常见可变配气系统.docx

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常见可变配气系统

常见可变配气系统介绍

摘要：

在发动机中，进气系统对发动机性能影响很大。

因此，汽车厂家为了提高在原有基础上大幅度的提升发动机性能，都选择了去修改进气系统，其中可变配气系统技术得到了广泛发展，在实现可变配气系统方面，各大厂家可谓是八仙过海，各显神通。

轿车发动机上常见的VTEC、i-VTEC、VVT-i、VVTL-i、VVT、VVL等字母，表示了这些发动机都采用了可变气门正时技术。

关键词：

可变配气正时（VVT）;本田VTEC系统;丰田VVTL-i系统;

保时捷Variocam系统;宝马可变气门正时Valvetronic系统；大众VVT系统;日产VVEL系统

目前，大多数轿车发动机的配气相位可以随发动机转速、负荷变化而自动调整。

常见调整方式主要有进气门升程、进气门相位、进排气门相位调整。

进气门升程调整又可分为两级调整和连续调整；

应用于进气门相位调整的装置可分为叶片式、螺旋式和时规链式。

配气相位调整装置装在凸轮轴正时齿轮（或正时链轮）与凸轮轴之间，接受发动机计算机的指令，对发动机配气相位进行自动调整。

如本田汽车的i-VTEC，丰田汽车的VVT-i等。

1.进气门升程两级调整

（1）本田VTEC系统

VTEC意为可变气门正时和气门升程电子控制系统。

采用VTEC技术的发动机具有4个气门，能够提高进排气截面积。

进排气截面积越大，高速气流的流量也就越大，提高了发动机的功率。

发动机低转速时，气门升程很小，以减小进气道面积，增大汽缸内真空度和吸力，提高进气流的惯性，以提高进气效率；发动机高转速时，增大

气门升程，增大了进气道截面积，以减小进气阻力，增加进气流量。

气门升程可变，保证了发动机在高、低转速时都能获得良好性能。

VTEC有两段或三段调节，当气门从一个升程转换到另一个升程时，由于进气流量突然增大，发动机的输出功率也突然增大，导致发动机在整个转速范围内的输出并不是线性的，也就是说工作不柔和。

VTEC发动机在加速时有突如其来的推背感，这在很大程度上提高了驾驶乐

趣。

但舒适性和发动机运转的平顺性较差。

当然，要想做到动力线性的输出，则需要在技术上下更大的功夫，做到气门升程无级调节。

VTEC是利用不同高度的凸轮来改变气门升程，所以低转速凸轮使气门开启升程和时间都短，高速凸轮的形状能让气门开启时间更长，改变了配气相位。

可变气门升程的控制原理，如图1所示。

PCM根据发动机的负荷、转速、水温和车速等信息，决定何时改变气门升程及正时。

改变气门升程及正时条件有：

发动机转速为2300~3200r/min（依进气歧管压力而定）；车速为10km/h或更快；发动机冷却水温度为70℃或更高；发动机负荷由进气压力传感器判断。

低速时，发动机控制模块（PCM）使电磁阀截止，发动机机油不能通过电磁阀到达进气摇臂轴内，主摇臂内油压降低，止推活塞在弹簧作用下，将中间摇臂活塞、

推回原位，三摇臂分离。

这时主气门打开，升程较小。

次气门微开，让空气流动，以免混合汽遇到冷的进气管壁析出汽油。

这样提高了发动机在2300~3200r/min以下的充气效率，增加了低转速扭矩，满足发动机低速时耗油少，废气排放低的要求。

高速时，发动机控制模块（PCM）使电磁阀接通时，发动机机油通过电磁阀到达进气摇臂轴内，进入主摇臂，机油压力推动活塞A、活塞B、中间摇臂活塞，将三个摇臂贯穿在一起，三摇臂连接为一体。

