可变配气相位与气门升程电子控制

3．4　可变配气相位与气门升程电子控制

前述的双气门机构与4气门机构的配气正时主要考虑提高发动机的有效功率和转矩，但在发动机怠速运转时，动力性急剧下降，燃油经济性很差。为避免此种现象，有些汽车采用一种可变配气相位与气门升程的电子控制（VTEC）机构，来控制进气时间与进气量，从而使发动机输出不同的功率以改善发动机的低速性能。本田汽车的VTEC结构如图3－31所示。

图3－31　本田汽车的VTEC结构

1－正时板　2－中间摇臂　3－次摇臂　4－同步活塞　5－同步活塞A　6－正时活塞　7－进气门　8－主摇臂　9－凸轮

3．4．1　结构

装有VTEC机构的发动机的每个气缸都配置有两个进气门和两个排气门。它的两个进气门有主次之分，主进气门和次进气门。每个进气门均由单独的凸轮通过摇臂来进行驱动。驱动主、次进气门的凸轮分别称为主、次凸轮。与主、次进气门接触的摇臂分别称为主、次摇臂。主、次摇臂之间设有一个特殊的中间摇臂，它不与任何气门直接接触。3个摇臂并列成一排，均可在摇臂轴上转动。凸轮轴上铸有3个不同升程的凸轮分别与主摇臂、次摇臂和中间摇臂相对应，分别称为主凸轮、次凸轮和中间凸轮，如图3－32所示。其中，中间凸轮的升程最大，它是按发动机4气门同时工作时能够输出最佳功率的要求而设计的；主凸轮的升程小于中间凸轮的升程，它是按发动机低速工作时单气门开闭要求设计的；次凸轮的升程最小，最高点只是稍微高于基圆，其作用只是在发动机怠速运转时，通过次摇臂稍微打开次气门，以免燃油集聚在次进气门处。中间摇臂的一端和中间凸轮接触，另一端在低速时可自由运动。3个摇臂在靠近气门一端均有一个油缸孔。油缸孔中都安置有利用油压控制的活塞，它们依次为正时活塞、主同步活塞、中间同步活塞和次同步活塞。

3．4．2　工作原理

VTEC机构是采用－根凸轮轴上设计两种（高速型和低速型）不同配气正时和气门升程的凸轮，利用液压进行切换的装置。高、低速的切换是由ECU根据发动机的转速、负荷、冷

图3－32　VTEC机构低速工作时

1－主凸轮　2－中间凸轮　3－次凸轮　4－次摇臂　5－次同步活塞　6－中间同步活塞B

7－主同步活塞A　8－正时活塞　9－主摇臂　10－中间摇臂

却液温度及车速监测，进行计算处理后将信号输出给电磁阀来控制油压而进行切换的。

VTEC不工作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂缸内，和中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂油缸内，次同步活塞和弹簧－起位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和液压油道相通，液压油来自工作油泵，油道的开启由ECU通过VTEC电磁阀控制。VTEC电磁阀控制原理如图3－33所示。

图3－33　VTEC电磁阀控制原理

在发动机低速运行时，ECU无指令，油道内无油压，活塞位于各自的油缸内，因此各个摇臂均独自上下运动。（见图3－32）于是主摇臂紧随主凸轮开、闭主进气门，以供给低速运行时发动机所需的混合气；次凸轮则迫使次摇臂轻微起伏，轻微开、闭次进气门；中间摇臂虽然随着中间凸轮大幅度运动，但是它对于任何气门不起作用。此时，发动机处于单进双排工作状态，吸入的混合气不到高速时的一半。由于仍然是所有气缸参与工作，所以发动机运转十分平稳。

图3－34　VTEC机构高速工作时

当发动机高速运行时（如图3－34），即发动机转速在2300～3200r／min、车速在5km／h以上、冷却液温度在－5℃以上，发动机负荷达到一定程度时，发动机控制单元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油就推动活塞移动，压缩弹簧。这样，主摇臂、中间摇臂和次摇臂就被主同步活塞、中间同步活塞和次同步活塞串联为一体，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的升程，而且凸轮转角提前，故组合摇臂随中间摇臂一起被中间凸轮驱动，主、次气门都大幅度地同步开、闭，使配气相位变化，从而使发动机气缸内吸入的混合气量增多，满足发动机全负荷工作时的进气要求。

【实践教学】