本田可变配气机构及故障检修

本田ACCORD（雅阁）、CIVIC（思域）等轿车的发动机都装有可变正时和气门提升电子控制VTEC系统。发动机低速运转时，主进气门以正常的开度开启，而辅助进气门则只是稍微开启，由于主进气门和辅助进气门的开度不同，使燃烧室内产生涡流，从而提高了燃烧效率，降低了发动机油耗。当发动机高速运转时，主进气摇臂与辅助进气摇臂、中间摇臂连接为一体，由于主、辅进气门的开度增大，提高了发动机的输出功率。

图3-47 相位保持

1.本田二段式

本田四气门发动机，由于气门打开、举升是固定不变的，具有高转速、高输出的性能，而本田轿车着重于一般转速范围转矩输出的二气门发动机，其高转速性能会降低。因此，能够适应各种转速变化、具有宽广动力波段的可变气门正时与举升机构的发动机，为最佳的理想发动机。在低转速时，因主、副进气门开度不同，形成巨大的升降差异，从而得到强烈的回转涡流，产生高燃烧效率，故能提高低转速转矩、怠速稳定性及减低燃油消耗率；而在高转速时，因主、副进气门同时打开，故能产生高功率。

（1）VTEC构造

1）在可变气门正时及举升机构的凸轮轴上，每缸进气门设有一主一副两个低转速凸轮，及一个高转速凸轮。在一般转速区域时，由低转速凸轮驱动，主进气门开度比副进气门大；而在高速旋转时，由高转速凸轮驱动，主、副进气门以相同开度打开，举升比低速时大，如图3-48所示。

图3-48 SOHC NEW VTEC凸轮轴结构

2）VTEC可变配气机构由凸轮轴、主摇臂、副摇臂、中间摇臂、正时活塞、正时板、同步活塞A、同步活塞B与主、副进气门等所组成，如图3-49所示。

3）中间摇臂的两端分别是主摇臂与副摇臂，中间摇臂为高转速时使用，主摇臂与副摇臂为低转速时使用。主摇臂内有正时活塞与同步活塞A，中间摇臂内有同步活塞B，副摇臂内有止挡活塞。每缸的凸轮轴上有三种不同举升的凸轮，中间凸轮为高转速时使用，升程最大，左、右凸轮为低转速时使用，主凸轮升程次之，副凸轮升程最小。中间摇臂内有运动弹簧总成，为一辅助定位装置，可抑制低回转时的摇臂空隙，并可在高回转时，圆滑地驱动进气门。另外，为使各摇臂容易连接与分离，特别加装了正时板。

图3-49 SOHC NEW VTEC可变配气机构

这种发动机共有3个进气摇臂，分别为主摇臂、中间摇臂和副摇臂。中间摇臂夹在主摇和副摇臂之间。3个摇臂的空腔内装有起摇臂连接和分离作用的正时活塞、同步活塞A和B及止推活塞。

该系统由电磁阀控制的液压驱动，其液压系统则由ECU根据发动机的转速、负荷、冷却液温度等参数进行控制。

（2）二段式VTEC工作过程

1）在低转速运行时主摇臂和副摇臂是隔开的，分别单独运动。两个凸轮A、B分别用于各自的气门正时和升程。此时，副摇臂的升程很小，几乎不参与进气过程。此时基本相当于两气门发动机主气门开度约9mm，副气门微开，如图3-50所示。

图3-50 低转速时摇臂的动作

虽然此时中间摇臂已被凸轮驱动，但因中间摇臂与主摇臂、副摇臂是彼此分离的，故不影响气阀的正常关闭，即在低速状态，VTEC机构不工作，气门的开闭情况与普通的顶置单凸轮轴式配气机构是相同的。

另外，由于进气流动方向不通过气缸中心，因此能产生较强的进气涡流，对于低速，尤其是在冷车条件下能提高混合气均匀度、增大燃烧速率、减少壁面激冷效应和余隙的影响，使燃烧更加充分，从而提高了经济性，大幅降低了HC、CO的排放。

2）在高速运转时由ECU传来的信号打开VTEC控制阀，压力油通过摇臂轴上VTEC油孔进入正时活塞后进入进油孔中，迫使正时活塞推动同步活塞A、B向右移动，使主摇臂、中间摇臂和副摇臂3个摇臂连成一体。用中间摇臂来带动其余两个摇臂一起运动。此时由开起时间最长、升程最大的中间进气凸轮C来驱动气门，两个进气门按照中间凸轮的轮廓同步运行。相对于低速运行时则大大增加了进气流通面积和开起持续时间，从而提高了高速时的动力性，此时主、副进气门开度约为12mm，如图3-51所示。

图3-51 高转速时摇臂的动作

（3）电控系统

1）ECM控制系统。控制系统随时监测发动机的运转工况，如负荷、发动机转速、车速等，当发动机转速、负荷和冷却液温度等信号输入发动机控制模块（ECM）后，经运算处理，ECM将根据运转工况决定对配气机构是否实行VTEC控制，何时应该改变气门升程及气门正时。若实行该项控制，ECM则给VTEC电磁阀的电磁绕组提供一电流，使电磁阀在电磁力的作用下被吸起，这样来自油泵的油压便加向同步活塞。另外，VTEC电磁阀开启后，控制系统还可以通过VTEC压力开关反馈一信号给ECM，以便监控系统工作，如图3-52所示。

