器、控制单元和执行器组成。发动机控制单元ECU根据转速传感器、车速传感器、水温传感器、负荷传感器等信号进行判断，输出相应的控制信号，通过电磁阀3调节摇臂内活塞液压系统，使发动机在不同的工况下由不同的凸轮控制，从而使进气门的开度和正时处于较佳状态。

VTEC电磁阀开启后，控制系统通过压力开关2反馈一信号给ECU，以监控系统工作。

图3-38 VTEC控制系统

1—液压油道 2—压力开关 3—电磁阀