发动机可变配气相位控制系统

配气相位是指用曲轴转角来表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，主要包括进气门提前开启角、进气门滞后关闭角、排气门提前开启角、排气门滞后关闭角等。在发动机工作时，配气相位直接影响进排气过程进行的好坏，对发动机的动力性、经济性有很大影响。

一、可变配气相位控制系统（VTEC）产生背景

四行程发动机在工作过程中，吸入新鲜空气，排出高温废气。这种进气和排气的全过程，称为换气过程。在高速发动机中，每个循环的进排气过程时间极短，在这极短的时间内，被吸入的可燃混合气越多，废气排的越干净、越彻底，发动机发出的功率就可能越大。反之，发出的功率就越小，发动机的动力性和经济性就会下降。因此，需要适时开启和关闭进排气门。

传统发动机配气系统的气门开启和关闭时刻都固定不变的，这种配气系统很难满足发动机在多种工况对配气的需要，不能满足发动机在各种转速工况下均输出强劲动力的要求。鉴于此，现动机要求配气相位能够根据发动机的工作情况及时做出调整，以保证在任何转速范围都能获得较大的功率。

二、VTEC机构的组成

图1 本田雅阁F22B1发动机VTEC结构图

VTEC机构的组成如图1所示。同一气缸的两个进气门有主、次之分，即主进气门和次进气门。每个进气门通过单独的摇臂驱动，驱动主进气门的摇臂称为主摇臂，驱动次进气门的摇臂称为次摇臂，在主、次摇臂之间装有一个中间摇臂，中间摇臂不与任何一个气门直接接触，三个摇臂并列在一起组成进气摇臂总成。凸轮轴上相应有三个不同升程的凸轮分别驱动主摇臂、中间摇臂和次摇臂，凸轮轴上的凸轮也相应分为主凸轮、中间凸轮和次凸轮；在凸轮形状的设计上，中间凸轮的升程最大，次凸轮的升程最小，主凸轮的形状适合发动机低速时单气门工作的配气相位要求，中间凸轮的形状适合发动机高速时双进气门工作的配气相位要求。当正时活塞处于初始位置和工作位置时，正时片依靠回位弹簧插入正时活塞相应的槽中，使正时活塞定位。

三、VTEC机构的工作原理

可变配气相位控制系统的功能是根据发动机转速、负荷等变化来控制VTEC机构工作，改变驱动同一气缸内两进气门工作的凸轮，以调整进气门的配气相位及升程，并实现单进气门工作和双进门工作的切换。

发动机低速运转时，电磁阀不通电使油道关闭，机油压力不能作用到正时活塞上，在次摇臂油缸孔内的弹簧和阻挡活塞活塞作用下，正时活塞和主同步活塞回到主摇臂油缸孔内，与中间摇臂等宽的次同步活塞停留在中间摇臂的油缸孔内，三个摇臂彼此分离。此时，主凸轮通过主摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆；次凸轮的升程很小，通过次摇臂驱动次进气门微量开闭，其目的是防止进气门附近积聚燃油。配气机构处于单进、双排气门工作状态，单进气门由主凸轮驱动。

当发动机高速运转且发动机转速、负荷、冷却液温度及车速达到设定值时，ECU向VTEC电磁阀供电，使电磁阀开启，此时来自油道的机油压力作用在正时活塞一侧，由正时活塞推动两同步活塞和阻挡活塞移动，两同步活塞分别将主摇臂与中间摇臂、次摇臂与中间摇臂插接成一体，成为一个同步工作的组合摇臂。此时，由于中间凸轮升程最大，组合摇臂受中间凸轮驱动，两个进气门同步工作，进气门配气相位和升程与发动机低速时相比，气门的升程、提前开启和滞后关闭角度均增大。

当发动机转速下降到设定值时，ECU切断VTEC电磁阀电流，正时活塞一侧的油压降低，各个摇臂油缸孔内的活塞在回位弹簧作用下回位，三个摇臂又彼此分离而单独工作。

四、VTEC系统的检修

如果VTEC在发动机低速状态一直工作，发动机会因进气量不足而无力；如果一直在高速状态下工作，发动机的燃油消耗量就会增加。当VTEC系统出现故障时，发动机故障指示灯就会点亮，显示出故障码。其中本田车的故障码21表示VTEC电磁阀线路不良，故障码22表示压力开关线路不良。

1、VTEC电磁阀检查

①清除故障码，重新启动发动机，再次调取故障码，若不再有故障码21，说明VTEC机构存在偶发性故障，应检查VTEC电磁阀连接线路是否接触不良。

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，标准电阻应为14～30R，否则应更换电磁阀。

③若电磁阀电阻符合标准，检查VTEC电磁阀与ECU之间的连接线路是否有断路或短路故障。

④若上述检查均正常，连接好VTEC电磁阀线束连接器，拆下电磁阀上的M10螺栓，将专用接头和压力表连接到电磁阀上。启动发动机，当达到正常工作温度后，检查发动机转速分别为1000r/min、2000r/min和4000r/min时的机油压力，若机油压力均高于49kPa，则说明电磁阀不能开启，必要时应更换电磁阀。若机油压力低于49kPa，则应关闭点火开关，拆下VTEC电磁阀插头，用蓄电池直接给电磁阀通电。然后启动发动机，测量转速为3000r/min时的机油压力。机油压力应达到250kPa以上，否则说明机油泵工作不良或系统有泄漏。

2、VTEC压力开关检查

由于VTEC机构的运动是由压力油推动进行的，所以应检查机油压力。当发动机转速超过3000r/min时，机油压力最低值为250kPa。从压力开关上拆下连接器，测量压力开关两接线端子之间的电阻。在发动机熄火时，压力开关应导通；发动机在3000r/min转速运转时，将压力开关的两接线端子分别接蓄电池正、负极时，压力开关应断开。测量连接器棕/黑线与搭铁之间应导通，蓝/黑线与ECM D6端子之间也应导通。

3、摇臂检查

拆下气门室盖，在压缩上止点时，用手推动3个摇臂应能独立自由动作，不应连锁。用400kPa压力的压缩空气从检查油孔处注入，并堵住泄油孔，然后把正时板推高2～3mm，这时同步活塞应能把3个摇臂连锁；不注入压缩空气，3个摇臂又分开独立动作。VTEC摇臂的检查。

参考文献：

[1]苏岩；李理光；肖敏 可变配气相位对发动机性能的影响 [期刊论文] -汽车技术2000（10）

[2]会议论文 ADMAS在发动机传动机构、配气机构设计中的应用 第十五届全国大功率柴油机学术年会2007

[3]期刊论文 液压自由活塞柴油机无凸轮电液驱动配气机构设计与试验研究 - 液压与气动2010（4）