图3-52 SOHC NEW VTEC的电控系统

2）气门正时改变的条件有：

①发动机转速：2300～3200r/min（依进气歧管压力而定）。

②车速：10km/h或更快。

③发动机冷却液温度：10℃或更高。

④发动机负荷：由进气歧管负压判断。

（4）正时机构工作过程

1）油压已建立时：

①气门无上升动作：当正时板进入正时活塞时，切换动作是无法进行的，此时气门无上升动作，如图3-53a所示。

②气门上升开始：当正时板退出嵌合位置后，正时活塞开始移动。但由于摇臂之间错位，同步活塞仍无法移动，如图3-53b所示。

③气门无上升动作：正时板拉出后，气门操作状态就开始由单气门切换为双气门工作，由于此时摇臂对正，故同步活塞便在油压作用下开始移动，如图3-53c所示。

④气门无上升动作：切换动作完成，如图3-53d所示。

图3-53 VTEC工作状态（一）

2）系统泄压时：

①气门无上升动作：当正时板插入正时活塞，切换动作无法进行时，如图3-54a所示。

②气门上升开始：正时板开始上升，因为摇臂之间有负荷，同步活塞无法开始移动，如图3-54b所示。

③气门无上升动作：当正时板重又进入嵌合位置时，摇臂之间的负荷解除，同步活塞被阻挡弹簧推回，气门操作状态开始由双气门切换为单气门工作，如图3-54c所示。

④气门无上升动作：切换动作完成，如图3-54d所示。

图3-54 VTEC工作状态（二）

2.本田三段式

1）本田三段式可变配气机构如图3-55所示，具有两组活塞组及两个油路，气门摇臂的构造也与二段式VTEC不同，如图3-56所示。

图3-55 SOHC三段式VTEC可

变配气机构构造

图3-56 SOHC三段式VTEC可变配气机构摇臂

2）利用进气门三段式的不同开度，以达到低转速时省油及转矩提高、中转速时转矩及功率保持在高水平、高转速时输出功率大的目的。

3）三段式VTEC工作过程

①第一段时：两个油路都没有油压，三个气门摇臂都可自由活动，两支进气门分别由主摇臂与副摇臂驱动，举升分别是7mm与微开，使进气涡流强烈、燃烧完全，以达到低转速时省油及转矩提高的效果如图3-57a所示。

图3-57 SOHC三段式VTEC可变配气机构的工作过程(www.xing528.com)

②第二段时：上油路送入油压，活塞A移动，使主摇臂与副摇臂结合为一体，因此两支进气门均由主摇臂驱动，亦即由低速凸轮驱动，举升都是7mm，以确保中转速时转矩与功率值，如图3-57b所示。

③第三段时：上、下油路都送入油压，上油路之油压仍使主、副摇臂结合为一体，下油路送入之油压，使活塞B与活塞C移动，故中间摇臂与主摇臂及副摇臂结合为一体，两支进气门均由中间摇臂驱动，即由凸轮高度最高的高速凸轮驱动，两支进气门的举升都是10mm，以确保高功率之输出如图3-57c所示。

4）三段式VTEC的电路与油路

三段式VTEC的电路与油路如图3-58所示。

图3-58 SOHC三段式VTEC可变配气机构电路与油路图

3.本田新一代i-VTEC机构

本田新一代发动机2.4L-DOHC i-VTEC（VTEC+VTC）高智能化，具有高效率、低油耗、低排放的特点。其功率为118kW（5500r/min时），最大转矩为218N·m（4500r/min时）。

i-VTEC就是VTEC+VTC组成的高智能化气门正时、气门升程装置，如图3-59所示。i-VTEC系统在进行转速控制，使气门正时、气门升程在低转速区和高转速区进行转换的VTEC基础上，进一步融合了能根据发动机负荷对气门相位进行连续控制的VTC，是本田独创的高智能化气门正时、气门升程装置。它对进气门升程、VTC对气门重叠（进气门和排气门同时开启的状态）进行周密的智能化控制，使大功率、低油耗、低排放这三个具有不同要求的特性都得到提高。

图3-59 VTEC和VTC结构框架

（1）i-VTEC系统构造i-VTEC系统构造如图3-60所示。

VTC（可变气门正时连续调整控制装置）：通过油压使与进气侧凸轮轴同轴安装的VTC执行器旋转，可以根据发动机转速对气门正时进连续调整。从而实现根据所要求的特性对气门重叠（进气门和排气门同时打开的状态）进行控制。

VTEC（可变气门正时、气门升程）：通过低转速区域和高转速区域的专用凸轮使进气侧气门的气门正时和气门升程进行转换。从而在低转速区域能够仅依靠几乎停止工作的单侧气门产生涡流，在高转速区域依靠双侧气门驱动吸入更多的混合气。