中间凸轮驱动中间摇臂，中间摇臂带动主、次摇臂一启动作，同时打开两个进气门，而且升程最大，使进气量增大，满足发动机大功率的要求。

图1中VTEC压力开关起反馈作用。

若VTEC电磁阀断电关闭时，则VTEC电磁阀后的机油压力低，压力开关闭合，其电阻为0。

VTEC电磁阀通电打开，如果机压力开关电阻不为0，则贮存故障码21。

（2）丰田VVTL-i系统

VVTL-i意为智能可变气门正时系统，如图2所示，由移动滑销控制不同的凸轮工作。

发动机转速低时，由于摇臂内的滑销未移动，所以是低速凸轮顶到摇臂，驱动气门开关，此时，高速凸轮空转，如图

2（b）所示。

高转速时，摇臂内的滑销移动，高速凸轮顶到摇臂，驱动气门开关，此时，低速凸轮高度和角度小，不起作用，如图2（c）所示。

（3）保时捷Variocam系统图3所示为保时捷911跑车发动机采

用的可变气门正时Variocam系统。

气门的行程由高速和低速两组凸轮控制。

发动机低转速时，液压挺柱上端的控制活塞停留在内挺柱里。

这样内、外挺柱分离，低速凸轮驱动内挺柱向下运动，气门升程较小。

当发动机高转速时，液压将锁定柱塞推入外挺柱的孔中，把内、外挺柱刚性连接起来，高速凸轮驱动整个液压挺柱，使气门获得最大升程。

2.连续调整

宝马760豪华轿车发动机采用的可变气门正时

Valvetronic系统，如图4所示，可连续改变气门升程和进气相位。

ECU控制电机通过蜗杆驱动齿轮，使Valvetronic凸轮旋转，改变Valvetronic摇臂与凸轮轴的位置，从而连续改变气门的升程，使发动机线性输出动力。

二、进气相位调整

1.叶片式进气相位调整装置

本田i-VTEC、丰田VVT-i以及大众VVT采用的都是叶片式进气相位调整装置。

VVT-i意为智能可变配气正时系统，是控制进气凸轮轴气门正时的装置，由传感器、液压控制电磁阀、控制器、ECU组成，如图5所示。

发动机ECU根据曲轴位置传感器、空气流量计、节气门轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、水温传感器和车速信号，计算最优气门正时，控制机油控制阀的位置，使VVT-i控制器产生提前、滞后或保持动作，从而使凸轮轴相对于时规带轮旋转，改变配气相位。

此外，发动机ECU根据来自凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的信号检测实际的气门正时，从而尽可能地进行反馈控制，以获得预定的气门正时。

2.螺旋式进气门相位调整装置

丰田凌志L400、L430等高级轿车采用螺旋式VVT-i控制器，安装在进气凸轮轴上。

LS400发动机是V型8缸4气门，有两根进气凸轮轴和两根排气凸轮轴，采用的螺旋式VVT-i控制器，可在50°范围内

调整进气凸轮轴转角，使配气正时满足有优化控制发动机工作状态的要求，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、经济性和降低尾气的排放。

螺旋式VVT-i控制器如图6所示，可动活塞在内齿轮与外齿轮之间。

活塞的内外表面有螺旋形花键。

活塞沿轴向的移动，改变内、外齿轮的相对位置，从而使配气相位连续改变。

螺旋式VVT-i外壳后部安装有剪式齿轮，驱动排气门凸轮轴。

3.时规链进气门相位调整装置

宝马VANOS系统由车辆发动机计算机控制液压和机械部分，调整进排气凸轮轴。

双VANOS于1992年应用在M50发动机上，进气门相位在0~40°之间调节，排气门相位在0~25°之间调节。

如图7所示。

VANOS系统根据发动机转速和加速踏板位置来控制凸轮轴。

低转速时，进

气门推迟开启，以改善怠速质量及平稳度；中等转速时，进气门提前开启，以增大扭矩，并允许废气在燃烧室中进行再循环从而减少耗油量和废气的排放；高转速时，进气门开启稍延迟，从而发挥出最大功率。

如果发动机转速低，活塞在汽缸中的移动速度和混合汽被压缩的速度都慢，进气门可以推迟关闭，充分利用气流惯性提高进气量。

如果发动机高速运转时，活塞的移动速度和汽缸中混合汽压缩速度都加快，进气门应早开早闭，以提高进气效率。

当发动机转速变化达到规定值时，发动机ECU便给电磁阀通电或断电。

电磁阀便改变正时调整器内的机油的流向，使控制活塞上下的机油压力发生变化，从而改变活塞的位置，活塞的上下移动导致链条调整器上下移动，从而推动链条上下的长度发生变化。

发动机低速运转时，凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上短、下长。

进气凸轮轴相对于排气凸轮轴逆时针转过一个角度，进气门提前关闭。

以使发动机在中、低速获得大扭矩。

当发动机高速运转时，链条上短、下长，进气凸轮轴相对排气凸轮轴顺时针转动了一个角度，使进气门提前打开，提前进气，提高进气效率和发动机功率。

三、电子控制气门机构

宝马公司的Valvetronic和日产公司的VVEL系统，其气门升程是连续改变的，而Valeo公司开发出的e-Valve电子控制气门系统则是发动机进气系统彻底的革命。

