2.3 配氣機構的工作流程

學習配氣機構的工作流程，主要是分析力的傳遞路線，對于電控液壓控制的，還要分析液壓油和電的流動路線。

1.機械式配氣機構的工作流程

配氣機構結構復雜，傳動及運動件較多，其工作過程比較復雜，下面主要以解放CA6102發動機配氣機構和桑塔納2000AFE型發動機的配氣機構為例，從配氣機構力的傳遞路線來了解配氣機構的運動規律。

（1）解放CA6102發動機配氣機構力的傳遞路線 如圖2-41所示，解放CA6102發動機配氣機構屬于氣門頂置凸輪軸下置齒輪傳動式配氣機構。

驅動氣門打開的力的傳遞路線：曲軸→曲軸正時齒輪→凸輪軸正時齒輪→凸輪軸→挺柱→挺柱導向體→推桿→搖臂→氣門。

使氣門關閉的力的傳遞路線：氣門彈簧→氣門座圈→氣門鎖環→氣門。

（2）桑塔納2000AFE型發動機的配氣機構力的傳遞路線 如圖2-42所示，桑塔納2000AFE型發動機屬于氣門頂置凸輪軸上置齒形帶（又稱同步帶）傳動式配氣機構。

圖2-41 解放CA6102發動機配氣機構

1—凸輪軸 2—挺柱 3—挺柱導向體 4—推桿

5—搖臂軸承座 6—搖臂 7—調整螺釘 8—搖臂軸 9—氣門彈簧座 10—氣門鎖環 11—氣門油封 12—氣門彈簧 13—氣門導管 14—氣門座圈 15—氣門 16—曲軸

圖2-42 桑塔納2000型AFE發動機的配氣機構立體示意圖

1—曲軸齒形帶輪 2—中間軸齒形帶輪 3—張緊輪 4—凸輪軸齒形帶輪 5—正時齒形帶 6—凸輪軸 7—液壓挺柱組件 8—排氣門 9—進氣門 10—挺柱體 11—柱塞 12—止回閥鋼球 13—小彈簧 14—托架 15—回位彈簧 16—油缸 17—氣門鎖片 18—彈簧座 19—氣門彈簧 20—氣門油封 21—氣門

圖2-43 配氣機構的工作流程

a）氣門關閉 b）氣門打開 c）氣門關閉

驅動氣門打開的力的傳遞路線：曲軸齒形帶輪→中間軸齒形帶輪→凸輪軸齒形帶→凸輪軸齒形帶輪→凸輪軸→液壓挺柱組件→氣門。

驅動氣門關閉時力的傳遞路線：氣門彈簧→氣門座圈→氣門鎖環→氣門。

配氣機構的工作過程如圖2-43所示，如發動機不工作時，氣門處于關閉狀態（圖2-43a），那么發動機工作時，曲軸把力傳到凸輪軸并通過配氣機構的傳動路線把力傳到搖臂，推開氣門并壓縮氣門彈簧（圖2-43b）。凸輪凸起部分的頂點轉過挺柱后，凸輪對挺柱的推力減小，氣門在氣門彈簧力的作用下逐漸關閉，凸輪凸起部分離開挺柱時，氣門完全關閉，換氣過程結束（圖2-43c），發動機進入壓縮和做功行程。

由上述過程可知：氣門傳動組的運動把曲軸的力傳到氣門使氣門開啟，氣門彈簧釋放張力關閉氣門；凸輪軸的輪廓曲線決定了氣門開閉的時間和規律；每次打開氣門時搖臂會緊壓氣門彈簧，使彈簧積蓄能量，在凸輪凸起部分離開氣門時能夠可靠地關閉進、排氣門，保證發動機能夠正常工作；同時，對于四沖程發動機來說，每完成一個工作循環，曲軸旋轉兩周，各缸進、排氣各進行一次，凸輪軸旋轉一周，所以曲軸與凸輪軸轉速的傳動比為2∶1。

2.電控液壓可變氣門正時和升程的工作流程

電控液壓可變配氣系統的氣門工作狀態的切換由控制系統控制（圖2-44），它主要由傳感器、控制單元和執行器組成。發動機控制單元ECU根據轉速傳感器、車速傳感器、冷卻液溫度傳感器、負荷傳感器等信號進行判斷，輸出相應的控制信號，通過電磁閥調節活塞液壓系統，使發動機在不同的工況下有不同的配氣相位，從而使進氣門的開度和正時處于較佳狀態。電磁閥開啟后，控制系統通過壓力開關反饋信號給ECU，以監控系統工作。