（2）VTC系统VTC系统由VTC执行器、VTC机油压力阀、各种传感器以及ECU构成，如图3-61所示。为了获取最适合运转状况的气门正时，ECU对VTC机油压力阀进行负荷控制，VTC执行器内的点火提前油压室或点火延迟油压室供给油压。VTC执行器根据供给的油压改变凸轮轴相位，使进气门正时连续变化。发动机停止时通过锁销固定在点火延迟（最慢）位置以备下次起动，冷机及怠速时也固定在点火延迟（最慢）位置以保证运转性能。此外，VTEC发生异常时也会停止VTC控制并固定在点火延迟（最慢）位置。

1）VTC执行器。VTC执行器由依靠油压工作的叶片以及正时齿轮合为一体的壳体构成，安装在进气凸轮轴上，如图3-62所示。

图3-60 i-VTEC系统构造

2）VTC机油压力阀。VTC机油压力阀要据来自ECU的信号工作，通过向VTC执行器的点火提前油压室及点火延迟油压室提供油压推动叶片部分旋转，使进气凸轮轴的相位连续变化，如图3-63所示。

3）点火提前时VTC的动作。VTC机油压力阀的滑阀移动，向VTC执行器的点火提前油压室施加油压，使进气凸轮朝点火提前方向运动，如图3-64所示。

4）点火延迟时VTC的动作。VTC机油压力阀的滑阀移动，向VTC执行器的点火延迟油压室施加油压，使进气凸轮轴朝点火延迟方向运动，如图3-65所示。

5）控制系统。ECU根据来自各种传感器的信号计算并判定控制油量，对VTC机油压力阀进行反馈控制，如图3-66所示。

6）油压回路：

①VTC执行器在构造上采用了通常的叶片式传动带轮。

②根据PGM-FI的ECU控制信号，VTC电磁阀将来自机油泵的油压按照点火延迟室侧、点火提前室侧分开，并控制点火延迟侧油压高、两侧油压相同、点火提前侧油压高等三种状态，在点火延迟、保持、点火提前之间进行调整，使链轮与凸轮轴之间的位置连续变化。

③停止控制时，VTC电磁阀关闭，在电磁阀作用下而动作的气门依靠弹簧的弹力只处于点火延迟（最慢）状态。这样在每次起动时均能够处于点火延迟（最慢）状态，从而确保了发动机的起动性。当受到来自机油泵的油压时，锁销被回位弹簧推回，从而将锁定解除。

图3-61 VTC结构与控制图

a）系统控制图 b）VTC系统结构图

图3-62 VTC执行器

图3-63 VTC机油压力阀

图3-64 点火提前时VTC的动作

图3-65 点火延迟时VTC的动作

图3-66 ECU控制系统

④锁销的动作：当符合条件即处于点火延迟（最慢）状态、点火延迟油压在196kPa以上、点火提前油压在58.8kPa以下时，VTC被锁销锁定。VTC的液压油路如图3-67所示。

⑤油压调整的特点：

点火提前室油压>点火延迟室油压时为凸轮轴点火提前。

点火提前室油压<点火延迟室油压时为凸轮轴点火延迟。

点火提前室油压=点火延迟室油压时凸轮轴锁定。

通过OCV（油压控制阀）对各油压室的供油量进行控制。

图3-67 VTC的液压油路图

（3）VTC对可变配气相位的功用及控制原理

1）可变配气相位的功用：

①最佳油耗控制（稀混合气）。低速凸轮使一个气门处于几乎休止状态，产生强大的涡流，使气门重叠变得极小并抑制排气向进气侧的回流，从而保证燃烧的稳定。

②最佳油耗、排气控制（EGR）。低速凸轮使一个气门处于几乎休止的状态，产生强大涡流（燃烧稳定），使气门重叠增大而促进废气再循环并提高排气清洁度、降低油耗。

③最佳转矩控制（低转速）。低速凸轮使一个气门处于几乎休止状态，以最恰当的气门重叠获得最大转矩。

④最佳转矩控制（中高转速）。高速凸轮驱动两个气门，以最恰当的气门重叠获得最大转矩。

2）配气相位控制原理：

①怠速时（稀混合气运转），VTC对点火延迟角控制。VTC系统能够使控制系统停止并使VTC执行器固定在点火延迟位置，从而保证行驶性能以及稀混合气运转时的燃烧稳定性。

②低负荷运转时，VTC对点火延迟角控制。通过将凸轮角度控制到点延迟侧使气门重叠变小，减少进气门对排气门的扫气，使燃烧更加稳定。

③中高负荷运转时，VTC对点火提前角控制。通过将凸轮角度控制到点火提前侧使气门重叠变大而促进废气循环、减少泵气损失。另外，通过使进气门提早关闭，减少向进气口吹气回吸混合气，提高充气效率。

④高速运转时，VTC对点火提前角与点火延迟角控制。将凸轮轴角度控制为最适当的相位角，从而获得最恰当的气门重叠，使输出功率最大限度地提高。