传统发动机都是利用控制节气门来改变进入汽缸的空气量，并通过监视空气流量来决定喷油量，加油门其实就是在控制节气门的开度。

这种控制方式由于存在泵气损失，能量损失较大。

电子气门发动机取消了节气门，减少了泵气损失，比传统发动机省油10%以上。

另外，由于没有了节气门的阻碍，新鲜空气进入也更为顺畅，使燃烧更加充分，废气排放更少。

改变进气门升程和开闭时间，可以控制吸入发动机的空气量，将功率损失保持在极低的水平。

1.工作原理

电子控制气门机构依靠曲轴的位置信号，利用电磁线圈，单独控制每一个气门的开闭。

当气门关闭电磁线圈通电时，电磁铁将与气门杆连为一体的碟片吸起，气门关闭，如图8（a）所示。

当气门开启电磁线圈通电时，电磁铁将与气门杆连为一体的碟片拉下，气门开启，如图8（b）所示。

高速时，气门提前开启，开度较大，

且开启的时间较长，以增大发动机的功率。

低速时，气门推迟开启，开度较小，且开启的时间较短，以利燃烧完全，达到省油、环保和提升扭矩的目的。

2.优点

电子控制气门机构有效降低了发动机重量和体积。

可用传感器来检测各缸的燃烧状况，以调整个别气门来提升整体效能；还可利用进、排气门同时开启，使汽缸内变成非真空无压力的状态，在启动瞬

间保留一个汽缸的气门正常运作，而将其它缸气门皆设为半开启状态，便于发动机启动。

这样可以节省燃料又可轻松启动发动机，并延长启动机寿命，甚至可以不要启动机，而利用活塞刚好达到上止点的某个汽缸进行单缸点火来启动发动机。

电子控制气门技术的另一重要优点，是踩踏加速踏板时发动机产生反应的时间短。

传统发动机以油门控制节气阀的方式，加速踏板踩下节气阀打开，还要等待空气流入填满进气歧管之后，才会大量进入发动机汽缸，产生所需要的动力。

而电子控制气门发动机加速踏板踩下时，可直接控制加大进气阀门开启深度，大量空气立刻流入发动机汽缸，产生所需要的动力。

电子气门发动机进气阀门开启深度最浅0.25mm，最深可以到9.7mm，相差近40倍，然而从最浅变化到最深，电子控制气门机构所需要的反应时间大约只要0.3s。

电子控制气门机构很容易实现发动机的排量变化。

如果汽车阻力减小，可以关闭一部分汽缸。

四、典型故障分析

1.故障现象

一辆广州本田雅阁2.3L轿车，发动机型号为F23A3SOHC（单顶置凸轮轴），电子控制程序多点燃油喷射，且配置三元催化转化器，装备可变气门正时和可变气门升程i-VTEC系统。

“CHECKENGINE”故障灯异常亮起，动力不足、油耗增加、车速上不去。

2.故障诊断与排除

检查发现故障指示灯（MIL）显示故障码为21，含义为VTEC电磁阀电路有故障。

当转速信号、车速信号、水温信号和发动机负荷信号达到规定值，发动机电脑PCM端子B12输出12V电压，使位于气门室罩左后方的VTEC电磁阀打开，让油压作用在VTEC系统的传动机构上，从而增加进气门开启升程，将两个气门同时打开。

电磁阀线圈的内部电阻为14~30Ω。

若该电磁阀及其线路不良，或机油压力过低，就会产生故障码21。

机油压力过低可能是发动机润系有故障、机油太脏等原因造成的。

首先从电路入手，检查VTEC电磁阀的控制电路和VTEC压力开关电路。

经检查VTEC电磁阀没有故障诊断故障时要充分考虑故障车的构造特征。

就本车而言，在低速时打开一个进气门，高速时打开两个进气门（且升程更大）。

如果VTEC系统有故障，高速时也打开一个进气门，由于进气不足，发动机就会出现“动力不足、油耗增加、车速上不去”等现象。

经检查发现故障不在VTEC电磁阀线圈、ECM/PCM及其线路、润滑系统的机油压力等方面。

电脑通过VTEC机油压力开关的信号来检测电磁阀是否动作。

若VTEC电磁阀不打开，VTEC电磁阀后的机油压力低，则压力开关闭合，其电阻为0。

此车的情况是：

在高速行驶后恢复怠速状态，VTEC压力开关仍处于断