圖2-44 電控液壓可變配氣系統

1—液壓油道 2—壓力開關 3—電磁閥

圖2-45 發動機低速運轉

1—凸輪軸 2—主凸輪 3—中間凸輪 4—輔助凸輪 5—主搖臂 6—中間搖臂 7—輔助搖臂 8—搖臂軸中心油道 9—搖臂軸 10—止推活塞彈簧 11—止推活塞 12—同步活塞B 13—同步活塞A　14—正時活塞

（1）本田ACCORD（雅閣）F23A和F20B1發動機的VTEC機構工作流程 發動機低速時，VTEC機構的油道內沒有機油壓力，正時活塞、同步活塞和止推活塞在回位彈簧作用下都處于左端（圖2-45），正時板卡入正時活塞，使其不能移動，此時正時活塞和同步活塞正好處在主搖臂內，同步活塞處在中間搖臂內，止推活塞處在輔助搖臂內，使三根搖臂分離，彼此獨立工作。主凸輪和輔助凸輪分別推動主搖臂和輔助搖臂，控制兩個進氣門的開閉。主凸輪升程較大，所以它驅動的氣門開度較大；輔助凸輪升程較小，所以它驅動的氣門開度較小。這時，中間搖臂雖然也被凸輪驅動，但因為三個搖臂彼此分離獨立，所以中間搖臂并不參與工作，對氣門動作無影響。因此，發動機低速時，VTEC工作情況和普通發動機相似。

發動機達到某一個設定的高轉速（如3000r/min）時，由ECU傳來的信號打開VTEC電磁閥，壓力機油通過搖臂軸上的油孔（圖2-46）進入正時活塞，正時板移出，推動搖臂內的正時活塞，使三根搖臂鎖成一體。由于中間凸輪升程最高，搖臂鎖為一體后由它驅動，進氣門開啟時間延長，升程增加。所以發動機高速運轉時，VTEC系統改變氣門正時和氣門升程，使發動機功率和轉矩提高。

圖2-46 發動機高速運轉

1—凸輪軸 2—主凸輪 3—中間凸輪 4—輔助凸輪 5—主搖臂 6—中間搖臂 7—輔助搖臂 8—搖臂軸中心油道 9—搖臂軸 10—止推活塞彈簧 11—止推活塞 12—同步活塞B　13—同步活塞A　14—正時板 15—正時活塞 16—搖臂軸油孔

當發動機轉速再次降低到某一個設定的低轉速時，VTEC電磁閥斷電，切斷油路，搖臂內的液壓也隨之降低，活塞在回位彈簧作用下退回原位，三根搖臂再次分離，獨立工作。

總之控制單元將發動機轉速、發動機負荷、車速、冷卻液溫度、VTEC壓力開關等信號進行分析處理后，控制系統的動作。當出現下列情況時系統才會動作：

1）由進氣歧管壓力傳感器的數據得到發動機轉速高于2300～3200r/min或發動機進入中等負荷以上時。

2）由車速傳感器檢測到車速高于10km/h時。

3）由冷卻液溫度傳感器檢測到冷卻液溫度高于10℃時。

4）由控制單元發出信號使VTEC電磁閥打開，液壓執行閥動作，使氣門機構也隨之動作。

（2）一汽MAZDA6采用可變氣門正時機構的工作流程 在不同的發動機工作狀態下，發動機的ECU接收各傳感器信號再驅動可變氣門正時機構進行不同的調整。

1）在怠速或輕載荷范圍，可變氣門正時機構會使進氣凸輪相位處于最大滯后。由于氣門重疊量的減少，更少的燃燒氣體回流到進氣道。這使得怠速得到穩定，提高了燃油經濟性，同時確保了在輕載荷下發動機的穩定性。

2）在中度載荷范圍，可變氣門正時機構會使進氣凸輪相位加大提前，氣門重疊量增加，以獲得更好的EGR效果，減少了排出氣體中NO_x的含量，并降低了發動機充氣損失和燃燒溫度。由于未燃燒氣體的再燃燒，使得碳化氫的排放量也得到降低。

3）在重載荷、中低速范圍，可變氣門正時機構會使進氣凸輪相位加大提前，進氣門關閉時刻較早，以獲取大功率用以提高中低速轉矩。

4）在重載荷、高速范圍，可變氣門正時機構會使進氣凸輪相位加大滯后，進氣門關閉時刻滯后，以獲得大功率用以提高最大輸出功率。

5）當溫度低時，可變氣門正時機構會使進氣凸輪相位處于最大滯后，氣門重疊量被調至最小，用以防止燃燒氣體回流到進氣道，并且可降低低溫時的額外噴油量。此方式可提高燃油經濟性，并且使得快怠速得到穩定。

6）當發動機起動或停止時，可變氣門正時機構會使進氣凸輪相位處于最大滯后，氣門重疊量被調至最小，從而防止燃燒氣體回流到進氣道，并使發動機穩定性得以提高。